电动汽车动力电池soc估算方法仿真(附件)【字数：10251】
摘 要科技日益发展，人们开始渐渐大力研发电动汽车，同时由于生态破坏，环境污染严重，新能源汽车开始渐渐取代传统燃油机汽车。磷酸铁锂电池作为使用最广泛的汽车电池，其中电池荷电状态作为整个管理系统的中心，通过SOC来判断各个电池之间的差异，不仅提供了准确的荷电状态，延长电池寿命，而且可以使驾驶员合理安排行程规划，因此必须建立准确的SOC算法来提高汽车性能。但是锂电池受到外界工作情况，温度，电流的影响，计算准确的SOC值仍然存在一定的困难，本文在分析现有常见的SOC估算方法的基础上，结合实验条件，提出一种分数阶卡尔曼滤波算法，通过现有的合理电池模型对此方法进行进行仿真分析，验证可得此方法能有效估算出动力电池的SOC值，具有较高的准确性，对动力电池以及新能源汽车的发展有着重大意义。
目 录
第一章 绪论......................................................1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外发展现状 1
1.2.1电动汽车动力电池模型研究现状 1
1.2.2动力电池SOC估计算法研究现状 2
第二章 锂离子电池的概念及性能分析 3
2.1工作原理与优缺点 3
2.2 锂离子电池的性能分析 3
第三章 现有SOC估算方法及选择 5
3.1 电池的荷电状态的概念（SOC） 5
3.2 常用SOC估算方法 5
3.2.1安时积分法 5
3.2.2内阻法 6
3.2.3开路电压法 6
3.2.4神经网络法 6
3.2.5线性模型法 7
3.2.6 负载电压法 7
3.2.7模糊控制算法 7
3.2.8粒子滤波算法 8
3.2.9卡尔曼滤波法 8
3.2.10总结 8
3.3卡尔曼滤波算法的实施细节 8
3.3.1关于模型中的滞回电压 8
3.3.2函数的适用范围 9
3.3.3初值问题 9
3.4本章小结 9
第四章 建模和仿真设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
10
4.1电池的分数阶建模 10
4.2参数识别 12
4.3基于分数阶模型的SOC估值 16
第五章 结论 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1 研究背景
在现代科技蓬勃发展的今天，汽车已经成为国民日常出行的选择之一。汽车的方便快捷得到了人们的赏识，几十年来发展迅速，这使得各地经济发展迅速，使人们之间的联系日益密切，对人们的生活产生了重要的影响。
但是随着汽车数量的增加，石油的消耗也日益增加。汽车尾气造成了各种空气环境问题，大气环境逐渐恶化。为了应对这样的问题，发展新能源已经成为了各国的研究重点。
电动汽车是目前研究的重点，集各大优点于一身。动力电池是给电动汽车提供动力的动力源，它的工作情况和状态对电动汽车的性能影响至关重要。目前电池存在储存电量不足，电池寿命不足和其他的基本问题[1]。锂电池因为容量大，安全耐用，耐高温，适用环境广泛，是现在使用最广泛的电池之一。
管理系统中有一个很重要的参数电池荷电状态SOC[2][3]，它会给车辆提供显示剩余可用电量信息。SOC不仅对电池的使用和保护很关键，而且影响很多其他功能的使用[4]。
电池荷电状态SOC是现在的科研人员都作为电池研究和管理系统的热点。如果可用掌握准确的SOC估算方法，那么对电池的研究会起到决定性影响。研究的这么多年来，已经出现了很多准确的SOC估算方法，例如开路电压法，线性模型法，卡尔曼滤波法，神经网络法，内阻法等等，它们都有各自的优缺点以及适用的范围。怎么通过现有的技术来提高SOC估算的准确性是现在的难题，因此要在已有的基础上力求突破。
电池管理系统的主要功能是检测电池状态，估算电池SOC，完成故障检测，液晶显示，均衡检测，热管理，充放电等，使SOC的信息能通过控制单元传到各个系统控制中。由于传感器无法直接测得SOC，动力电池在电动汽车行驶使用的时候受到使用寿命，电流，温度等因素的影响，SOC估算难度大大提升。所准确的SOC估算数据可以直接体现电池间的性能差别，对电池进行合理的管理，从而延长电池的使用寿命，对司机可行驶里程数也提供了预判。
