面對嚴(yán)峻的能源危機(jī)和環(huán)境問題,加速發(fā)展新能源軌道交通車輛是城市實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的重要措施。鈦酸鋰電池憑借性能優(yōu)良和綠色環(huán)保的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于軌道交通車載儲能領(lǐng)域,其狀態(tài)估計關(guān)乎整車的高效管理和安全運(yùn)行。但現(xiàn)有動力電池狀態(tài)估計方法仍聚焦于負(fù)極為石墨材料的鋰離子電池,其研究結(jié)論無法直接推廣至鈦酸鋰電池。軌道交通車載工況中高倍率和寬溫度范圍的特點(diǎn),進(jìn)一步加深了鈦酸鋰電池狀態(tài)精準(zhǔn)估計的難度。本論文以商業(yè)化鈦酸鋰電池為研究對象,基于國內(nèi)外文獻(xiàn)及國際測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,建立了鈦酸鋰電池測試平臺并積累了特性和老化數(shù)據(jù),圍繞軌道交通用鈦酸鋰電池不同時間尺度狀態(tài)估計難題,開展了模型驅(qū)動的短時間尺度鈦酸鋰電池狀態(tài)估計方法研究,以及基于衰退機(jī)制的長時間尺度鈦酸鋰電池狀態(tài)估計工作,其主要研究內(nèi)容如下:（1）針對短時間尺度下電池狀態(tài)估計所采用的傳統(tǒng)等效電路模型在高倍率和寬溫度范圍內(nèi)逐漸失真,進(jìn)而導(dǎo)致估計結(jié)果不準(zhǔn)確的問題,基于鈦酸鋰電池特性測試數(shù)據(jù),分析了開路電壓-荷電狀態(tài)映射關(guān)系、歐姆內(nèi)阻及電池極化的倍率和溫度依賴性,發(fā)現(xiàn)模型精度的下降源于電化學(xué)極化關(guān)系模型的缺失。應(yīng)用電化學(xué)動力學(xué)理論推導(dǎo)了 Butler-Volme... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
中文摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 課題背景與選題意義
        1.1.1 軌道交通車輛發(fā)展趨勢
        1.1.2 鈦酸鋰電池
        1.1.3 課題的提出
    1.2 與本課題相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述
        1.2.1 動力電池等效模型研究現(xiàn)狀
        1.2.2 動力電池SOC估計研究現(xiàn)狀
        1.2.3 動力電池SOP預(yù)測研究現(xiàn)狀
        1.2.4 動力電池衰退機(jī)制研究現(xiàn)狀
        1.2.5 動力電池容量估計研究現(xiàn)狀
    1.3 本領(lǐng)域存在的科學(xué)問題
    1.4 主要研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)
2 基于電化學(xué)方程的鈦酸鋰電池等效電路模型研究
    2.1 常用電池等效電路模型
    2.2 電池等效模型改進(jìn)依據(jù)
        2.2.1 電池OCV-SOC曲線的倍率和溫度依賴性
        2.2.2 電池歐姆內(nèi)阻的倍率和溫度依賴性
        2.2.3 電池極化特性分布規(guī)律
        2.2.4 電化學(xué)動力學(xué)方程
    2.3 基于Butler-Volmer方程的鈦酸鋰電池等效電路模型
        2.3.1 電池模型結(jié)構(gòu)
        2.3.2 電池模型響應(yīng)過程分析
    2.4 恒流工況及動態(tài)工況下的鈦酸鋰電池模型驗(yàn)證
        2.4.1 常溫恒流工況下鈦酸鋰電池模型驗(yàn)證
        2.4.2 常溫FUDS動態(tài)工況下鈦酸鋰電池模型驗(yàn)證
        2.4.3 不同溫度條件下鈦酸鋰電池模型適應(yīng)性驗(yàn)證
        2.4.4 鈦酸鋰電池模型合理性分析
    2.5 本章小結(jié)
3 模型驅(qū)動的鈦酸鋰電池SOC估計和SOP預(yù)測方法研究
    3.1 電池SOC定義修正及電池SOP約束條件分析
        3.1.1 計及溫度效應(yīng)的電池SOC定義修正
        3.1.2 電池SOP約束條件影響因素分析
    3.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及方案設(shè)計
    3.3 基于鈦酸鋰電池模型和觀測器技術(shù)的SOC估計
        3.3.1 鈦酸鋰電池模型狀態(tài)空間方程
        3.3.2 卡爾曼濾波器
        3.3.3 自適應(yīng)卡爾曼濾波器
        3.3.4 PI觀測器
        3.3.5 粒子濾波
        3.3.6 鈦酸鋰電池SOC估計結(jié)果對比
    3.4 基于鈦酸鋰電池模型和電壓約束條件的SOP預(yù)測
        3.4.1 鈦酸鋰電池最大可用電流及SOP預(yù)測方法
        3.4.2 鈦酸鋰電池SOP預(yù)測結(jié)果驗(yàn)證
    3.5 本章小結(jié)
4 循環(huán)應(yīng)力下鈦酸鋰電池衰退機(jī)制研究
    4.1 原位分析法ICA和DVA
    4.2 鈦酸鋰電池循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)設(shè)計
    4.3 鈦酸鋰電池核心特征參數(shù)演變規(guī)律
        4.3.1 常溫循環(huán)應(yīng)力下特征參數(shù)分析
        4.3.2 高溫循環(huán)應(yīng)力下特征參數(shù)分析
    4.4 鈦酸鋰電池循環(huán)壽命衰退機(jī)理研究
        4.4.1 服役狀態(tài)鈦酸鋰電池典型區(qū)域劃分
        4.4.2 鈦酸鋰電池dQ/dV-V曲線的特征屬性識別
        4.4.3 基于ICA的鈦酸鋰電池容量衰退機(jī)理分析
    4.5 基于DVA的鈦酸鋰電池衰退模式損失量化
    4.6 本章小結(jié)
5 基于部分電壓差分曲線的鈦酸鋰電池容量估計方法研究
    5.1 電池容量估計原理
        5.1.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ万?qū)動的電池容量估計
        5.1.2 基于OCV-SOC映射關(guān)系的電池容量估計
        5.1.3 計及相變特征的電池容量估計
    5.2 基于部分電壓差分曲線的鈦酸鋰電池容量估計方法
        5.2.1 軌道交通車載電池工況特點(diǎn)分析
        5.2.2 基于鈦酸鋰電池衰退機(jī)理的dV/dQ-Q曲線特征提取
        5.2.3 LTO電池容量在線估計方法
    5.3 鈦酸鋰電池容量估計結(jié)果對比
    5.4 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 研究內(nèi)容總結(jié)
    6.2 論文主要創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 研究工作展望
參考文獻(xiàn)
附錄A
作者簡歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[7]復(fù)興路上駛來“復(fù)興號”——中國鐵路發(fā)展歷程百年回顧[J]. 楊戈.  中國科技獎勵. 2017(08)
[8]“一帶一路”為軌道交通裝備制造業(yè)帶來的機(jī)遇及其對策[J]. 萬其鳳.  科技創(chuàng)新導(dǎo)報. 2017(16)
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博士論文
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碩士論文
[1]鋰離子電池串并聯(lián)成組優(yōu)化研究[D]. 姜君.北京交通大學(xué) 2013



本文編號：3191980