基于自放電技術(shù)的電動(dòng)車用鋰動(dòng)力電池SOC預(yù)測(cè)算法研究.pdf

1、磷酸鐵鋰動(dòng)力電池由于其比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性好、自放電率小以及可以快速充電等特點(diǎn)，被作為新能源汽車的主要?jiǎng)恿?lái)源之一，得到非常廣泛的應(yīng)用。鋰動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)（State of Charge，簡(jiǎn)稱SOC）是衡量電池剩余電量的一個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)，但是電池組的應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜、電池組的劣化程度不一致導(dǎo)致電池組的SOC估算精確度無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。因此，能夠體現(xiàn)電池劣化程度的鋰動(dòng)力電池SOC估算方法已經(jīng)成為電池組監(jiān)測(cè)在線性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2、本文就鋰動(dòng)力電池自放電電流、交流內(nèi)阻、劣化程度以及工作溫度等因素對(duì)于SOC估算的影響，擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)、強(qiáng)跟蹤容積卡爾曼濾波(SCKF-STF) SOC估算策略、電池等效電路模型的不確定性的問(wèn)題進(jìn)行了針對(duì)性研究，主要包括如下幾個(gè)方面的工作:
　　在分析鋰動(dòng)力電池組SOC影響因素的基礎(chǔ)上，對(duì)體現(xiàn)鋰動(dòng)力電池電化學(xué)特性的自放電電流、交流內(nèi)阻、充放電深度以及壽命等因素與SOC之間的關(guān)系進(jìn)行了全面細(xì)致的分析，在進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上

3、，采用能夠反映鋰動(dòng)力電池電化學(xué)特征的等效電路模型作為SOC估算模型，提出了基于自放電電流、溫度和劣化程度三種因素修正模型的方法。
　　針對(duì)由于自放電等因素造成的容量衰減而導(dǎo)致SOC估算精確度不足的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有的SOC估算方法進(jìn)行了分析，提出了基于模型修正的擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)算法的SOC估算策略。該策略修正了電池由于擱置、老化、工作溫度等條件對(duì)與SOC估算的影響，給出了EKF估算SOC算法的實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行了常溫、低溫以及擱置實(shí)驗(yàn)

4、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:基于模型修正的EKF的估算方法能夠滿足SOC估算的精度要求，且對(duì)于電池的劣化程度、電池自放電率及工作溫度的適應(yīng)能力大大提高。
　　針對(duì)低溫下電池組實(shí)際放電要求以及電池等效電路模型在低溫下的不確定性的問(wèn)題，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析模型不確定性所帶來(lái)的影響，提出一種基于強(qiáng)跟蹤容積卡爾曼濾波(SCKF-STF)算法的SOC估算策略，并對(duì)低溫下電池電壓低于常溫下放電截止電壓時(shí)的SOC估算進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)比EKF

5、算法表明，SCKF-STF算法能夠有效的解決由于等效電路模型不確定性所帶來(lái)的SOC估算誤差，消除模型不確定性所帶來(lái)的影響。
　　針對(duì)鋰動(dòng)力電池成組后電池壽命和性能下降問(wèn)題，研究了鋰動(dòng)力電池成組技術(shù)，以及電池電化學(xué)特性對(duì)于電池成組后電池壽命的影響，在考慮電池物理特性和電化學(xué)特性的基礎(chǔ)上提出了一種基于模糊C均值聚類(FCM)的支持向量機(jī)(SVM)的電池分類方法，并對(duì)抽樣電池的壽命進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該分類方法得到的同一類別電池具

6、有較好的容量衰減一致性以及電化學(xué)一致性。
　　針對(duì)實(shí)際工作條件下鋰動(dòng)力電池組SOC估算精度不高、實(shí)時(shí)性較差的問(wèn)題，根據(jù)電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，簡(jiǎn)稱BMS）的特點(diǎn)，將BMS采樣的最小點(diǎn)定義為基本電池單元，研究了電池組基本電池單元的充放電特性，建立了基本電池單元的數(shù)學(xué)模型，并采用SCKF-STF算法對(duì)基本電池單元的SOC進(jìn)行了模擬工況實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在電池組充放電操作變換頻繁時(shí)，SOC估算