【摘要】：動力電池的狀態(tài)參量主要包括電池的電量狀態(tài)(SOC)、健康狀態(tài)(SOH)以及功率狀態(tài)(SOP)三個方面,其分別對應(yīng)了車輛的當(dāng)前剩余里程、最大續(xù)駛里程以及瞬時加速能力。準(zhǔn)確而可靠的電池狀態(tài)估計(jì)是保障電池使用安全、提高電池使用效率、延長電池使用壽命,優(yōu)化系統(tǒng)能量管理策略的基礎(chǔ)。但是,作為電池的隱性狀態(tài),電池SOC、SOH與SOP的估計(jì)往往要依托于其與電池內(nèi)部各特征參量之間對應(yīng)關(guān)系的提取或建立,而這一關(guān)系又會受到電池工況條件、使用溫度、老化程度以及批次差異等多個因素的耦合影響,特別是當(dāng)電池的老化因素被加入考慮后,其對應(yīng)關(guān)系的建立將依賴于冗繁的前期老化與特性實(shí)驗(yàn),這極大地增加了電池狀態(tài)估計(jì)算法開發(fā)與優(yōu)化的時間成本與社會成本。針對以上問題,本文旨在在不依賴于大量前期老化實(shí)驗(yàn)的條件下,實(shí)現(xiàn)對電池各狀態(tài)在整個車用階段的準(zhǔn)確在線估計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的,本文針對目前應(yīng)用最為廣泛的磷酸鐵鋰電池,選擇電池的平衡電壓作為電池狀態(tài)估計(jì)的特征參量。電池的平衡電壓即電池內(nèi)部平衡狀態(tài)的一種外在表現(xiàn)形式,反映為電池外部電壓中的穩(wěn)定部分,根據(jù)其獲取方式及對應(yīng)內(nèi)部環(huán)節(jié)的不同,可將其細(xì)分為電池的靜態(tài)平衡電壓(即開路電壓OCV)、動態(tài)平衡電壓(DEV)與準(zhǔn)平衡電壓(QEV)三種類型。利用鋰離子電池的容量-電勢聯(lián)合坐標(biāo)系,分別從理論和實(shí)驗(yàn)上分析并證明了電池平衡電壓在車用階段隨電池老化的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)隨著電池容量的損失,電池的平衡電壓曲線僅體現(xiàn)為其高SOC區(qū)域電壓平臺的逐漸消失,而在整個SOC區(qū)間內(nèi)其與電池SOC的對應(yīng)關(guān)系并不會發(fā)生改變。電池平衡電壓的這一特征為僅通過對全新電池平衡電壓曲線的獲取,實(shí)現(xiàn)整個車用階段的電池狀態(tài)的準(zhǔn)確估計(jì)提供了理論保障。針對電池在動態(tài)工況應(yīng)用場合下的在線估計(jì)問題,選擇電池的動態(tài)平衡電壓(DEV)作為電池SOC與SOH估計(jì)的特征參量。一方面,將電池DEV作為SOC的函數(shù),并以曲線上各相變特征點(diǎn)作為區(qū)間端點(diǎn)對DEV曲線進(jìn)行劃分,從而建立了“分段同形”的電池平衡電壓模型。同時,在這一基本模型的基礎(chǔ)上,考慮并加入了溫度對DEV曲線的影響,構(gòu)建了完整的動態(tài)平衡電壓模型表達(dá)式。新模型在不增加計(jì)算復(fù)雜程度的前提下,提升了對平衡電壓曲線的擬合精度以及對工作溫度的適應(yīng)能力。另一方面,考慮到系統(tǒng)狀態(tài)與參數(shù)變化速度的差異性以及其估計(jì)過程對預(yù)設(shè)狀態(tài)噪聲參數(shù)的依賴,利用極大似然估計(jì)原理,推導(dǎo)得到了基于新息序列統(tǒng)計(jì)的狀態(tài)自適應(yīng)雙擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。在以上兩方面研究的基礎(chǔ)上,通過對電池動態(tài)行為的數(shù)學(xué)描述,建立了關(guān)于電池各性能狀態(tài)與模型參數(shù)的狀態(tài)空間方程,在僅利用全新電池DEV曲線的條件下,實(shí)現(xiàn)了對整個車用階段中不同溫度、不同老化程度條件下的電池SOC與SOH的準(zhǔn)確在線估計(jì)。針對電池在平穩(wěn)工況應(yīng)用場合下的狀態(tài)估計(jì)問題,選擇電池的靜態(tài)平衡電壓,即電池的開路電壓(OCV)作為電池SOC與SOH估計(jì)的特征參量。為了解決OCV需要長時間靜置獲取的問題,基于對電池開路狀態(tài)下電壓釋放行為的實(shí)驗(yàn)分析,得到了電池極化弛豫時間與開路時間之間明確的線性關(guān)系,并在這一線性關(guān)系的基礎(chǔ)上,提出了全新的電壓釋放模型以及電池OCV的快速、在線預(yù)測方法。該方法可以通過對電池開路初期電壓數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算,實(shí)現(xiàn)對電壓完全釋放后的靜態(tài)OCV的準(zhǔn)確預(yù)測,將傳統(tǒng)20 h的等待獲取時間縮短為僅需20 min。同時,通過對方法在不同SOC區(qū)域可能引起估計(jì)誤差的分析,標(biāo)定了方法的電壓適用范圍。此外,針對電池SOP的在線估計(jì)問題,為實(shí)現(xiàn)對動態(tài)工況條件下電池瞬時充放電能力的充分利用,使電池在瞬時脈沖過程中始終維持在其峰值工作狀態(tài)下,本文提出了電池峰值功率的電流-電壓聯(lián)合約束限定條件,并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對脈沖過程中電流約束與電壓約束所占時長以及對應(yīng)約束條件下電壓與電流變化情況的有效預(yù)測。從而結(jié)合電池模型的全參數(shù)在線辨識方法,在不依賴于任何前期實(shí)驗(yàn)的條件下,實(shí)現(xiàn)了對電池在不同溫度與老化程度下的在線SOP估計(jì)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912;U469.72

