锂电池等效电路建模与荷电状态估计

详细解读锂电池管理系统设计与应用的著作。
主要讲述了锂电池荷电状态监测中的关键技术，可为动力锂电池管理系统的设计和应用提供技术参考。

《锂电池等效电路建模与荷电状态估计》是“电气工程新技术丛书”中的一本，全书以动力锂离子蓄电池（简称动力锂电池）等效建模和荷电状态估计方法为基础，主要讲述了锂电池荷电状态监测中的关键技术，可为动力锂电池管理系统的设计和应用提供技术参考。
《锂电池等效电路建模与荷电状态估计》针对动力锂电池应用的技术要求，主要包括锂电池概述、等效建模、参数辨识、荷电状态估计方法与设计实例等内容，特色鲜明、内容系统、实例丰富。
《锂电池等效电路建模与荷电状态估计》既可作为高等院校控制科学与控制、自动化、电气工程等相关专业的教材，又可作为新能源测控技术研究人员的参考书。

前言
第1章锂电池概述
11锂电池的背景与意义
12锂电池工作机理分析
121锂电池简述
122锂电池的组成
123锂电池的工作原理
124锂电池的分段充电
125锂电池的外形分类
126锂电池的优缺点
13锂电池的基本概念
131电压特性
132电流特性
133温度特性
134容量特性
135充放电倍率
136充放电次数
137锂电池功率
138内阻特性
139荷电状态
1310放电深度
1311自放电率
1312库伦效率
14锂电池的应用领域和发展趋势
141锂电池的发展历史
142主要应用领域
143行业发展趋势
144国内发展现状和前景
第2章锂电池类型及其特点
21锂电池的分类与特点
211磷酸铁锂电池
212钴酸锂电池
213锰酸锂电池
214三元聚合物锂电池
215钛酸锂电池
22不同类型锂电池对比分析
23锂电池的工作特性
231锂电池的充电特性
232锂电池的放电特性
233锂电池的温度特性
第3章电池管理与等效建模
31电池管理系统
311电池管理系统概述
312电池管理系统及其必要性
32等效电路建模方法分析
321电池建模概述
322电池建模类型及概念
323电池Rint模型
324电池Thevenin模型
325电池PNGV模型
326电池GNL模型
327改进的电池模型
328电池模型的建立
33典型锂电池工作性能测试设备
331常规充放电设备
332电池工作环境模拟设备
333电池组BMS测试设备
34锂电池工作特性分析
341内阻特性分析
342材料特性分析
343充放电特性分析
344开路电压特性分析
345温度特性分析
35等效建模与参数辨识
351等效建模方法概述
352等效电路建模与状态空间表达
353等效模型与参数辨识方法概述
第4章动力锂电池测试平台搭建与
实验分析
41理论研究
411电池性能的影响因素
412等效模型对比分析
42系统设计与实验分析
421充放电系统设计
422特性实验与分析
423混合脉冲功率特性测试实验
43参数辨识
431取点计算法
432曲线拟合法
433等效模型参数验证
44锂电池Thevenin模型与参数
辨识
441电池模型与状态空间描述
442锂电池Thevenin模型参数辨识
443模型参数结果及分析
第5章锂电池PNGV等效电路建模与
参数辨识
51锂电池PNGV模型及改进
511电池PNGV电路模型
512内阻测量方法
513内阻辨识实验
52模型参数辨识方法研究
521实验方法选择
522模型参数辨识
53实验设计与结果分析
531实验设备与步骤
532实验结果
533参数变化曲线拟合
54实验验证
541仿真模型的构建
542仿真结果与分析
第6章基于遗忘因子小二乘的模型
参数辨识
61辨识原理分析
611小二乘法原理
612加入遗忘因子的小二乘法
辨识
613电池模型的小二乘形式
62实验分析
621算法仿真分析
622实验特性研究
623脉冲实验
63模型效果验证
第7章基于改进Nernst模型的锂电池
参数辨识
71锂电池Nernst模型及改进
72模型参数辨识方法研究
721状态空间描述
722模型参数辨识
73实验设计与结果分析
731实验设备与步骤
732实验结果
733辨识结果
74多倍率组合模拟工况下的实验
验证
第8章荷电状态估计基础
81荷电状态定义与影响因素
811荷电状态的定义
812影响SOC的主要因素
82荷电状态估计研究现状
83现有估计方法概述
831基础方法
832卡尔曼滤波及其扩展算法
833其他方法
834基于优势互补的算法融合与
比较
84国家标准中不同工况测试
概述
841混合动力乘用车用功率型蓄
电池
842混合动力商用车用功率型蓄
电池
843纯电动乘用车用能量型蓄
电池
844纯电动商用车用能量型蓄
电池
第9章基于Thevenin模型的SOC
估计和端电压跟踪
91跟踪模型构建与参数辨识
911跟踪模型的构建
912模型参数辨识
92迭代计算与模型构建
921卡尔曼滤波法计算流程
922扩展卡尔曼滤波法
923估计过程的迭代计算
924实时SOC估计模型构建
93实验效果分析
931端电压跟踪结果
932SOC估计效果分析
第10章基于无迹卡尔曼滤波的锂
电池SOC估计
101锂电池SOC估计概述
102无迹卡尔曼滤波法
103基于Thevenin和UKF的SOC
估计
1031无迹变换
1032估计模型构建
104实验效果分析
1041恒流放电实验分析
1042模型实现与工况实验分析
1043循环放电搁置工况下实验
分析
1044动态应力测试工况下实验
分析
第11章基于二阶RC模型和EKF的
SOC估计
111等效模型构建
1111二阶等效模型
1112电池HPPC实验与参数辨识
1113二阶模型的效果分析
1114输出结果差分原因分析
112扩展卡尔曼滤波
113基于EKF的SOC估计
114实验效果分析
11

