準確估計鋰離子電池的荷電狀態(tài)(State of Charge,簡記SOC)是高性能電池管理系統(tǒng)(Battery management system,簡記BMS)的重要功能之一。相比于等效電路模型,鋰離子電池第一原理(First principle,簡記FP)模型能從微觀角度更準確地描述電池工作的電化學、動力學等過程,在BMS中應用FP模型可以進一步提高SOC估計精度。但FP模型求解復雜,參數(shù)辨識困難,無法實現(xiàn)不同環(huán)境溫度下電池外特性行為的精確仿真。本文建立了熱耦合簡化第一原理(Thermal coupling simplified first principle,簡記TC-SFP)模型,實現(xiàn)了基于TC-SFP模型的高精度SOC估計,為解決SOC估計精度隨電池老化而下降的問題,開展了模型參數(shù)更新方法的研究,保證全壽命周期的SOC估計精度。首先,在改進單粒子模型基礎上,利用熱阻模型得到電池內(nèi)部平均溫度和外殼溫度的計算表達式,考慮溫度變化對電化學參數(shù)及內(nèi)部過程的影響,建立了TCSFP模型。根據(jù)激勵響應分析基本原理和參數(shù)解耦辨識要求,設計了0.02C小倍率恒流放電、三個溫度下的短時恒流充放電等...

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 鋰離子電池P2D模型及參數(shù)獲取方法研究現(xiàn)狀
        1.2.1 P2D模型及其簡化技術(shù)
        1.2.2 TC-P2D模型
        1.2.3 參數(shù)獲取方法
    1.3 鋰離子電池SOC估計方法研究現(xiàn)狀
        1.3.1 基于經(jīng)驗的SOC估計方法
        1.3.2 基于模型的SOC估計方法
    1.4 鋰離子電池老化機理與全壽命參數(shù)更新方法研究現(xiàn)狀
        1.4.1 老化機理
        1.4.2 全壽命參數(shù)更新方法
    1.5 本課題主要研究內(nèi)容
第2章 TC-SFP模型及參數(shù)辨識
    2.1 TC-SFP模型
        2.1.1 電化學行為描述
        2.1.2 熱行為描述
        2.1.3 TC-SFP模型仿真流程
    2.2 基于激勵響應分析的參數(shù)辨識方法
        2.2.1 激勵響應分析與參數(shù)解耦辨識
        2.2.2 基本工作過程參數(shù)辨識
        2.2.3 歐姆極化過程參數(shù)辨識
        2.2.4 反應極化過程參數(shù)辨識
        2.2.5 固液相擴散過程參數(shù)辨識
        2.2.6 換熱系數(shù)辨識
        2.2.7 熱阻辨識
    2.3 參數(shù)辨識方法有效性驗證
        2.3.1 電池測試系統(tǒng)
        2.3.2 利用實測數(shù)據(jù)的參數(shù)辨識結(jié)果
        2.3.3 利用合成試驗數(shù)據(jù)的參數(shù)辨識結(jié)果
    2.4 TC-SFP模型仿真驗證
        2.4.1 端電壓和外殼溫度仿真結(jié)果
        2.4.2 電池容量仿真結(jié)果
        2.4.3 變環(huán)境溫度下的仿真結(jié)果
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于TC-SFP模型的SOC估計
    3.1 SOC估計框架及估計方法
        3.1.1 SOC估計框架
        3.1.2 TC-SFP模型與EKF算法相結(jié)合的SOC估計
        3.1.3 TC-SFP模型與PF算法相結(jié)合的SOC估計
        3.1.4 TC-SFP模型與二分法相結(jié)合的SOC估計
    3.2 不同SOC估計方法的性能對比
        3.2.1 基于TC-SFP模型的不同SOC估計算法性能對比
        3.2.2 基于TC-SFP模型和PNGV模型的SOC估計方法性能對比
    3.3 本章小結(jié)
第4章 面向全壽命SOC估計的敏感參數(shù)辨識
    4.1 參數(shù)敏感性分析
        4.1.1 參數(shù)敏感性分析方法
        4.1.2 敏感參數(shù)的確定
    4.2 基于激勵響應分析的敏感參數(shù)辨識方法
        4.2.1 敏感參數(shù)辨識方法
        4.2.2 敏感參數(shù)辨識工況設計
        4.2.3 敏感參數(shù)辨識方法有效性驗證
    4.3 基于敏感參數(shù)辨識的全壽命SOC估計驗證
        4.3.1 初始階段的SOC估計結(jié)果
        4.3.2 其他老化階段的SOC估計結(jié)果
    4.4 本章小結(jié)
第5章 全壽命敏感參數(shù)多時間尺度更新方法
    5.1 電池老化試驗方案
    5.2 敏感參數(shù)退化規(guī)律分析
        5.2.1 基本工作過程參數(shù)的退化規(guī)律
        5.2.2 反應極化系數(shù)的退化規(guī)律
        5.2.3 固液相擴散過程參數(shù)的退化規(guī)律
    5.3 敏感參數(shù)離線預測
        5.3.1 敏感參數(shù)離線預測方法
        5.3.2 敏感參數(shù)離線預測方法有效性驗證
    5.4 容量參數(shù)在線估計
        5.4.1 外部健康特征在線提取
        5.4.2 外部健康特征相關(guān)性分析
        5.4.3 容量參數(shù)在線估計方法
    5.5 敏感參數(shù)多時間尺度更新方法有效性驗證
        5.5.1 2.0 C老化倍率下的SOC估計驗證
        5.5.2 1.0 C老化倍率下的SOC估計驗證
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3885655