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙健,楊維芝,趙佳明;鋰離子電池的應(yīng)用開發(fā)[J];電池工業(yè);2000年01期

2 ;如何正確使用鋰離子電池[J];電子科技;2000年09期

3 ;我國第一條現(xiàn)代化鋰離子電池生產(chǎn)線在濰坊建成投產(chǎn)[J];電池工業(yè);2001年01期

4 陳洪超;李相東;;鋰離子電池原理、研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J];軍事通信技術(shù);2001年01期

5 ;新型鋰離子電池[J];炭素技術(shù);2002年03期

6 朱曉軍;;全球最薄鋰離子電池[J];家庭電子;2002年03期

7 啟明;高容量鋰離子電池負(fù)極[J];金屬功能材料;2003年01期

8 楊捷;鋰離子電池的特點(diǎn)與使用[J];現(xiàn)代電視技術(shù);2003年05期

9 周園 ,韓金鐸;鋰離子電池:機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存——參加“鋰離子電池與電動車”研討會有感[J];鹽湖研究;2003年02期

10 石保慶;鋰離子電池的必測項(xiàng)目——電池平臺[J];中國無線電管理;2003年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 許名飛;郭永興;李新海;吳顯明;;鋰離子電池氣脹問題探析[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

2 王宏偉;鄧爽;肖海清;王超;楊宗輝;施亞申;;鋰離子電池誤使用的安全檢測與分析[A];2011年全國失效分析學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

3 劉勇;盤毅;謝凱;蘆偉;;鋰離子電池的存儲性能研究[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

4 張俊乾;;鋰離子電池中的擴(kuò)散應(yīng)力和破壞[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

5 康慨;戴受惠;萬玉華;王樹安;;我國鋰離子電池的研究與發(fā)展[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊）[C];2001年

6 張千玉;馬曉華;;二甲苯用作鋰離子電池過充保護(hù)添加劑的研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

7 張千玉;馬曉華;;新型鋰離子電池過充保護(hù)添加劑的研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

