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基于粒子群算法锂电池充电策略的研究

【摘要】:目前,我国新能源汽车的主要发展方向是纯电动汽车,而其中电池是限制纯电动汽车发展的核心零部件之一,由于纯电动汽车对电池的能量密度、循环寿命和自放电率等方面有更高的要求,从而确保了纯电动汽车能够快速、安全的充放电。首先,基于锂电池这一动态非线性系统,提出了一种新型的锂电池等效模型,并对电池的荷电状态(SOC)进行了估算,实验结果表明扩展卡尔曼滤波(EKF)算法对新型锂电池等效模型的估算误差能够控制在2%以内,从而验证了新型锂电池等效模型的有效性。其次,在提出的新型锂电池等效模型的基础上,通过Matlab/Siumlink软件搭建了锂电池充电和温升模型,按照每1%SOC的间隔将锂电池充电过程分为100个阶段,并通过编写的粒子群算法对锂电池100个阶段恒流充电策略进行寻优。通过建立了关于锂电池充电时间和电池温升的模糊控制器,并将其输出作为粒子群算法中的适应度值,从而提供了粒子群算法对锂电池充电时间和电池温升优化的判断依据,在粒子群寻优过程中不断的对所建立的锂电池充电温升模型进行调用,最终得到了锂电池100个阶段恒流充电最优曲线。根据所得优化充电曲线进行仿真实验,与1C恒流充电仿真结果对比,结果表明100阶段最优充电策略能够使充电时间缩短674秒,同时,锂电池的温升也降低了15.2摄氏度,在整个锂电池充电过程中,锂电池的温度一直确保在安全工作温度范围内,从而保证了锂电池在100个阶段快速充电状态下的安全性。最后,考虑到锂电池在实际充电过程中,100个阶段电流变化过程的复杂性,实现难度较大,须对这100个阶段进行简化。通过对这100个阶段充电电流进行回归线分析,最终简化后的充电策略变为13个阶段,根据这13个阶段恒流充电策略对锂电池充电寻优,并通过正交试验的方法得出最优充电电流的试验组合。其中正交试验的目标函数通过模糊控制器的输出获得,并以此来作为锂电池充电策略的判断依据,最终实验得出了最佳的充电策略。与1C恒流充电、100个阶段策略充电仿真实验对比,结果表明13个阶段恒流充电策略不仅大大的优于1C恒流充电,而且与之前的100个阶段恒流充电策略相比,在电池温升基本不变的情况下,充电时间缩短了26秒。综合考虑,本文得出的13个阶段锂电池充电策略能简化锂电池充电策略,并且大大的缩短充电时间和有效的降低锂电池的温升。

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