纯电动汽车动力电池SOC估算方法的研究开题报告

全文总字数：6901字

1. 研究目的与意义

电池能否合理的充放电将严重影响其使用寿命和工作性能。

在充放电过程中荷电状态（soc）是极其重要的一个参数。

soc的估算的准确与否将直接影响电池的工作性能，准确有效的soc估算方法可以避免过充、放电，有效的延长电池的使用寿命，充分发挥电池的工作性能，延长电动汽车的续驶里程，降低汽车的运营成本。

2. 国内外研究现状分析

动力电池的 SOC 和很多因素有关，如电流、压温度极化效应池寿 和很多因素有关，如电流、压温度极化效应池寿 和很多因素有关，如电流、压温度极化效应池寿 和很多因素有关，如电流、压温度极化效应池寿 和很多因素有关，如电流、压温度极化效应池寿 和很多因素有关，如电流、压温度极化效应池寿 命、库仑效率等，因而不能直接测量并且动力电池具有很强的非线性给实时 命、库仑效率等，因而不能直接测量并且动力电池具有很强的非线性给实时 命、库仑效率等，因而不能直接测量并且动力电池具有很强的非线性给实时 命、库仑效率等，因而不能直接测量并且动力电池具有很强的非线性给实时 命、库仑效率等，因而不能直接测量并且动力电池具有很强的非线性给实时 在线估算 SOC 带来很大的困难。近年，多专家学者对 带来很大的困难。近年，多专家学者对 带来很大的困难。近年，多专家学者对 带来很大的困难。近年，多专家学者对 SOC 估算方法进行了大 量研究，取得了诸多成果。安时积分法及其改进 安时积分法及其改进安时积分法是最成熟的 SOC 估算方法。通过对一段时间内的电流进行积分即 估算方法。通过对一段时间内的电流进行积分即 可获得当前状态的 SOC 作为一种开环预测方法，初始 作为一种开环预测方法，初始 SOC 不确定、电流的测量误 不确定、电流的测量误 不确定、电流的测量误 差等限制了安时积分法的广泛应用。为此，许多 差等限制了安时积分法的广泛应用。为此，许多 差等限制了安时积分法的广泛应用。为此，许多 差等限制了安时积分法的广泛应用。为此，许多 专家学者在确定初始 SOC 值及修 正估算误差等方面进行了 大量 研究，并取得较好成果。国立中山大学的 研究，并取得较好成果。国立中山大学的 研究，并取得较好成果。国立中山大学的 Kong Soon Kong Soon Kong Soon Ng 等人考虑了充放电效率的补偿作用，同时估算池健康状况提高安 等人考虑了充放电效率的补偿作用，同时估算池健康状况提高安 等人考虑了充放电效率的补偿作用，同时估算池健康状况提高安 等人考虑了充放电效率的补偿作用，同时估算池健康状况提高安 等人考虑了充放电效率的补偿作用，同时估算池健康状况提高安 等人考虑了充放电效率的补偿作用，同时估算池健康状况提高安 等人考虑了充放电效率的补偿作用，同时估算池健康状况提高安 等人考虑了充放电效率的补偿作用，同时估算池健康状况提高安 等人考虑了充放电效率的补偿作用，同时估算池健康状况提高安 等人考虑了充放电效率的补偿作用，同时估算池健康状况提高安 时积分法估算 SOC 的精度 【3】。华南理工大学的王宏刚等人研究了在电池充放状 。华南理工大学的王宏刚等人研究了在电池充放状 态下，利用神经网络估算库仑效率可以提高 SOC 的估算精度 【4】。开路电压法 开路电压法 及其改进开路电压法认为池和 SOC 存在固定而准确的关系。开路电 存在固定而准确的关系。开路电 压值要求电池断开一个小时以上，使其内部处于稳定状态。因此该方法不能用 压值要求电池断开一个小时以上，使其内部处于稳定状态。因此该方法不能用 压值要求电池断开一个小时以上，使其内部处于稳定状态。因此该方法不能用 于动态估算电池的 SOC 。开路电压法在池充放的初期和末测量结果较准确， 。开路电压法在池充放的初期和末测量结果较准确， 因而可以与 安时积分法结合使用。