近年来，动力电池技术飞速发展并逐步成熟，锂离子蓄电池（简称锂电池）已经成为动力电池的主体。在锂电池组的储能和供能过程中，由电池管理系统（Battery Management System，BMS）对其工作状态进行监测和能量管理。由于锂电池组的工作对象安全性要求高、工况复杂，使得应用中的等效建模和荷电状态（State of Charge，SOC）估计成为研究热点。
作者在总结多年动力锂电池管理系统开发所形成的电池成组应用理论、经验和设计方法的基础上，从锂电池荷电状态监测的角度，结合新能源汽车等对动力锂电池的技术要求，以锂电池等效建模和SOC估计为出发点，编写本书，希望能够对动力锂电池管理系统的设计、匹配和应用提供一些技术方面的参考，对我国新能源技术应用事业的发展做些贡献。
本书由西南科技大学新能源测控研究团队师生编著完成。全书共18章，王顺利构建了整体框架，并进行了补充、修改和定稿工作。各章内容及具体分工如下：第1章主要介绍了锂电池概述，使读者可以对锂电池有一个全面的认识，为后续的锂电池的等效建模和状态估计分析打下基础，该章由李小霞、舒欢、汪科美和张怀佳等人主导完成；第2章主要进行了锂电池类型与特点分析，主要由于春梅、邓雪、王珂和徐文华等人主导完成；第3章主要阐述了等效建模与参数辨识方法和基于扩展卡尔曼滤波的锂电池SOC估计，主要由刘春梅、张良、张秋月和黄俊涵等人主导完成；第4章主要阐述了等效建模和实验平台搭建，主要由曹文、苏杰和梁微微主导完成；第5章主要阐述了PNGV等效电路建模与参数辨识方法和应用案例，主要由邹传云、时浩添、苏杰、梁雪晴和张颖倩等人主导完成；第6章主要进行了基于遗忘因子小二乘法的模型参数辨识方法探索与效果分析，主要由范永存、戴雨坪和牛宗威等人完成；第7章主要进行了基于Nernst模型的无人机锂电池参数辨识研究，主要由周长松、时浩添和万嘉等人主导完成；第8章阐述了荷电状态估计基础，主要由靳玉红、李欢和李博文等人完成；第9章主要进行了基于Thevenin模型的SOC估计和端电压跟踪，主要由熊莉英、周义枞和何明芳主导完成；第10章进行了基于无迹卡尔曼滤波的锂电池SOC估计，主要由张晓琴、谢非和史卫豪等人主导完成；第11章进行了二阶RC模型和EKF的SOC估计研究，主要由乔静和蒋聪等人主导完成；第12章进行了基于改进EKF的锂电池SOC估计研究，主要由张丽、余鹏和宋琴等人主导完成；第13章进行了基于等效模型的扩展卡尔曼滤波法的锂电池SOC估计，主要由陈蕾和熊鑫等人主导完成；第14章进行了基于电路等效和UKF-EKF的锂电池SOC估计，主要由潘小琴、李建超和刘小菡等人主导完成；第15章开展了基于等效建模和改进UKF的锂电池SOC估计探索，主要由李进、王晨懿、汪贵芳等人主导完成；第16章进行了基于支持向量机的锂电池SOC估计，主要由王瑶、谢滟馨、唐彩岚和谢使林等人主导完成；第17章进行了基于自适应卡尔曼滤波的锂电池SOC估计，主要由王嘉、李欢、邓丹、张校伟和吉伟康等人主导完成；第18章进行了基于粒子滤波的锂电池SOC估计研究，主要由王顺利、王露、陈一鑫、吴婉玲、张伊洛和钟智杰等人主导完成。为方便读者理解，本书仿真图中的符号与软件保持一致。
中国科学技术大学的陈宗海教授审阅了全稿，电子科技大学的唐武教授为本书提供了丰富的参考资料，重庆大学的柴毅教授对本书的出版提出了大量建设性的意见，在此对他们的辛勤工作表示感谢。本书得到了绵阳市产品质量监督检验所（国家电器安全质量监督检验中心）、德阳市产品质量监督检验所、绵阳市维博电子有限责任公司、唐山奇点科技有限公司、四川华泰电气股份有限公司、深圳市亚科源科技有限公司、广东贝尔试验设备有限公司、深圳市新威新能源技术有限公司等单位科技人员的帮助和支持，在此也一并感谢。
由于作者水平所限，在书稿的组织和编写过程中难免有不当之处，敬请各位读者批评指正。作者E-mail：wangshunli@swusteducn，相关资料网址：http://wwwjcyjscom。希望以此书为交流平台，与各位读者建立联系，共同促进我国锂电池荷电状态监测关键技术的发展。