锂离子电池热耦合简化第一原理模型及SOC估计
发布时间：2024-01-26 20:42
准确估计锂离子电池的荷电状态(State of Charge,简记SOC)是高性能电池管理系统(Battery management system,简记BMS)的重要功能之一。相比于等效电路模型,锂离子电池第一原理(First principle,简记FP)模型能从微观角度更准确地描述电池工作的电化学、动力学等过程,在BMS中应用FP模型可以进一步提高SOC估计精度。但FP模型求解复杂,参数辨识困难,无法实现不同环境温度下电池外特性行为的精确仿真。本文建立了热耦合简化第一原理(Thermal coupling simplified first principle,简记TC-SFP)模型,实现了基于TC-SFP模型的高精度SOC估计,为解决SOC估计精度随电池老化而下降的问题,开展了模型参数更新方法的研究,保证全寿命周期的SOC估计精度。首先,在改进单粒子模型基础上,利用热阻模型得到电池内部平均温度和外壳温度的计算表达式,考虑温度变化对电化学参数及内部过程的影响,建立了TCSFP模型。根据激励响应分析基本原理和参数解耦辨识要求,设计了0.02C小倍率恒流放电、三个温度下的短时恒流充放电等...
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 锂离子电池P2D模型及参数获取方法研究现状
1.2.1 P2D模型及其简化技术
1.2.2 TC-P2D模型
1.2.3 参数获取方法
1.3 锂离子电池SOC估计方法研究现状
1.3.1 基于经验的SOC估计方法
1.3.2 基于模型的SOC估计方法
1.4 锂离子电池老化机理与全寿命参数更新方法研究现状
1.4.1 老化机理
1.4.2 全寿命参数更新方法
1.5 本课题主要研究内容
第2章 TC-SFP模型及参数辨识
2.1 TC-SFP模型
2.1.1 电化学行为描述
2.1.2 热行为描述
2.1.3 TC-SFP模型仿真流程
2.2 基于激励响应分析的参数辨识方法
2.2.1 激励响应分析与参数解耦辨识
2.2.2 基本工作过程参数辨识
2.2.3 欧姆极化过程参数辨识
2.2.4 反应极化过程参数辨识
2.2.5 固液相扩散过程参数辨识
2.2.6 换热系数辨识
2.2.7 热阻辨识
2.3 参数辨识方法有效性验证
2.3.1 电池测试系统
2.3.2 利用实测数据的参数辨识结果
2.3.3 利用合成试验数据的参数辨识结果
2.4 TC-SFP模型仿真验证
2.4.1 端电压和外壳温度仿真结果
2.4.2 电池容量仿真结果
2.4.3 变环境温度下的仿真结果
2.5 本章小结
第3章 基于TC-SFP模型的SOC估计
3.1 SOC估计框架及估计方法
3.1.1 SOC估计框架
3.1.2 TC-SFP模型与EKF算法相结合的SOC估计
3.1.3 TC-SFP模型与PF算法相结合的SOC估计
3.1.4 TC-SFP模型与二分法相结合的SOC估计
3.2 不同SOC估计方法的性能对比
3.2.1 基于TC-SFP模型的不同SOC估计算法性能对比
3.2.2 基于TC-SFP模型和PNGV模型的SOC估计方法性能对比
3.3 本章小结
第4章 面向全寿命SOC估计的敏感参数辨识
4.1 参数敏感性分析
4.1.1 参数敏感性分析方法
4.1.2 敏感参数的确定
4.2 基于激励响应分析的敏感参数辨识方法
4.2.1 敏感参数辨识方法
4.2.2 敏感参数辨识工况设计
4.2.3 敏感参数辨识方法有效性验证
4.3 基于敏感参数辨识的全寿命SOC估计验证
4.3.1 初始阶段的SOC估计结果
4.3.2 其他老化阶段的SOC估计结果
4.4 本章小结
第5章 全寿命敏感参数多时间尺度更新方法
5.1 电池老化试验方案
5.2 敏感参数退化规律分析
5.2.1 基本工作过程参数的退化规律
5.2.2 反应极化系数的退化规律
5.2.3 固液相扩散过程参数的退化规律
5.3 敏感参数离线预测