中国海洋大学的周亚楠根据电池断间及其 安时积分法结合使用。中国海洋大学的周亚楠根据电池断间及其 上电时的开路压。 修正当前初始状态的 SOC 值。提高了安时积分法的估算精度 值。提高了安时积分法的估算精度 【5】。河南科技大学的田晓辉等人根据电池开路压及所处状态对安时 。河南科技大学的田晓辉等人根据电池开路压及所处状态对安时 。河南科技大学的田晓辉等人根据电池开路压及所处状态对安时积分法的计算公式进行修正，解决了 积分法的计算公式进行修正，解决了 SOC 初始值不确定、循环充放电次数对池 初始值不确定、循环充放电次数对池 容量有影响等问题 【6】。大连交通学的曾洁等人提出，过实验获取电池静止状 。大连交通学的曾洁等人提出，过实验获取电池静止状 。大连交通学的曾洁等人提出，过实验获取电池静止状 。大连交通学的曾洁等人提出，过实验获取电池静止状 。大连交通学的曾洁等人提出，过实验获取电池静止状 态的开路电压 (OCV )与对应的初始 SOC 值，然后基于多项式回归分析法拟合出 值，然后基于多项式回归分析法拟合出 值，然后基于多项式回归分析法拟合出 OCV SOC 曲线方程，解决了安时积分法初始 SOC 不确定的难题 【7】。神经网络算法 神经网络算法 及其改进神经网络具有非线性特征，自学习能力强常用于解决和处理复杂问题但 神经网络具有非线性特征，自学习能力强常用于解决和处理复杂问题但 神经网络具有非线性特征，自学习能力强常用于解决和处理复杂问题但 神经网络具有非线性特征，自学习能力强常用于解决和处理复杂问题但 处理过程受训练样 本和训练方法的影响 大。 若网络越复杂，则对已有样本的拟合 若网络越复杂，则对已有样本的拟合 度高，但对未知样本的推广能力弱；若网络过于简单则难以从有限中找出 度高，但对未知样本的推广能力弱；若网络过于简单则难以从有限中找出 度高，但对未知样本的推广能力弱；若网络过于简单则难以从有限中找出 度高，但对未知样本的推广能力弱；若网络过于简单则难以从有限中找出 规律。 因此神经网络模型往达到了预定的训练目标，而其对未知样本估计效 因此神经网络模型往达到了预定的训练目标，而其对未知样本估计效 果依然不理想。随着统计学习论的发展，支持向量机（ 果依然不理想。随着统计学习论的发展，支持向量机（ 果依然不理想。随着统计学习论的发展，支持向量机（ 果依然不理想。随着统计学习论的发展，支持向量机（ support vector ma support vector ma support vector ma -chine ， SVM ）为缓解这一矛盾提出了新思路。 ）为缓解这一矛盾提出了新思路。 ）为缓解这一矛盾提出了新思路。 ）为缓解这一矛盾提出了新思路。 ）为缓解这一矛盾提出了新思路。 支持向量机可以根据给定的样本数获得 支持向量机可以根据给定的样本数获得 支持向量机可以根据给定的样本数获得 支持向量机可以根据给定的样本数获得 支持向量机可以根据给定的样本数获得 未知系统输入与出的关。当重新给定一组时，支持 未知系统输入与出的关。当重新给定一组时，支持 未知系统输入与出的关。当重新给定一组时，支持 向量机就可以对该系 统的输出进行尽可能准确估计 。合肥工业大学的娄洁等人提出了 基于 SVM 模型建立相应的电池组 SOC 估算模 型，并用 型，并用 PSO 算法优化 SVM 模型的参数 。使得对支持向量机参数寻优的结果精 度有所提高，且更的准确性 【8】。卡尔曼滤波算法及其改进 卡尔曼滤波算法及其改进卡尔曼滤波法 (KF) 的 思想是把动态系统表示成状空间形式，对的 思想是把动态系统表示成状空间形式，对状态做出最小方差意义上的优估计 【9】。卡尔曼滤波算法精度高 。