电动汽车电池管理系统设计及电池健康状态估算

摘要

电动汽车作为新能源汽车的一种，具有节能和环保的双重优势，极有可能成为石化燃料汽车的替代品，代表未来汽车的发展方向，近年来越来越受到世界各国的重视。动力电池是电动汽车的动力源，对推动电动汽车发展起到至关重要的作用。而建立成熟的电池管理系统可以对电池进行有效监测和管理，成为发展电动汽车的一项关键技术。
　　电池管理系统目前在国内外均受到了很大的重视，根据实际工作中汽车对电池的要求，电池管理系统需要实现对电池的监测、能量管理、状态估算、热管理以及安全保护等功能，并且与车载设备进行通讯。其中，实现对电池状态包括电池的健康状态的在线估算，是设计电池管理系统的重要任务。课题研究工作包括以下几个方面的工作：
　　（1）根据电动汽车对电池容量大、功率高、寿命长等要求和国内外电池管理系统发展现状，设计完成具有稳定、准确、快速以及智能化的电池管理系统，由控制单元、单元模块、均衡单元、通讯单元以及相关软件组成，通过对电池电压、电流、温度等信息的采集，完成对电池内部参数的运算和能量均衡管理，并同其它车载设备建立通讯、交换信息。
　　（2）根据电池健康状态的定义、衰减因素以及现有估算方法，选择使用内阻法来判断电池的健康状态。通过分析电池工作时的外部特性，建立合理的电池模型。在适当的电池模型基础上，选择最小二乘法对电池模型中的参数进行辨识，通过在MATLAB上的仿真测试和利用实验数据的离线计算，验证模型和辨识方法的准确性。
　　（3）实现电池管理系统对电池健康的在线估算。在对电池模型进行离线参数辨识的基础上利用双卡尔曼滤波算法可以同时估算电池的荷电状态和内阻，给出了仿真和实验结果，以证明系统中使用方法可以准确快速得到电池内阻，实现对电池的健康状态进行判断。
　　在实际工况中对开发的电池管理系统进行实验测试，可以验证该系统能够稳定的实现监测、通讯等功能，并能较好估算电池的健康状态。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 动力电池及其管理系统

1.3 电池健康状态

1.4 论文主要内容

第二章 集中式电池管理系统设计

2.1 集中式电池管理系统

2.2 电池管理系统结构

2.3 电池监视单元

2.4 电池均衡单元

2.5 通讯单元

2.6 主控制模块的软件设计

第三章 电池模型建立和参数辨识

3.1 电池模型

3.2 参数辨识

3.3 仿真与实验

第四章 电池管理系统估算SOH策略

4.1 双扩展卡尔曼滤波算法

4.2 基于双卡尔曼滤波算法的电池内阻估算

4.3 仿真与实验测试

4.4 电池内阻与健康状态的关系

4.5 电池管理系统在线估算SOC与SOH

第五章 总结与展望

5.1 课题工作总结

5.2 课题未来展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