车用动力电池SOC与SOP联合估算研究

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峰值功率作为电动汽车重要性能指标之一,是车辆加速、爬坡、能量回收的重要参考。传统电池管理系统估算峰值功率是基于Rint电池模型的试验标定法,由于试验法模型未能考虑极化效应的影响,往往造成估算结果偏大,且存在试验周期长、工作量大、对试验设备要求高等问题,制约着电池管理系统的发展。本文以峰值功率(SOP,State of power)仿真估算作为研究目标,考虑到电池管理系统的另一核心功能荷电状态(SOC,State of charge)估算与SOP估算之间的紧密联系,故将二者联合起来进行估算研究。具体工作如下:  选择三元材料锂离子电池作为研究对象并搭建试验平台,为掌握电池基本性能分别进行不同温度、不同放电倍率、不同功率下电池性能试验。电池模型是电池状态估算的基础,为评估模型反映电池内部状态的准确程度以及估算性能差别,分别建立Thevenin与DP(Dual Polarization)两个低阶等效电路模型进行对比分析,通过混合脉冲功率特性试验(HPPC)进行电池参数辨识,并对极化电压进行了相关试验分析。基于电池的充放电特性,考虑到SOC与SOP之间内在联系以及单参数约束估算SOP易造成估算结果偏大的问题,提出了基于DP电池模型和多参数约束的峰值功率估算方法,推导了相关计算方程,建立了基于EKF算法的SOC与SOP联合估算仿真模型并进行了试验验证,分析了SOC与SOP的估算精度以及估算性能。  结果表明:①低温对电池性能影响显著,放电容量与放电平台显著下降;高温、放电倍率、放电功率对电池容量影响不大;放电能量随放电功率的增大而减小。②极化电压在放电前中期存在平稳期,末期极化电压明显升高;放电过程极化电压高于充电过程;低温使极化电压明显升高,平稳期缩短;放电倍率越大极化效应越强。③基于DP等效电路模型预测的端电压误差很小;低阶等效电路模型SOC估算最大误差均小于3%,但DP模型最大误差约为2%,优于Thevenin模型。④基于DP模型的多参数约束下的SOC与SOP联合估算峰值功率最大误差不超过3%,小于Thevenin模型估算峰值功率误差;峰值功率放电持续时间越长,峰值功率值越小;在SOC存在初始误差时,SOC与SOP估算模型能快速收敛到准确值,鲁棒性强。
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