燃料电池汽车动力电池soc估算及能量管控方法概述

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1、燃料电池汽车动力电池SOC估算及能量管控方法概述第1章绪论1.1引言自诞生以来，汽车就不断的改变着我们生活的世界。一方面，汽车使我们的生活变得快捷、方便和舒适，极大的加快了我们的生活节奏；另一方面，随着汽车保有量的增多所带来的交通安全问题以及日趋严重的环境和能源问题，传统汽车已经变得越来越不能满足人们的需求。随着现代社会的不断发展，汽车作为支柱产业，起到了带动各国经济发展的重要作用。在我国汽车产业高速发展的过程中，我们同时也看到了汽车对于城市交通安全以及大气污染所带来的种种问题。传统汽车行驶过程中，

2、汽车会不可逆转的消耗地球上日趋枯竭的化石能源，同时不可避免的会产生对大气和环境有污染的排放物。截至2013年10月，我国汽车保有量已达到1.35亿辆，其尾气中NOX的排放占全国排放总量的四分之一左右。在这些日趋严重的问题下，新能源汽车的研究和开发是当下汽车产业继续发展的大势所趋[1]。通常，我们将部分或者全部采用新能源作为动力的汽车称为新能源汽车，燃料电池汽车（FCEV）是众多新能源汽车中的一种，由于其使用的能源为氢这种广泛且可再生的能源，同时又具有安静、高效以及零污染排放的特点，并且续驶里程完全可

3、以和传统内燃机汽车想媲美，所以也被看成是新能源汽车的终极目标[2]。..1.2课题研究目的及意义经过近几年时间的研究和开发，目前燃料电池汽车已经有了一定的发展。燃料电池汽车动力系统是整个燃料电池汽车的核心，它通常由：氢源、燃料电池发电系统、DC/DC转换器、动力电池、电机以及驱动总成组成[3]。一般来说，在当前的燃料电池电动汽车中，经常使用蓄电池如铅酸、镍氢以及锂离子电池等或超级电容器作为辅助能源与燃料电池并联组合共同作为动力源。通常，将蓄电池作为辅助能源与燃料电池并联的动力系统称为FC+B型，将超

4、级电容作为辅助能源与燃料电池并联的动力系统的称为FC+C型[4]。辅助能源(蓄电池或超级电容器)与燃料电池形成混合型燃料电池汽车，可以适当降低燃料电池的输出功率，并提高整车的动态性能及经济性能。目前燃料电池汽车动力系统多采用混合驱动的模式，故如何使整车的能量需求在主动力源与辅助动力源这两者当中恰当分配，是动力系统的核心。在以（FC+B）型为动力源的燃料电池汽车上，能量管理策略的一个重要依据就是动力电池的SOC（StateofCharge）。开展动力电池性能试验，研究动力电池的性能，可以在一定程度上提

5、高动力电池模型以及SOC估算模型的准确性，为能量控制策略的研究提供数据基础，从而提高燃料电池汽车研发阶段的仿真分析结果，进而提高燃料电池汽车的实际使用性能。本文围绕燃料电池汽车动力系统的重要组件之一动力电池，以及动力系统能量管理策略，开展了相关的理论与试验研究，其意义在于：（1）通过单体电池试验，得到电池的性能特性，从而利用试验数据建立更为精确的SOC估算模型，提高估算精度；（2）通过对能量管理控制策略的研究和分析，进一步提高整车性能。.第2章动力电池性能试验及电池模型参数辨识2.1动力电池概述在F

6、C+B型燃料电池混合动力汽车上，动力电池需要在不同工况下能起到对燃料电池系统输出功率削峰填谷的作用，即一方面当车辆处于加速或者上坡等驱动电机功率需求较大的情况下时，能够为燃料电池系统分担一部分功率输出；另一方面当车辆处于制动或者怠速等情况下时，能够回收燃料电池系统的一部分能量，进一步使整车能量利用率得到提高，同时弥补燃料电池系统动态响应慢的缺点。燃料电池汽车上动力电池的发展与电池材料及制造技术的发展密不可分，如早期的戴姆勒公司开发的NECAR系列燃料电池汽车上采用的就是铅酸蓄电池，随后随着性能更优的

7、镍氢电池的问世，逐渐取代了铅酸电池，如丰田的FCHV-adv燃料电池汽车。然而此后研究表明镍氢电池单体存在电压低，成本高且具有记忆性，电池寿命短等不足，因此后来逐渐被锂离子电池所取代。目前广泛应用的车用动力电池为锂离子电池，相比于另外两种电池，锂离子电池具有安全性好、能量密度大、平均输出电压高，较低的自放电率以及良好的循环性能等特点。..2.2单体电池性能试验本节针对三元材料锂离子单体电池，开展电池基本性能试验，了解和归纳总结三元材料锂离子电池各项特性，为电池模型参数的辨识提供数据基础。试验所采用的

8、三元锂离子电池的技术特性如表2-3所示：开展电池恒流充放电试验可以得到电池的电压特性、内阻特性以及充放电过程中电池单体的温度变化等。基本充放电试验是研究三元材料锂离子电池性能的基础，通过开展不同条件（如温度和放电倍率等）下的充放电试验，可以电池的基本性能有一个了解，同时结合试验数据分析温度、充放电倍率等不同条件对单体电池性能的影响。通过NEatlab/Simulink软件为研究工具，开展了不同条件下的锂离子电池性能试验，论述了利用EKF算法和UKF算法进行SOC估算的