5.3.1 敏感参数离线预测方法
5.3.2 敏感参数离线预测方法有效性验证
5.4 容量参数在线估计
5.4.1 外部健康特征在线提取
5.4.2 外部健康特征相关性分析
5.4.3 容量参数在线估计方法
5.5 敏感参数多时间尺度更新方法有效性验证
5.5.1 2.0 C老化倍率下的SOC估计验证
5.5.2 1.0 C老化倍率下的SOC估计验证
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3885655
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 锂离子电池P2D模型及参数获取方法研究现状
1.2.1 P2D模型及其简化技术
1.2.2 TC-P2D模型
1.2.3 参数获取方法
1.3 锂离子电池SOC估计方法研究现状
1.3.1 基于经验的SOC估计方法
1.3.2 基于模型的SOC估计方法
1.4 锂离子电池老化机理与全寿命参数更新方法研究现状
1.4.1 老化机理
1.4.2 全寿命参数更新方法
1.5 本课题主要研究内容
第2章 TC-SFP模型及参数辨识
2.1 TC-SFP模型
2.1.1 电化学行为描述
2.1.2 热行为描述
2.1.3 TC-SFP模型仿真流程
2.2 基于激励响应分析的参数辨识方法
2.2.1 激励响应分析与参数解耦辨识
2.2.2 基本工作过程参数辨识
2.2.3 欧姆极化过程参数辨识
2.2.4 反应极化过程参数辨识
2.2.5 固液相扩散过程参数辨识
2.2.6 换热系数辨识
2.2.7 热阻辨识
2.3 参数辨识方法有效性验证
2.3.1 电池测试系统
2.3.2 利用实测数据的参数辨识结果
2.3.3 利用合成试验数据的参数辨识结果
2.4 TC-SFP模型仿真验证
2.4.1 端电压和外壳温度仿真结果
2.4.2 电池容量仿真结果
2.4.3 变环境温度下的仿真结果
2.5 本章小结
第3章 基于TC-SFP模型的SOC估计
3.1 SOC估计框架及估计方法
3.1.1 SOC估计框架
3.1.2 TC-SFP模型与EKF算法相结合的SOC估计
3.1.3 TC-SFP模型与PF算法相结合的SOC估计
3.1.4 TC-SFP模型与二分法相结合的SOC估计
3.2 不同SOC估计方法的性能对比
3.2.1 基于TC-SFP模型的不同SOC估计算法性能对比
3.2.2 基于TC-SFP模型和PNGV模型的SOC估计方法性能对比
3.3 本章小结
第4章 面向全寿命SOC估计的敏感参数辨识
4.1 参数敏感性分析
4.1.1 参数敏感性分析方法
4.1.2 敏感参数的确定
4.2 基于激励响应分析的敏感参数辨识方法
4.2.1 敏感参数辨识方法
4.2.2 敏感参数辨识工况设计
4.2.3 敏感参数辨识方法有效性验证
4.3 基于敏感参数辨识的全寿命SOC估计验证
4.3.1 初始阶段的SOC估计结果
4.3.2 其他老化阶段的SOC估计结果
4.4 本章小结
第5章 全寿命敏感参数多时间尺度更新方法
5.1 电池老化试验方案
5.2 敏感参数退化规律分析
5.2.1 基本工作过程参数的退化规律
5.2.2 反应极化系数的退化规律
5.2.3 固液相扩散过程参数的退化规律
5.3 敏感参数离线预测
5.3.1 敏感参数离线预测方法
5.3.2 敏感参数离线预测方法有效性验证
5.4 容量参数在线估计
5.4.1 外部健康特征在线提取
5.4.2 外部健康特征相关性分析
5.4.3 容量参数在线估计方法
5.5 敏感参数多时间尺度更新方法有效性验证
5.5.1 2.0 C老化倍率下的SOC估计验证
5.5.2 1.0 C老化倍率下的SOC估计验证
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3885655
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3885655.html