卡尔曼滤波算法精度高 ，但只适用 但只适用 但只适用 于线性系统，并且要基精确的电池模型 于线性系统，并且要基精确的电池模型 于线性系统，并且要基精确的电池模型 于线性系统，并且要基精确的电池模型 于线性系统，并且要基精确的电池模型 于线性系统，并且要基精确的电池模型 ，同时对噪声初始值的选择也较敏感。 同时对噪声初始值的选择也较敏感。 同时对噪声初始值的选择也较敏感。 同时对噪声初始值的选择也较敏感。 同时对噪声初始值的选择也较敏感。 近年 来。通过改进卡尔曼滤波法以提高 SOC 估算精度的研究受到普遍关注。燕山大学的刘吉良联合采用 燕山大学的刘吉良联合采用 燕山大学的刘吉良联合采用 燕山大学的刘吉良联合采用 燕山大学的刘吉良联合采用 EKF 算法、安时积分和开路电压估池 算法、安时积分和开路电压估池 算法、安时积分和开路电压估池 算法、安时积分和开路电压估池 算法、安时积分和开路电压估池 算法、安时积分和开路电压估池 算法、安时积分和开路电压估池 算法、安时积分和开路电压估池 SOC ，提高了在线估算 ，提高了在线估算 SOC 的准确性 、实用和可靠的准确性 、实用和可靠的准确性 、实用和可靠【10 】。北京交通大学的张彩 。北京交通大学的张彩 。北京交通大学的张彩 。北京交通大学的张彩 。北京交通大学的张彩 。北京交通大学的张彩 。北京交通大学的张彩 。北京交通大学的张彩 。北京交通大学的张彩 。北京交通大学的张彩 萍等人采用鲁棒扩展卡尔曼滤波算法估电池 SOC ，与 EKF 相比，提高了估算精 相比，提高了估算精 度【11 】。同济大学的戴海峰等人利用双卡尔曼滤波算 法时在线估。同济大学的戴海峰等人利用双卡尔曼滤波算 法时在线估SOC ，反映了 ，反映了 ，反映了 ，反映了 电池内部的真实状态，估算精度较高但计过程比复杂 【12 】。武汉理工大学 的高明煜等人研究了采样点卡尔曼滤波 的高明煜等人研究了采样点卡尔曼滤波 的高明煜等人研究了采样点卡尔曼滤波 的高明煜等人研究了采样点卡尔曼滤波 的高明煜等人研究了采样点卡尔曼滤波 (SPKF) (SPKF)算法。该方设计了少量的 算法。该方设计了少量的 算法。该方设计了少量的 算法。该方设计了少量的 采样 点，根据采样经非线性函数的传播计算出随机向量一 点，根据采样经非线性函数的传播计算出随机向量一 点，根据采样经非线性函数的传播计算出随机向量一 点，根据采样经非线性函数的传播计算出随机向量一 点，根据采样经非线性函数的传播计算出随机向量一 点，根据采样经非线性函数的传播计算出随机向量一 点，根据采样经非线性函数的传播计算出随机向量一 点，根据采样经非线性函数的传播计算出随机向量一 、二阶统计特性的传 、二阶统计特性的传 、二阶统计特性的传 播，因此比 播，因此比 播，因此比 播，因此比 播，因此比 EKF 能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特能更好地逼近方程的非线性 特【13 】。美国南卡罗来纳大学的 。美国南卡罗来纳大学的 。美国南卡罗来纳大学的 。美国南卡罗来纳大学的 。美国南卡罗来纳大学的 。美国南卡罗来纳大学的 。美国南卡罗来纳大学的 。美国南卡罗来纳大学的 。美国南卡罗来纳大学的 。美国南卡罗来纳大学的 。美国南卡罗来纳大学的Shriram Santhanagopalan Shriram Santhanagopalan 等人提出了无迹卡尔曼滤波 (UKF) ，UKF 对滤波参数不 敏感。鲁棒性较强， LEKF 更适用于复杂的非线性系统 【14 】。北京理工大学的孙逢 春等人研究了自适应无迹卡尔曼滤波 (AUKF) ，并综合比较了 UKF 、AEKF 和 AUKF 算法，结果表明 AUKF 具有较高的 SOC 估算精度 【15 】。此外，一些学者将 此外，一些学者将 EKF 和改进的神经网络结合使 用，取得了良好成效。山东 用，取得了良好成效。