8 朱靜;于申軍;陳志奎;何顯能;周永超;李賀;;水分對鋰離子電池性能的影響研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

9 崔少華;楊曉民;;圓型鋰離子電池滲液不良分析[A];自主創(chuàng)新與持續(xù)增長第十一屆中國科協(xié)年會論文集（2）[C];2009年

10 李琳琳;王斌;吳宇平;T.van Ree;;甲基苯基二-(甲氧二乙基)硅烷用作鋰離子電池功能性添加劑的研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 李壯;新國標(biāo)9月實(shí)施鋰電池門檻加高[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2005年

2 劉碧瑪;動力鋰離子電池要抓住發(fā)展機(jī)遇[N];科技日報(bào);2007年

3 記者　陳穎;深圳鋰電產(chǎn)量已占全國六成[N];深圳特區(qū)報(bào);2006年

4 實(shí)習(xí)記者 徐恒邋記者 諸玲珍;鋰離子電池安全受關(guān)注 新材料研究是熱點(diǎn)[N];中國電子報(bào);2008年

5 徐恒 諸玲珍;鋰離子電池安全備受關(guān)注[N];中國有色金屬報(bào);2008年

6 李燕京;鋰離子電池國標(biāo)年內(nèi)將出臺[N];中國消費(fèi)者報(bào);2008年

7 本報(bào)記者 馮健;動力鋰離子電池：安全性制約應(yīng)用[N];中國電子報(bào);2009年

8 新材料在線首席研究員 李國強(qiáng);鋰離子電池產(chǎn)業(yè):中日韓三分天下[N];中國電子報(bào);2004年

9 金信;全國最大的鋰離子電池生產(chǎn)基地在津建成[N];中國機(jī)電日報(bào);2002年

10 黃新培;業(yè)內(nèi)專家對生產(chǎn)企業(yè)提出三點(diǎn)建議[N];中國機(jī)電日報(bào);2002年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉金龍;鋰離子電池高性能富鋰錳基正極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 劉玉榮;錳基混合型金屬氧化物孿生微納結(jié)構(gòu)的制備、形成機(jī)理與儲鋰性能[D];山東大學(xué);2015年

3 易金;鋰離子電池釩基負(fù)極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

4 張千玉;綠色能源材料鈦酸鋰的改性及其回收再利用的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 袁慶豐;鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料和電池安全性的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

6 明海;高容量或高倍率鋰離子電池材料的合成與相應(yīng)全電池的組裝研究[D];蘇州大學(xué);2015年

7 楊智博;高性能鋰離子電池硅/鍺電極的設(shè)計(jì)與制備[D];蘭州大學(xué);2015年

8 董漢成;衛(wèi)星電源電池健康狀態(tài)診斷方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 張濤;廢棄鋰離子電池破碎及富鈷產(chǎn)物浮選的基礎(chǔ)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

10 張立強(qiáng);鋰離子電池多物理模型參數(shù)辨識及健康特征提取[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張濤;失效鋰離子電池破碎特性研究[D];華東交通大學(xué);2011年

2 馬宇宏;鋰離子電池?zé)岚踩匝芯縖D];電子科技大學(xué);2013年

3 白鋼印;鋰離子電池高電壓正極材料鎳猛酸鋰的合成與改性研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 宋贏;鋰離子電池二氧化鈦負(fù)極材料摻雜改性及電化學(xué)行為研究[D];遼寧大學(xué);2015年

5 安平;聚酰亞胺鋰離子電池隔膜的制備及其性能研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

6 景其鳴;鋰離子電池高錳三元正極材料的富鋰化研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

7 潘佰韜;鋰離子電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與SOC估算研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

8 紀(jì)繼坤;實(shí)驗(yàn)室鋰離子電池制作測試體系工藝研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

9 王暖暖;基于UKF的電動汽車鋰離子電池的SOC估算[D];大連海事大學(xué);2016年

10 張卓識;鋰離子電池建模與故障預(yù)測方法研究[D];大連海事大學(xué);2016年

，

本文編號：2326780