鋰電池等效電路建模與荷電狀態估計（簡體書）

近年來，動力電池技術飛速發展並逐步成熟，鋰離子蓄電池（簡稱鋰電池）已經成為動力電池的主體。在鋰電池組的儲能和供能過程中，由電池管理系統（Battery Management System，BMS）對其工作狀態進行監測和能量管理。由於鋰電池組的工作物件安全性要求高、工況復雜，使得應用中的等效建模和荷電狀態（State of Charge，SOC）估計成為研究熱點。
作者在總結多年動力鋰電池管理系統開發所形成的電池成組應用理論、經驗和設計方法的基礎上，從鋰電池荷電狀態監測的角度，結合新能源汽車等對動力鋰電池的技術要求，以鋰電池等效建模和SOC估計為出發點，編寫本書，希望能夠對動力鋰電池管理系統的設計、匹配和應用提供一些技術方面的參考，對我國新能源技術應用事業的發展做些貢獻。
本書由西南科技大學新能源測控研究團隊師生編著完成。全書共18章，王順利構建了整體框架，並進行了補充、修改和定稿工作。各章內容及具體分工如下：第1章主要介紹了鋰電池概述，使讀者可以對鋰電池有一個全面的認識，為後續的鋰電池的等效建模和狀態估計分析打下基礎，該章由李小霞、舒歡、汪科美和張懷佳等人主導完成；第2章主要進行了鋰電池類型與特點分析，主要由於春梅、鄧雪、王珂和徐文華等人主導完成；第3章主要闡述了等效建模與參數辨識方法和基於擴展卡爾曼濾波的鋰電池SOC估計，主要由劉春梅、張良、張秋月和黃俊涵等人主導完成；第4章主要闡述了等效建模和實驗平臺搭建，主要由曹文、蘇杰和梁微微主導完成；第5章主要闡述了PNGV等效電路建模與參數辨識方法和應用案例，主要由鄒傳云、時浩添、蘇杰、梁雪晴和張穎倩等人主導完成；第6章主要進行了基於遺忘因子最小二乘法的模型參數辨識方法探索與效果分析，主要由範永存、戴雨坪和牛宗威等人完成；第7章主要進行了基於Nernst模型的無人機鋰電池參數辨識研究，主要由周長松、時浩添和萬嘉等人主導完成；第8章闡述了荷電狀態估計基礎，主要由靳玉紅、李歡和李博文等人完成；第9章主要進行了基於Thevenin模型的SOC估計和端電壓跟蹤，主要由熊莉英、周義樅和何明芳主導完成；第10章進行了基於無跡卡爾曼濾波的鋰電池SOC估計，主要由張曉琴、謝非和史衛豪等人主導完成；第11章進行了二階RC模型和EKF的SOC估計研究，主要由喬靜和蔣聰等人主導完成；第12章進行了基於改進EKF的鋰電池SOC估計研究，主要由張麗、餘鵬和宋琴等人主導完成；第13章進行了基於等效模型的擴展卡爾曼濾波法的鋰電池SOC估計，主要由陳蕾和熊鑫等人主導完成；第14章進行了基於電路等效和UKF-EKF的鋰電池SOC估計，主要由潘小琴、李建超和劉小菡等人主導完成；第15章開展了基於等效建模和改進UKF的鋰電池SOC估計探索，主要由李進、王晨懿、汪貴芳等人主導完成；第16章進行了基於支持向量機的鋰電池SOC估計，主要由王瑤、謝滟馨、唐彩嵐和謝使林等人主導完成；第17章進行了基於自適應卡爾曼濾波的鋰電池SOC估計，主要由王嘉、李歡、鄧丹、張校偉和吉偉康等人主導完成；第18章進行了基於粒子濾波的鋰電池SOC估計研究，主要由王順利、王露、陳一鑫、吳婉玲、張伊洛和鐘智杰等人主導完成。為方便讀者理解，本書仿真圖中的符號與軟件保持一致。
中國科學技術大學的陳宗海教授審閱了全稿，電子科技大學的唐武教授為本書提供了豐富的參考資料，重慶大學的柴毅教授對本書的出版提出了大量建設性的意見，在此對他們的辛勤工作表示感謝。本書得到了綿陽市產質量量監督檢驗所（國家電器安全質量監督檢驗中心）、德陽市產質量量監督檢驗所、綿陽市維博電子有限責任公司、唐山奇點科技有限公司、四川華泰電氣股份有限公司、深圳市亞科源科技有限公司、廣東貝爾試驗設備有限公司、深圳市新威新能源技術有限公司等單位科技人員的幫助和支持，在此也一並感謝。
由於作者水平所限，在書稿的組織和編寫過程中難免有不當之處，敬請各位讀者批評指正。希望以此書為交流平臺，與各位讀者建立聯系，共同促進我國鋰電池荷電狀態監測關鍵技術的發展。

前言
第1章鋰電池概述
11鋰電池的背景與意義
12鋰電池工作機理分析
121鋰電池簡述
122鋰電池的組成
123鋰電池的工作原理
124鋰電池的分段充電
125鋰電池的外形分類
126鋰電池的優缺點
13鋰電池的基本概念
131電壓特性
132電流特性
133溫度特性
134容量特性
135充放電倍率
136充放電次數
137鋰電池功率
138內阻特性
139荷電狀態