山东 用，取得了良好成效。山东 大学的崔纳新等人首先采用卡尔曼滤波 (KF) 估算 SOC ，然后使用对角递归神经网 ，然后使用对角递归神经网 络(DRNN) 估算 SOC 以减少计算量，二者交替迭代提高了 估精度同时降低以减少计算量，二者交替迭代提高了 估精度同时降低以减少计算量，二者交替迭代提高了 估精度同时降低以减少计算量，二者交替迭代提高了 估精度同时降低计算量。其他估算方法 其他估算方法滑模 观测器是一种鲁棒性很强的非线状态，可以有效补偿系统滑模 观测器是一种鲁棒性很强的非线状态，可以有效补偿系统型误差和外界干扰。韩国忠州大学的 型误差和外界干扰。韩国忠州大学的 型误差和外界干扰。韩国忠州大学的 型误差和外界干扰。韩国忠州大学的 型误差和外界干扰。韩国忠州大学的 S．Kim Kim北京理工大学的何洪文和澳利 北京理工大学的何洪文和澳利 北京理工大学的何洪文和澳利 北京理工大学的何洪文和澳利 亚斯威本科技大学的 X．Chen 等人均采用滑模观测器估算电池 SOC ，可以很好模 ，可以很好模 拟电池的非线 性特，其可控、收敛和稳定良好刚。哈尔滨工业大学的夏 性特，其可控、收敛和稳定良好刚。哈尔滨工业大学的夏 性特，其可控、收敛和稳定良好刚。哈尔滨工业大学的夏 性特，其可控、收敛和稳定良好刚。哈尔滨工业大学的夏 晴等人设计了一种能改善抖动问题的滑模状态观测器。通过仿真验证，与 晴等人设计了一种能改善抖动问题的滑模状态观测器。通过仿真验证，与 晴等人设计了一种能改善抖动问题的滑模状态观测器。通过仿真验证，与 晴等人设计了一种能改善抖动问题的滑模状态观测器。通过仿真验证，与 EKF 算法相比，在电池的建模误差同情况下滑观测器估计精度更高。天津理 算法相比，在电池的建模误差同情况下滑观测器估计精度更高。天津理 算法相比，在电池的建模误差同情况下滑观测器估计精度更高。天津理 算法相比，在电池的建模误差同情况下滑观测器估计精度更高。天津理 工大学的 于洋等人利用最小二乘支持向量机方法建立了电池SOC 估算模型，与 估算模型，与 标准支持向量机相 比， 模型参数少，计算简便提高了训练 模型参数少，计算简便提高了训练 模型参数少，计算简便提高了训练 精度 和训练速。德 国夫琅和费太阳能系统研究所的 Simon Schwunk Simon Schwunk 等人采用粒子滤波 (PF) 估算 SOC ， PF 摆脱了解决非线性滤波问题时变量必须满足高斯分布的制约，更适用于描述 摆脱了解决非线性滤波问题时变量必须满足高斯分布的制约，更适用于描述 摆脱了解决非线性滤波问题时变量必须满足高斯分布的制约，更适用于描述 摆脱了解决非线性滤波问题时变量必须满足高斯分布的制约，更适用于描述 摆脱了解决非线性滤波问题时变量必须满足高斯分布的制约，更适用于描述 摆脱了解决非线性滤波问题时变量必须满足高斯分布的制约，更适用于描述 摆脱了解决非线性滤波问题时变量必须满足高斯分布的制约，更适用于描述 摆脱了解决非线性滤波问题时变量必须满足高斯分布的制约，更适用于描述 摆脱了解决非线性滤波问题时变量必须满足高斯分布的制约，更适用于描述 摆脱了解决非线性滤波问题时变量必须满足高斯分布的制约，更适用于描述 非线性系统的 特性，提高了 特性，提高了 SOC 估算精度。中国科学技术大的何耀等人研究了 估算精度。中国科学技术大的何耀等人研究了 无迹粒子滤波 (UPF) 来提高 SOC 估算精度，并验证了该法的稳定性 。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

（1）掌握纯电动汽车的结构、工作原理，掌握动力电池的性能指标；

（2）了解动力电池soc估算方法方面的最新研究成果；

4. 研究创新点

通过分析各种方法的优缺点，并在择优选取的基础上确定估算方法。