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锂电池荷电状态估算研究及其管理系统设计
| 论文题名： | 锂电池荷电状态估算研究及其管理系统设计 |
| 关键词： | 荷电状态估算;滤波算法;滑模观测器;电池管理系统;电动汽车 |
| 摘要： | 电池管理系统（BMS）是电动汽车的重要组成部分，它通过对电池的实时管理不仅可以提高电池的使用效率还能够保证电池使用的安全性。准确估算电池荷电状态（SOC）是 BMS核心技术之一，高精度的 SOC估算不仅有利于提高电池的使用寿命还能够提高能源利用效率，减小运行成本。 在锂离子电池工作原理的基础上，分析了电池各种模型的优缺点及适用范围，选择二阶 RC等效电路模型模拟电池的外在特性。采用离线参数辨识方法，调用Matlab拟合函数，完成电池模型的参数辨识。通过仿真实验验证构建的二阶RC等效电路模型可以较好的模拟电池外在特性。 阐述了线性卡尔曼滤波的工作原理及估算 SOC时的整个递推算法。扩展卡尔曼滤波（EKF）通过将电池模型的非线性部分进行一阶泰勒式展开来完成线性化处理以适用线性卡尔曼滤波算法。在电池模型状态空间方程的基础上设计滑模观滑器估算SOC值。首先根据时变系统能观测性矩阵的秩判定系统的状态变量是能观的，然后根据李雅普诺夫判定系统稳定性的方法完成了滑模观测器的反馈增益参数和滑模增益参数的设计。最后在Matlab/Simulink环境下通过仿真实验验证 EKF法和滑模观测器法在估算SOC时的估算效果和误差。实验表明滑模观测器法具有更高的估算精度。 完成了BMS的硬件电路设计和软件程序设计。BMS按照分布式模块化的思想分为电池组控制单元（BCU）和本地控制单元（LECU）。BCU主要功能是接收处理来自 LECU模块的信息，并负责与 LECU和外部单元通信。BCU的功能模块有电源模块、通信模块、总电压检测模块和母线电流检测模块等。LECU主要功能是完成电池数据采集和单体电池间的电压均衡。LECU的功能模块有单体电压采集模块和温度采集模块。按照硬件电路设计思想，完成系统软件设计。通过系统调试和实验验证表明系统可以安全可靠的运行，数据采集精度符合相关要求。 |
| 作者： | 杜虎 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 徐华中 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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