本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池過(guò)充及過(guò)放電故障診斷研究

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【摘要】：迫于環(huán)境和能源的壓力,發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)成為當(dāng)今世界汽車(chē)行業(yè)的必然選擇。然而,作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力之源的電池由于面臨著安全性和耐久性的挑戰(zhàn),使得電動(dòng)汽車(chē)的推廣及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展受到制約。過(guò)充電、過(guò)放電是動(dòng)力電池使用過(guò)程中存在的典型問(wèn)題,對(duì)電池的安全和耐久性有著較大的影響。因此,快速并準(zhǔn)確地檢測(cè)出過(guò)充、過(guò)放現(xiàn)象對(duì)于提升動(dòng)力電池的安全性能并延長(zhǎng)其使用壽命具有重要意義。本文以當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)中應(yīng)用廣泛的鋰離子電池為研究對(duì)象,對(duì)其在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)的過(guò)充、過(guò)放故障進(jìn)行診斷研究。首先,從鋰離子電池的充放電特性和不一致性問(wèn)題著手,探討過(guò)充電及過(guò)放電現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及導(dǎo)致的后果。對(duì)鋰離子電池過(guò)充、過(guò)放行為的分析表明:過(guò)充電可能造成鋰離子電池的熱失控從而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故;過(guò)放電會(huì)給電池帶來(lái)不可逆的損傷,大幅度的容量衰減致使電池壽命縮短而提前報(bào)廢。其次,對(duì)目前比較常見(jiàn)的電池模型進(jìn)行了分析,綜合考慮鋰離子電池的使用實(shí)際及已有電池模型的優(yōu)點(diǎn),建立了鋰離子電池的二階阻容模型,并由此推導(dǎo)出其狀態(tài)空間方程。通過(guò)恒流放電實(shí)驗(yàn)完成了電池開(kāi)路電壓與荷電狀態(tài)關(guān)系的標(biāo)定,然后利用脈沖實(shí)驗(yàn)法獲取電池模型參數(shù)。在Matlab/Simulink平臺(tái)下搭建了電池的動(dòng)態(tài)仿真模型,采用恒流放電和脈沖放電兩種工況對(duì)模型精度進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示模型適用性較好,能夠用于不同參數(shù)的鋰離子電池模擬仿真。最后,針對(duì)鋰離子電池在發(fā)生過(guò)充、過(guò)放行為時(shí)內(nèi)部參數(shù)的變化,提出了基于卡爾曼濾波的多模型估計(jì)診斷方法,并進(jìn)行仿真分析。依據(jù)鋰離子電池在過(guò)充、過(guò)放條件下的不同參數(shù),結(jié)合二階阻容等效電路構(gòu)造電池相應(yīng)故障模型�？柭鼮V波器對(duì)每個(gè)模型的輸出電壓進(jìn)行估計(jì)并產(chǎn)生殘差信號(hào)。濾波殘差通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)計(jì)算進(jìn)而得出每個(gè)模型的概率。仿真結(jié)果顯示,模擬的電池故障能被準(zhǔn)確地辨識(shí)出來(lái),表明多模型估計(jì)方法對(duì)于鋰離子電池的過(guò)充、過(guò)放故障診斷的有效性。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 故障診斷 多模型估計(jì) 卡爾曼濾波
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景和意義9-13
• 1.1.1 電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展9-10
• 1.1.2 動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.1.3 鋰離子電池存在的問(wèn)題12-13
• 1.2 故障診斷方法概述13-15
• 1.2.1 基于解析模型的故障診斷方法13-14
• 1.2.2 基于信號(hào)處理的故障診斷方法14
• 1.2.3 基于知識(shí)的故障診斷方法14-15
• 1.3 電池故障診斷國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 電池故障診斷國(guó)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 電池故障診斷國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第二章 鋰離子電池機(jī)理及過(guò)充過(guò)放分析19-28
• 2.1 鋰離子電池原理與特性19-23
• 2.1.1 鋰離子電池的原理19-20
• 2.1.2 鋰離子電池的性能參數(shù)20-22
• 2.1.3 鋰離子電池的極化現(xiàn)象22-23
• 2.2 鋰離子電池的充放電特性23-24
• 2.3 鋰離子電池的不一致性24-25
• 2.4 鋰離子電池的過(guò)充和過(guò)放分析25-27
• 2.4.1 鋰離子電池過(guò)充電25-26
• 2.4.2 鋰離子電池過(guò)放電26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 鋰離子電池模型的建立28-47
• 3.1 電池模型概述28-29
• 3.2 常用電池模型分析29-35
• 3.2.1 電化學(xué)模型29
• 3.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型29-30
• 3.2.3 等效電路模30-35
• 3.3 本文所用電池模型35-41
• 3.3.1 OCV與SOC關(guān)系模型36-38
• 3.3.2 模型參數(shù)辨識(shí)38-41
• 3.4 模型仿真驗(yàn)證41-45
• 3.4.1 仿真模型的建立41-43
• 3.4.2 模型仿真精度分析43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-47
• 第四章 基于多模型估計(jì)的過(guò)充過(guò)放故障診斷47-66
• 4.1 多模型估計(jì)基本原理47-48
• 4.2 多模型自適應(yīng)卡爾曼濾波算法48-53
• 4.2.1 卡爾曼濾波算法48-49
• 4.2.2 多模型自適應(yīng)卡爾曼濾波器49-52
• 4.2.3 模型權(quán)值計(jì)算52-53
• 4.3 鋰離子電池故障診斷模型設(shè)計(jì)53-56
• 4.3.1 構(gòu)造卡爾曼濾波器模型53-54
• 4.3.2 多模型估計(jì)器設(shè)計(jì)54-56
• 4.4 模型故障診斷驗(yàn)證與分析56-65
• 4.4.1 恒流放電工況下的故障診斷61-63
• 4.4.2 快速變化電流工況下的故障診斷63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論與展望66-68
• 結(jié)論66
• 展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果73-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：657160