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基于老化动力锂电池状态估计及电池管理系统的研究与设计 |
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| 其它 | 摘要:电池管理系统是保障动力锂电池安全运行的核心部件。该系统通过构建从单体电池到电池模组的多维监测体系,基于对电池荷电状态(State of Charge,SOC)与健康状态(State of Health,SOH)的精确估算,制定相应的控制策略,实现对电池的有效保护。其中,SOC估算对提升电池动态性能、优化能量管理策略具有重要意义。然而,电池在使用过程中不可避免地发生老化,导致其性能退化,从而影响SOC估算的准确性。为解决老化对SOC估算的影响,本文提出了一种改进型SOC估算策略,并将其应用于所设计的低功耗电池管理系统中。实验结果表明,该策略有效提升了SOC估算的精度,并显著改善了系统的整体性能与稳定性。 主要研究内容与成果如下: (1)基于Simulink通用电化学模型构建老化电池仿真平台,模拟SOH=100%至80%的锂离子电池性能退化规律,并通过0.5C恒流脉冲放电实验验证SOC-OCV曲线随老化的动态偏移特性。实验验证了锂离子电池的SOC-OCV特性曲线会随电池SOH降低而发生改变,为改进SOC估算方法奠定了基础。 (2)提出基于二阶RC等效电路模型的在线参数辨识方法,采用带遗忘因子最小二乘法动态修正模型参数,并结合扩展卡尔曼滤波实现SOC闭环估计。针对老化状态影响锂离子电池模型参数与SOC估算精度的问题,提出了一种改进型的基于库仑计数法和EKF技术结合的SOH观测器,动态修正SOC-OCV曲线与可用容量,实现老化电池SOC的闭环反馈估算。实验表明,改进算法最大误差较传统EKF降低14%,平均误差控制在2%以内。 (3)设计并实现低功耗BMS硬件系统,集成动态供电唤醒与多模态充电管理模块。结合自适应SOC算法,完成数据采集与检测、电池状态估算、数据通信、人机交互界面等多个方面的软件设计。对系统实物进行了真实应用条件的测试与验证,测试结果证明该系统能够满足设计初衷和预期功能。 |
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(2025-6-4)