基于DSP的电动汽车蓄电池电量计量及荷电状态估计

荷电状态是反映蓄电池能量的重要参数,是电动汽车整车控制器制定能量控制策略的重要依据。为了解决电动汽车蓄电池电量计量及荷电状态估计问题,设计了基于数字信号处理器(DSP)的蓄电池电量快速计量系统,采用安时法对蓄电池充放电容量进行了估计,通过放电率、温度、自放电及容量老化等补偿措施来提高计量精度,并分析了温度与充放电倍率对蓄电池容量的影响。试验结果表明,补偿后的安时法可准确地估计蓄电池荷电状态,最大充放电倍率随温度升高而增大。     

基于RBF神经网络算法的蓄电池剩余容量估算法

要实现由独立太阳能供电的路灯系统的合理控制,需要准确预测蓄电池的荷电状态(state of charge,SOC)。由于蓄电池在充放电过程中表现出高度的非线性特性,这使得用传统方法估计蓄电池的荷电状态不甚理想,而神经网络本身具有的非线性特性和很强的自学能力,恰好可以较好地解决这个问题。蓄电池的剩余容量即荷电状态主要受到蓄电池的端电压、工作电流、内阻和温度等因素的影响,构建实验电路,在不同的放电电流的情况下测得这些参数,再构建径向基函数RBF(radial basis function)神经网络模型,将测得的参数作为样本输入网络模型进行训练,训练完成后再进行验证,将估计的结果与实际结果进行对比,证明该方法可行且有效。     

基于EKF的蓄电池荷电状态在线估算

针对电力系统迫切需要快速、准确估算蓄电池荷电状态的需求,在分析传统SOC估算方法不足的前提下,基于扩展卡尔曼滤波算法进行蓄电池的实时在线估算及模型修正,对蓄电池的放电数据建立相关模型簇,并通过实验验证该方法的有效性。     

车用铅酸蓄电池通气孔漏液探究

铅酸蓄电池在工作过程中会产生气体,气体携带电解液酸雾向外界释放。酸雾释放过多会造成蓄电池漏液,从而降低其使用寿命。结合车辆使用特性和蓄电池工作原理及使用环境,分析了蓄电池漏液原因,并进行了充放电测试。验证了蓄电池通气孔漏液与启动时荷电状态、环境温度、车身振动、充放电逻辑、气液分离结构有关,并提出了针对性的改善措施。     

车载锂电池SOC估算方法和应用探析

车载锂电池中的宽电压、两极化特性，会对电池的荷电状态产生比较大的影响，同时，车载锂电池组之间存在明显的不同，以及使用时间的差异性等均会对荷电状态产生不良影响。因此，电池荷电状态，也就是SOC的良好性是保障车载锂电池性能的关键所在。这就需要对车载锂电池组的荷电状态进行准确估算，以此来提升电动汽车电池的使用效率和质量，延长电池组的使用寿命，同时，为电动企业行业的发展奠定良好的基础。基于此，本文就车载锂电池组的荷电状态估算方法和应用进行了分析和探讨，以期为电动汽车电池组的优化提供一些有价值的参考。     

利用双卡尔曼滤波算法估计电动汽车用锂离子动力电池的内部状态

以电动汽车的研发为背景,建立用于电动汽车中作为辅助动力源的锂离子动力蓄电池的等效物理模型及其离散形式的状态空间方程,然后分别介绍如何基于卡尔曼滤波算法在线估计电池内部的荷电状态和寿命状态。在此基础上,介绍利用双卡尔曼滤波算法同时在线估计荷电状态和寿命状态的算法原理,并设计出相关的电池测试试验,利用在此试验过程中所采集的包括电流、电压等数据对电池的内部状态进行估计。对试验结果的分析表明,利用双卡尔曼滤波算法在线估计电池内部状态是有效的,并且估计精度也相对较高,可以较好地反映电池内部的真实状态。     

基于安时积分和无迹卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估算方法研究

基于Thevenin等效模型建立二阶RC等效电路模型，通过混合脉冲动力功率特性测试实验获取电池脉冲放电数据，进行电池等效电路参数辨识。为弥补锂离子电池荷电状态在90%~100%区间时电池模型参数辨识拟合误差而引起其估算误差的缺陷，综合采用安时积分与无迹卡尔曼滤波估算电池荷电状态。使用硬件在环仿真测试平台及环境模拟测试平台进行电池管理系统设计，在不同工况下对电池进行荷电状态估算，结果表明荷电状态估算误差范围为-1.5%~1.0%，该方法估算精度较高，效果理想。     

