多传感器管理系统论文提纲

论文题目：电池管理系统关键技术研究及测试系统构建

摘要：电池管理系统是电动汽车中最重要的管理系统之一,它关系到动力电池的使用寿命、成本和安全,因此电池管理系统的研究具有理论意义和应用价值。动力电池是一个时变非线性控制对象,其在电动汽车的应用中会受工况、环境等随机性因素影响,这使得电池管理系统对动力电池的实时精准管理更具挑战性。本论文针对电动汽车电池管理系统,开展的具体研究工作包括:（1）首先搭建了动力电池及电池组测试平台,通过改进电池功率脉冲测试方法获取电池参数辨识数据。然后基于ADVISOR建立电池应用环境整车模型,获取动力电池面向应用车辆的多种工况测试数据,利用电池动态工况数据对电池模型进行验证。最后研究动力电池可用容量与放电倍率、温度、老化状况及自放电的关系,指导后期电池参数辨识更新,完成动力电池精确建模。（2）将不同的动力电池模型及模型参数辨识数据进行适应性匹配对比,对比不同动力电池等效电路模型所适应的电池辨识数据,实现动力电池模型复杂度和辨识精度之间的权衡。通过分析电池模型精度的影响因素,对电池模型进行改进,考虑动力电池电流、温度、荷电状态对电池参数的影响。最后提出一种基于Simulink参数估计工具的通用模型离线参数辨识方法。（3）对目前电池管理系统中的两种高压采集方法进行了融合,解决了总电压采集数据的误差以及噪声的问题。为精简高压采集数据融合的计算复杂度,改进了融合模型以及卡尔曼滤波器。最后验证所提出的高压采集方法具有较高的精度和稳定性。为确定动力电池的SOC和SOP这两个关键指标,提出了一种基于数据驱动的在线参数辨识方法,通过带遗忘因子的递归最小二乘法实时捕获电池的特性并更新模型参数;然后设计了一种基于自适应扩展卡尔曼滤波的多状态联合估计算法,并建立了包含电压、剩余电量和单体峰值电流的多约束条件、多采样间隔的持续峰值功率数学模型;最后在Matlab/Simulink环境下搭建基于纯电动汽车实际运行数据的仿真模型。（4）为了使电池组发挥最佳的性能和寿命,需要对电池进行热管理,将电池温度控制在合理的范围内。本文结合课题组在相变材料方面的研究,对相变材料在电池包中的实际应用问题进行改进,开展基于3D打印蜂窝结构复合相变材料与液冷结合的电池热管理方案的仿真及验证。（5）为了实现基于可执行模型开展的需求确认,迭代的仿真设计,自动化的代码生成,以及持续的测试与验证。本文利用先进的模型设计流程,搭建BMS控制器及被测对象模型,实现BMS功能的模型在环测试,利用d SPACE验证BMS的充电通讯流程。最后搭建基于RT＿LAB的BMS硬件在环测试平台,完成对所开发BMS的全面测试与验证。本文提出的基于多传感器融合技术的高压采集算法、多参数约束的动态持续峰值功率估计算法和基于相变材料与液冷耦合的电池热管理方案,解决了参数采集、状态估计及电池温控等目前电池管理系统中存在的主要问题。本文提出的通用电池模型参数辨识方法和考虑电流的改进型电池模型,解决了动力电池模型复杂度与精度的权衡问题,为电动汽车电池管理系统的开发提供了理论基础,同时也具有良好的实际应用价值。

