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原文传递车载蓄电系统特性及磷酸铁锂动力电池健康状态估计算法研究

论文题名：	车载蓄电系统特性及磷酸铁锂动力电池健康状态估计算法研究
关键词：	蓄电储能系统;锂离子电池;双电层电容器;系统熵变;健康状态估计
摘要：	车载蓄电储能系统是纯电动车和混合动力电动车的核心组成部分，也是制约其性能提升和普及的瓶颈所在。本文对于蓄电系统各部分的若干问题进行了研究，对于全面认识和评价车辆电能存储系统具有重要意义。　　在蓄电系统寿命特性与表证方面，以应用日趋广泛且极具前景的磷酸铁锂动力电池为对象开展深入研究。在其健康状态估计方法研究中，实验研究了不同老化状态的电池，并提出了基于电池参数的健康状态估计算法。通过对脉冲放电实验数据进行数据拟合得到电路元件的参数，并与阻抗测量方法对同一阶段的同一电池数据进行对比分析，找出并验证了参数的变化规律，选择欧姆内阻R0和双电层电容Cdl这两个参数作为健康状态的标记参数。随后建立了基于自适应神经模糊系统的算法预测电池健康状态，并在Simulink环境下建立模型。用2＃电池的数据验证了算法具有较好的估计精度，即使只使用一个参数来估算，其所反映的电池健康状态与实验数据误差也较小。最后在本章末尾给出了将估算逻辑集成到车载电池控制器的方法，使其适合在线估算的应用。　　在蓄电系统热特性与模型研究中，以适合并通常用于大电流运行的电化学双电层电容器为研究对象开展深入研究。对其性能和生热的研究，主要通过实验测试了电容器在不同的环境温度下的性能表现，改进了文献中电容器生热模型：将离子取向分布影响离子系统熵变的假设纳入原本的熵变理论，改进了二取向模型，提出空间任意取向的模型，并推导相应的表达式；研究了电容内部各部分的生热之间的关系，推导得出了焦耳热和可逆热之间的数学关系，并重新建立了宏观量和微观量之间的关系式。　　为使蓄电储能系统具有更适合电动车应用要求，对混合蓄电系统开展了详细研究，分别研究了基于铅酸电池和锂电池与电容器复合储能系统的各种基本性能，包括不同环境温度下两种系统的电流、电压等分布和变化特性，双电层电容器对于减小电池电流和延长电池放电时间有着显著作用，但随时间增加效果会衰减；结合锂离子电池寿命和双电层电容器生热问题，通过对锂离子电池复合储能系统进行仿真了计算和实验研究，揭示了双电层电容对于锂离子电池寿命方面和减少循环总生热量方面的贡献。　　由于低压辅助电源系统对整车能耗的影响，还对低压辅助电源能量管理进行了详细研究，主要讨论了基于电压控控制的管理策略的控制系统的实现，以及实车验证。最后，基于现有的管理策略，对重要的标定量进行了基于遗传算法的多目标优化设计。基于发电机电压控制的能量管理策略可以根据电池状态和用电器状态将发电机工作区间进行细化控制。实车实验验证的结果表明，采用该系统可以使节油率提高约2％，对电池的健康状态也是有积极作用的；基于遗传算法的多目标优化仿真结果表明，采用优化的阈值参数，可以进一步提高车辆的燃油经济性和延长电池的寿命。
作者：	张国煜
专业：	动力机械及工程
导师：	杨林
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文