1310放電深度
1311自放電率
1312庫倫效率
14鋰電池的應用領域和發展趨勢
141鋰電池的發展歷史
142主要應用領域
143行業發展趨勢
144國內發展現狀和前景
第2章鋰電池類型及其特點
21鋰電池的分類與特點
211磷酸鐵鋰電池
212鈷酸鋰電池
213錳酸鋰電池
214三元聚合物鋰電池
215鈦酸鋰電池
22不同類型鋰電池對比分析
23鋰電池的工作特性
231鋰電池的充電特性
232鋰電池的放電特性
233鋰電池的溫度特性
第3章電池管理與等效建模
31電池管理系統
311電池管理系統概述
312電池管理系統及其必要性
32等效電路建模方法分析
321電池建模概述
322電池建模類型及概念
323電池Rint模型
324電池Thevenin模型
325電池PNGV模型
326電池GNL模型
327改進的電池模型
328電池模型的建立
33典型鋰電池工作性能測試設備
331常規充放電設備
332電池工作環境模擬設備
333電池組BMS測試設備
34鋰電池工作特性分析
341內阻特性分析
342材料特性分析
343充放電特性分析
344開路電壓特性分析
345溫度特性分析
35等效建模與參數辨識
351等效建模方法概述
352等效電路建模與狀態空間表達
353等效模型與參數辨識方法概述
第4章動力鋰電池測試平臺搭建與
實驗分析
41理論研究
411電池性能的影響因素
412等效模型對比分析
42系統設計與實驗分析
421充放電系統設計
422特性實驗與分析
423混合脈衝功率特性測試實驗
43參數辨識
431取點計算法
432曲線擬合法
433等效模型參數驗證
44鋰電池Thevenin模型與參數
辨識
441電池模型與狀態空間描述
442鋰電池Thevenin模型參數辨識
443模型參數結果及分析
第5章鋰電池PNGV等效電路建模與
參數辨識
51鋰電池PNGV模型及改進
511電池PNGV電路模型
512內阻測量方法
513內阻辨識實驗
52模型參數辨識方法研究
521實驗方法選擇
522模型參數辨識
53實驗設計與結果分析
531實驗設備與步驟
532實驗結果
533參數變化曲線擬合
54實驗驗證
541仿真模型的構建
542仿真結果與分析
第6章基於遺忘因子最小二乘的模型
參數辨識
61辨識原理分析
611最小二乘法原理
612加入遺忘因子的最小二乘法
辨識
613電池模型的最小二乘形式
62實驗分析
621算法仿真分析
622實驗特性研究
623脈衝實驗
63模型效果驗證
第7章基於改進Nernst模型的鋰電池
參數辨識
71鋰電池Nernst模型及改進
72模型參數辨識方法研究
721狀態空間描述
722模型參數辨識
73實驗設計與結果分析
731實驗設備與步驟
732實驗結果
733辨識結果
74多倍率組合模擬工況下的實驗
驗證
第8章荷電狀態估計基礎
81荷電狀態定義與影響因素
811荷電狀態的定義
812影響SOC的主要因素
82荷電狀態估計研究現狀
83現有估計方法概述
831基礎方法
832卡爾曼濾波及其擴展算法
833其他方法
834基於優勢互補的算法融合與
比較
84國家標準中不同工況測試
概述
841混合動力乘用車用功率型蓄
電池
842混合動力商用車用功率型蓄
電池
843純電動乘用車用能量型蓄
電池
844純電動商用車用能量型蓄
電池
第9章基於Thevenin模型的SOC
估計和端電壓跟蹤
91跟蹤模型構建與參數辨識
911跟蹤模型的構建
912模型參數辨識
92迭代計算與模型構建
921卡爾曼濾波法計算流程
922擴展卡爾曼濾波法
923估計過程的迭代計算
924實時SOC估計模型構建
93實驗效果分析
931端電壓跟蹤結果
932SOC估計效果分析
第10章基於無跡卡爾曼濾波的鋰
電池SOC估計
101鋰電池SOC估計概述
102無跡卡爾曼濾波法
103基於Thevenin和UKF的SOC
估計
1031無跡變換
1032估計模型構建
104實驗效果分析
1041恒流放電實驗分析
1042模型實現與工況實驗分析
1043循環放電擱置工況下實驗
分析
1044動態應力測試工況下實驗
分析
第11章基於二階RC模型和EKF的
SOC估計
111等效模型構建
1111二階等效模型
1112電池HPPC實驗與參數辨識
1113二階模型的效果分析
1114輸出結果差分原因分析
112擴展卡爾曼濾波
113基於EKF的SOC估計
114實驗效果分析
11