基于神经网络模型的动力电池SOC估计研究

针对电动汽车动力电池荷电状态(SOC)的估计问题,对动力电池的荷电状态估计方法进行了研究。对电池荷电状态的影响因素进行了归纳,提出了基于反向传播神经网络(BP神经网络)的动力电池荷电状态估计方法。利用汽车仿真软件ADVISOR对电动汽车行驶典型的汽车测试工况进行了模拟,得到了电动汽车动力电池荷电状态与电池的充放电电流、温度之间的关系。对得到的训练样本数据进行了归一化处理,经过训练,得到基于BP神经网络的动力电池荷电状态估计模型。同样,利用ADVISOR软件得到的测试数据,对得到的神经网络模型进行了测试。研究结果表明,该模型的估计值和输出值之间的误差最大值为4%左右,模型的精度符合动力电池荷电状态估计的使用要求。     

基于Peukert方程的动力电池荷电状态卡尔曼滤波估计算法

电池荷电状态（SOC）受到温度、电流、循环寿命等因素的影响,Peukert方程是一种很好的计算电池容量方法。传统Peukert方程没有考虑温度的影响,而温度变化会导致Peukert方程常数n和K的变化。因此,建立了基于温度和电流变化的Peukert方程,利用安时法和复合电化学模型建立电池模型状态方程和测量方程,采用扩展卡尔曼算法实现电池荷电状态动态估算。结果显示,基于温度修正Peukert方程的镍氢电池荷电状态估计算法精度比传统安时法提高7%~8%。     

并联混合动力电动汽车的模糊能量管理策略

为进一步优化并联的经济性，增强其能量管理策略的鲁棒性，针对高混合率，分析了常用的发动机最优曲线能量管理策略的不足，提出了以功率差、电池组荷电状态和电机转速为输入，以决定电机功率的比例系数为输出的模糊逻辑功率分配策略，在线计算电机所应承担的功率，达到了优化发动机工作点、电机效率和电池组荷电状态平衡的目的。通过整车循环工况前向仿真验证了该模糊策略对车辆经济性和工况适应性的改善。     

基于随机动态规划的混合动力履带车辆能量管理策略

混合动力履带车辆采用发动机—发电机组和电池组混合供电,必须设计满足车辆动力性和燃油经济性约束的能量管理策略。针对串联式混合动力履带车辆,提出一种基于随机动态规划的能量管理策略设计方法。以实车行驶试验数据为目标工况,将驾驶员功率需求抽象为随车速变化的马尔科夫过程。建立发动机—发电机组、电池组以及直流母线功率平衡动态模型。以目标工况中燃油消耗及电池最终荷电状态的偏差作为车辆的优化控制成本函数,建立车辆能量管理最优控制问题。采用策略迭代法求解以发动机转速、电池组荷电状态、车速和驾驶员功率需求为输入、发动机电子节气门为输出的最优控制策略。所得控制策略通过基于前向车辆模型的仿真以及行驶试验验证。结果表明,相对于原发动机多点控制策略,所得最优控制在满足目标工况同时,燃油经济性明显提高。     

基于弛豫电量的变压器油纸绝缘老化评估

回复电压法是一种研究电力变压器绝缘老化状态的无损检测方法。回复电压含有丰富的反映绝缘状态的介电弛豫响应信息,为充分发挥回复电压法诊断油纸绝缘老化的优点,提出了利用驰豫电量评估变压器绝缘老化状态的新方法,并给出了相对驰豫电量与变压器油中糠醛含量的定量关系。首先,对回复电压曲线进行微分解谱求解回复电压的驰豫响应函数;其次,利用驰豫电量与驰豫响应函数的关系,计算出回复电压测量过程中的相对驰豫电量;最后,分析了相对驰豫电量与绝缘老化状态的关系。分析结果表明,驰豫电量对变压器油纸绝缘的老化非常敏感,相对驰豫电量Q_(1000)和Q_(500)与变压器油中糠醛含量存在较好的线性关系,相对驰豫电量可用于变压器油纸绝缘老化的定量评估。     

基于粒子滤波的电力机械设备状态在线监测

为提升电力机械设备状态在线监测的效果，提出基于粒子滤波的电力机械设备状态在线监测方法。通过人工萤火虫群算法改进粒子滤波算法后，借助随机子空间算法构建改进粒子滤波算法所需状态方程。利用该状态方程获取电力机械设备正状态观测矩阵和输出矩阵数值，并将其看作模态参数，依据该模态参数计算粒子滤波状态序列和电力机械设备振动状态变量数值后，构建粒子滤波器，使用该滤波器去除电力机械设备振动信号内干扰噪声后，对电力机械设备振动信号实施归一化处理，得到粒子权重概率和改进粒子滤波监测数值。通过设置振动信号监测步长和阈值，计算监测信号与采集信号差值，使其与所设阈值进行对比，获取电力机械设备状态在线监测结果。实验结果表明，该方法监测的电力机械设备信号最大偏差数值仅为0.003 dB,具备较好的信号跟踪能力，且具备较好电力机械设备振动监测能力。     