关键词：电池管理系统;参数辨识;多传感器融合;多参数约束;状态联合估计;相变材料散热

学科专业：机械工程

摘要

ABSTRACT

第1章 引言

1.1 选题背景及意义

1.2 BMS关键技术国内外研究现状

1.2.1 电池建模研究现状

1.2.2 电池模型参数辨识研究现状

1.2.3 电池状态估计研究现状

1.2.4 电池热管理研究现状

1.3 现阶段主要存在问题

1.4 论文主要研究内容

1.4.1 论文框架结构

1.4.2 主要研究内容

第2章 动力电池性能试验及特性分析

2.1 锂离子电池的工作原理

2.2 动力电池关键指标解析

2.3 动力电池测试系统介绍

2.3.1 动力电池测试平台

2.3.2 动力电池参数

2.4 动力电池性能测试与分析

2.4.1 容量测定实验

2.4.2 倍率特性测试

2.4.3 温度特性测试

2.4.4 开路电压曲线测试

2.4.5 改进型复合脉冲实验

2.4.6 动态工况测试数据获取

2.5 动力电池实际容量的影响因素

2.5.1 放电倍率

2.5.2 环境温度

2.5.3 电池老化

2.5.4 电池自放电

2.6 小结

第3章 动力电池建模及通用离线参数辨识方法

3.1 动力电池建模

3.1.1 Thevenin模型

3.1.2 PNGV模型

3.1.3 二阶RC模型

3.1.4 三阶RC模型

3.2 通用离线参数辨识方法

3.2.1 电池参数辨识和验证数据

3.2.2 通用参数辨识方法

3.2.3 辨识参数设置

3.3 模型参数验证与分析

3.3.1 各工况下的辨识与仿真

3.3.2 参数辨识结果对比

3.4 模型及辨识流程改进

3.4.1 误差分析

3.4.2 数据处理优化

3.4.3 模型优化及验证

3.5 小结

第4章 动力电池数据采集及状态估计

4.1 基于数据融合的电动汽车高压采集方法

4.1.1 电压采样电路设计

4.1.2 采集精度分析

4.1.3 数据融合模型

4.1.4 仿真验证

4.2 基于FFLS的在线参数辨识与更新

4.3 基于AEKF的 SOC估算

4.4 基于数据驱动的SOC-SOP联合估计

4.4.1 基于电压约束

4.4.2 基于SOC约束

4.4.3 基于电池单体峰值电流约束

4.5 联合估算验证

4.5.1 SOC验证

4.5.2 SOP验证

4.6 小结

第5章 基于相变温控的电池组热管理研究

5.1 锂离子电池的生热机理与传热特性

5.1.1 锂离子电池的生热机理

5.1.2 锂离子电池的传热机理

5.1.3 单体电池建模及验证

5.1.4 单体电池热模型验证

5.2 相变材料的改进与分析

5.2.1 复合相变材料的性能分析

5.2.2 增加3D打印蜂窝结构的相变材料

5.3 相变材料与液冷耦合温控的电池组散热研究

5.3.1 主被动耦合散热方案一

5.3.2 主被动耦合散热方案二

5.4 小结

第6章 基于模型设计的电池管理系统开发

6.1 基于模型设计的过程分析

6.2 基于Simulink的模型软件在环测试

6.2.1 BMS软件在环测试模型架构

6.2.2 BMS控制器模型架构

6.2.3 BMS控制对象模型架构

6.3 基于dSPACEMicro Auto Box的快速原型设计

6.3.1 dSPACE实时仿真平台的应用

6.3.2 充电机与BMS的通信协议实现

6.3.3 基于dSPACE/Simulink的充电通信模型搭建

6.3.4 基于dSPACE/Controldesk的通信测试

6.4 小结

第7章 电池管理系统的测试

7.1 BMS功能分析

7.1.1 系统结构分析

7.1.2 系统功能分析

7.1.3 系统接口梳理

7.2 BMS_HIL测试系统总体设计方案

7.2.1 RT-LAB介绍

7.2.2 BMS_HIL硬件平台构建

7.3 BMS_HIL软件模型设计

7.3.1 单体电池模型

7.3.2 电池组模型实现

7.3.3 负载模型

7.3.4 充电模型

7.3.5 次级子系统模型

7.4 BMS_HIL系统测试结果分析

7.4.1 系统监控界面设计

7.4.2 BMS控制器SOC估算精度验证

7.4.3 BMS测量精度验证

7.4.4 BMS充电通讯流程验证

7.5 BMS电磁兼容性测试

7.6 小结

第8章 总结与展望

8.1 工作总结

8.2 本文创新点

8.3 展望

致谢

参考文献