怎么建立一个准确的电池模型和选择合适的SOC估算方法很大程度上受到SOC估算精度的影响。本文根据电池状态参数变化的特点，通过电池模型来确定准确估算SOC。
1.2 国内外发展现状
1.2.1电动汽车动力电池模型研究现状
锂电池是目前最先进可靠的电池。1958年，锂电池被研究出来了，但是人们却在80年代才着重对锂电池研究，从这以后对锂电池的研究迅速。
锂电池具有相当优良的使用优点，在当今社会发展迅速，普遍存在于人们的日常生活中，我们的生活变得更加方便快捷，不仅在生活中，科技中也广泛使用，特别在新能源汽车中[5]。现在很多著名的汽车生产厂家大力研究采用锂电池作为动力的电动汽车，力求实现汽车产业质的突破。
日本的索尼公司是最早研究锂电池的公司，其生产的锂电池是世界上的最高水平。日本政府在2010年加大了对电动汽车的研究，把新型研究的锂电池装配到电动汽车上，力求实现汽车零排放，零污染。
随着近几年的发展，我国锂电池的生产发展迅速，基本达到了国际先进水平。锂电池原料的国有化生产，不仅降低了生产成本，而且为锂电池的发展提供了可靠有利的条件[6]。
1.2.2动力电池SOC估计算法研究现状
虽然SOC是电池管理系统中的一个很基本的参数，但是由于很多功能的使用受到SOC的影响，因此它的重要不言而喻。它不能直接由传感器直接测得，只能依靠建立模型的算法获得准确的数据[7]。同时动力电池在工作的时候受到使用寿命，电流，温度[8]等因素的影响，SOC估算难度大大提升。
研究SOC估算主要有两个方向：（1）电池离子的存在状态以及电池内的化学反应，（2）只考虑外部特性参数，对内部的化学反应不考虑。第一种由于电化学反应很复杂，发展困难；第二种由于只要测量电池外部的特性参数因此较为简单。所以许多国内外专家提出了这个方向的SOC算法，像卡尔曼滤波法；拓展卡尔曼滤波法；开路电压法；内阻法；线性模型法等等。近几年专家们将几种算法集中融合来提高SOC的估算精度，结果表明还需大量研究实验。
目前在我国经过多年的努力科研和发展，在电池模型和SOC这方面均取得了不少的成果，但是还是存在不少的缺点，因此电池模型和SOC估算这两方面的研究还应该大力发展。
第二章 锂离子电池的概念及性能分析
目 录
第一章 绪论......................................................1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外发展现状 1
1.2.1电动汽车动力电池模型研究现状 1
1.2.2动力电池SOC估计算法研究现状 2
第二章 锂离子电池的概念及性能分析 3
2.1工作原理与优缺点 3
2.2 锂离子电池的性能分析 3
第三章 现有SOC估算方法及选择 5
3.1 电池的荷电状态的概念（SOC） 5
3.2 常用SOC估算方法 5
3.2.1安时积分法 5
3.2.2内阻法 6
3.2.3开路电压法 6
3.2.4神经网络法 6
3.2.5线性模型法 7
3.2.6 负载电压法 7
3.2.7模糊控制算法 7
3.2.8粒子滤波算法 8
3.2.9卡尔曼滤波法 8
3.2.10总结 8
3.3卡尔曼滤波算法的实施细节 8
3.3.1关于模型中的滞回电压 8
3.3.2函数的适用范围 9
3.3.3初值问题 9
3.4本章小结 9
第四章 建模和仿真设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
10
4.1电池的分数阶建模 10
4.2参数识别 12
4.3基于分数阶模型的SOC估值 16
第五章 结论 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1 研究背景