悬臂梁压电弯曲效应研究与验证

采用各向异性弹性理论和电磁理论计算压电石英悬臂梁的弯曲应力和弯曲束缚电荷密度,并利用有限元方法模拟出极化电场分布。理论分析表明,采用分割电极法在压电梁表面合理布置检测电极可测量弯曲效应。对该悬臂梁压电弯曲效应进行了实验验证,实验结果表明电极检测的电荷量与外力成线性关系,理论分析与实验结果基本一致。悬臂梁压电弯曲效应研究将为新型压电谐振器或执行器的开发奠定理论和实验基础。     

负载跟随阈值变化下的汽车能量管理策略

针对并联混合动力汽车的能量管理问题，提出了一种新的启发式控制策略，即负载跟随阈值改变策略(LTS)。LTS控制策略基于阈值变化机制和负载跟随方法，可以与电池荷电状态(SOC)保持成比例的微小偏差，能够有效确保电池持续稳定运行。与目前应用阈值变化机制的规则控制策略不同，本文设计LTS控制策略的阈值通过电池荷电状态(SOC)和发动机转速来综合调整动力输出方式，其能量管理的精细化程度更高。为了验证策略的有效性，将该策略应用于混合动力汽车进行仿真测试，并与传统的等效燃油消耗率最小化策略(ECMS)和电动辅助控制策略(EACS)进行性能对比。结果表明：在燃油经济性方面，LTS控制策略优于EACS控制策略3.1%～10.4%,LTS控制策略优于ECMS控制策略2.5%～5.7%。在电池荷电状态(SOC)方面，LTS控制策略可以使得C_SO值大于60%,电池具有较好的运行状态。     

Double-sensor method for detection of oscillating electric field

An electric-field sensor consisting of thin copper plates is designed to measure an oscillating electric field produced by charge separations on a plasma column. The sensor installed in a vacuum region around plasma detects charges induced by the electric field on the copper plates. The value of the induced charges depends not only on the strength of the electric field, but also on the design of the sensor. To obtain the correct strength of the electric field, a correction factor arising from the design of the sensor must be known. The factor is calculated numerically using Laplace's equation and compared with a value measured using a uniform electric field in the frequency range of 10-500 kHz. When an external circuit is connected to the sensor to measure the induced charges, the electric field around the sensor is disturbed. Therefore, a double-sensor method for excluding a disturbed component in the measured electric field is proposed. The reliability of the double-sensor method is confirmed by measuring dipole-like and quadrupole-like electric fields.     

功率需求驱动的电动载运装备用动力电池充放电能力预测方法

充放电功率能力的准确评估是动力电池及电动载运装备安全、高效运行的基础。针对电动载运装备,建立以输入/出功率为控制目标的动力电池模型,描述功率需求驱动的动力电池充放电行为;通过动态优化电池截止电压,提出多步功率预测方法,建立动力电池恒功率需求时的充放电能力预测策略;考虑荷电状态、温度、持续时间等的影响,采用长短期记忆神经网络建立功率修正模型,提升了动力电池充放电功率能力预测性能。结果表明,多步功率预测法能兼顾预测精度和计算效率,最大误差小于3%;全电量区间和宽温度范围内应用效果表明：采用功率修正的功率预测最大误差小于3%,均方根误差低于1%。     

混合动力电动汽车电能量监控方法的实验研究

针对目前用于混合动力电动汽车电能量管理的荷电状态法存在的“定义与结果难相一致”的问题,提出基于电功率的混合动力汽车电能量的监控方法,建立了相应的数学模型,运用计算机仿真技术和实验来验证该方法的可行性和实用性。     

基于太赫兹波的高分辨率空间电荷测试方法及系统

空间电荷的特性及分布状态直接改变介质内部电场的强弱,严重影响器件的电学性能。近年来,纳米材料和微纳电子器件飞速发展,在纳米量级乃至更小尺度上探测和掌握空间电荷的特征信息成为亟待解决的问题。为此基于脉冲电声法基本原理,设计并实现了一种基于太赫兹波和弹光取样技术的空间电荷分布测试新方法。基于应力双折射效应原理,设计制作了弹光取样传感器,并测试了性能。搭建了空间电荷测试系统,对定制硅PN结试样进行了测试,空间电荷区宽度随偏置电压的变化规律与PN结基本电学特性吻合。该方法采用全光学技术手段,克服了传统电子测试技术对系统带宽的限制,实验结果表明,该测试方法可以有效且可靠地将空间电荷测试分辨率提升至纳米量级。