电动汽车电池荷电状态估计及均衡技术研究

电动汽车产业作为我国重点发展的战略性新兴产业之一,是我国应对能源和环境挑战、推动传统汽车产业转型升级的紧迫任务,也是加快经济发展方式转变的战略举措。本课题针对目前电动汽车电池管理系统发展的主要问题,开展动力电池荷电状态估计技术及均衡技术的研究。锂离子动力电池在电动车辆上应用时,受工况、环境等随机因素影响,SOC具有很强的时变非线性,对电动车辆动力电池SOC估计进行研究具有理论意义和应用价值。本文对SOC估计的研究如下所述。在模型参数已知的条件下,提出基于SOH及模型离线参数分段矫正的锂电池SOC估计方法,分段矫正方法研究思路:安时积分法是目前工程中常用的SOC估计方法,在应用过程中存在的难点是积分过程中累积误差的消除,本文首先利用电池健康状态估算出电池当前时刻的实际可用容量,作为安时积分法中的除数项,对SOC估计值进行矫正;其次,利用模型离线数据对安时积分法中的累积误差进行分段消除。仿真结果表明,本文所提方法比传统的安时积分法具有更高的精度,能够较好的消除累积误差。在模型参数未知的条件下,提出基于最小二乘法及卡尔曼滤波法的联合估算方法。联合算法研究思路:首先根据动力电池在充放电过程中端电压的动态响应,采用二阶RC环路模型作为动力电池等效模型;随后,在此模型基础上,利用带遗忘因子的最小二乘法和自适应无迹卡尔曼滤波法对动力电池SOC进行联合估计。仿真试验表明,本文所提联合估计算法比单一的自适应无迹卡尔曼滤波法具有更高的精度和对初值误差的收敛性。由于动力电池组各单体电池的不一致性,动力电池组的循环寿命成为制约当前动力电池发展的重要因素。为了消除不一致性对串联动力电池组循环寿命的影响,利用电感储能原理,基于均衡路径与均衡阈值的动态调整,本文提出了两种新型均衡电路。两种新型均衡电路分别称为基于多准则限定的电池组均衡电路和基于分层策略的电池组均衡电路,两种均衡电路均由若干均衡子电路组成。基于多准则限定的电池组均衡电路可用于整组电池单体个数较少时的均衡;当电池组单体数量较多时,为减小均衡路径,可以考虑采用基于分层策略的均衡电路。仿真及实验结果表明,本文所提均衡电路结构简单,均衡速度快,均衡电流大,具有出色的均衡性能。