在现代科技蓬勃发展的今天，汽车已经成为国民日常出行的选择之一。汽车的方便快捷得到了人们的赏识，几十年来发展迅速，这使得各地经济发展迅速，使人们之间的联系日益密切，对人们的生活产生了重要的影响。
但是随着汽车数量的增加，石油的消耗也日益增加。汽车尾气造成了各种空气环境问题，大气环境逐渐恶化。为了应对这样的问题，发展新能源已经成为了各国的研究重点。
电动汽车是目前研究的重点，集各大优点于一身。动力电池是给电动汽车提供动力的动力源，它的工作情况和状态对电动汽车的性能影响至关重要。目前电池存在储存电量不足，电池寿命不足和其他的基本问题[1]。锂电池因为容量大，安全耐用，耐高温，适用环境广泛，是现在使用最广泛的电池之一。
管理系统中有一个很重要的参数电池荷电状态SOC[2][3]，它会给车辆提供显示剩余可用电量信息。SOC不仅对电池的使用和保护很关键，而且影响很多其他功能的使用[4]。
电池荷电状态SOC是现在的科研人员都作为电池研究和管理系统的热点。如果可用掌握准确的SOC估算方法，那么对电池的研究会起到决定性影响。研究的这么多年来，已经出现了很多准确的SOC估算方法，例如开路电压法，线性模型法，卡尔曼滤波法，神经网络法，内阻法等等，它们都有各自的优缺点以及适用的范围。怎么通过现有的技术来提高SOC估算的准确性是现在的难题，因此要在已有的基础上力求突破。
电池管理系统的主要功能是检测电池状态，估算电池SOC，完成故障检测，液晶显示，均衡检测，热管理，充放电等，使SOC的信息能通过控制单元传到各个系统控制中。由于传感器无法直接测得SOC，动力电池在电动汽车行驶使用的时候受到使用寿命，电流，温度等因素的影响，SOC估算难度大大提升。所准确的SOC估算数据可以直接体现电池间的性能差别，对电池进行合理的管理，从而延长电池的使用寿命，对司机可行驶里程数也提供了预判。
怎么建立一个准确的电池模型和选择合适的SOC估算方法很大程度上受到SOC估算精度的影响。本文根据电池状态参数变化的特点，通过电池模型来确定准确估算SOC。
1.2 国内外发展现状
1.2.1电动汽车动力电池模型研究现状
锂电池是目前最先进可靠的电池。1958年，锂电池被研究出来了，但是人们却在80年代才着重对锂电池研究，从这以后对锂电池的研究迅速。
锂电池具有相当优良的使用优点，在当今社会发展迅速，普遍存在于人们的日常生活中，我们的生活变得更加方便快捷，不仅在生活中，科技中也广泛使用，特别在新能源汽车中[5]。现在很多著名的汽车生产厂家大力研究采用锂电池作为动力的电动汽车，力求实现汽车产业质的突破。
日本的索尼公司是最早研究锂电池的公司，其生产的锂电池是世界上的最高水平。日本政府在2010年加大了对电动汽车的研究，把新型研究的锂电池装配到电动汽车上，力求实现汽车零排放，零污染。
随着近几年的发展，我国锂电池的生产发展迅速，基本达到了国际先进水平。锂电池原料的国有化生产，不仅降低了生产成本，而且为锂电池的发展提供了可靠有利的条件[6]。
1.2.2动力电池SOC估计算法研究现状
虽然SOC是电池管理系统中的一个很基本的参数，但是由于很多功能的使用受到SOC的影响，因此它的重要不言而喻。它不能直接由传感器直接测得，只能依靠建立模型的算法获得准确的数据[7]。同时动力电池在工作的时候受到使用寿命，电流，温度[8]等因素的影响，SOC估算难度大大提升。
研究SOC估算主要有两个方向：（1）电池离子的存在状态以及电池内的化学反应，（2）只考虑外部特性参数，对内部的化学反应不考虑。第一种由于电化学反应很复杂，发展困难；第二种由于只要测量电池外部的特性参数因此较为简单。所以许多国内外专家提出了这个方向的SOC算法，像卡尔曼滤波法；拓展卡尔曼滤波法；开路电压法；内阻法；线性模型法等等。近几年专家们将几种算法集中融合来提高SOC的估算精度，结果表明还需大量研究实验。
目前在我国经过多年的努力科研和发展，在电池模型和SOC这方面均取得了不少的成果，但是还是存在不少的缺点，因此电池模型和SOC估算这两方面的研究还应该大力发展。
第二章 锂离子电池的概念及性能分析
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