24094

ELE2 472

كارشناسي ارشد

مهندسي برق - كنترل

فني و مهندسي

1403/06/27

90 ص.

محمد عطائي

مهدي نيرومند

خودرو الكتريكي , سيستم ذخيره انرژي , باتري ليتيوم يوني , سيستم مديريت باتري , وضعيت شارژ , رويتگر حالت لغزشي ضدچترينگ , رويتگر اغتشاش , رويتگر تركيبي حالت لغزشي و اغتشاش

در اين پايان‌نامه، با توجه به نقش خودرو الكتريكي در حفاظت از محيط زيست و با توجه به عدم امكان اندازه‌گيري مهم‌ترين پارامتر باتري‌ ليتيوم يوني در خودرو الكتريكي يعني وضعيت شارژ (SOC)، به بررسي تخمين دقيق اين پارامتر در سيستم‌ مديريت باتري (BMS) به‌وسيله طراحي و پياده‌سازي رويتگر تركيبي غيرخطي حالت لغزشي ضدچترينگ (CFSMO) و اغتشاش (DO)، پرداخته شده است. باتوجه به قرارگيري رويتگرهاي غيرخطي در دسته روش‌هاي مبتني بر مدل، مدل مدار معادل (ECM) مقاومتي-خازني (RC) مرتبه دوم براي انعكاس بهتر رفتارهاي ديناميكي باتري ليتيوم يوني در نظر گرفته‌ شده و پارامترهاي مدل با روش خارج از خط برازش داده‌هاي تجربي به‌دست‌آمده از پالس جريان تخليه به عنوان ورودي مدل، شناسايي شده‌اند. با وجود عملكرد مناسب رويتگر حالت لغزشي نسبت به ساير روش‌هاي تخمين و اثبات همگرايي حالت‌هاي آن به حالت‌هاي سيستم با تئوري پايداري لياپانوف، لازم است به منظور افزايش كارايي، كاهش خطا و افزايش دقت تخمين، نقطه ضعف اين رويتگر در زمينه رد اثر اختلالات داخلي و خارجي بزرگ شامل اغتشاشات ناشي از محيط بيروني سيستم و عدم قطعيت داخلي ناشي از عدم دقت مدل، برطرف شود. براي اين منظور، يك رويتگر اغتشاش خطي به سيستم تخمين اضافه مي‌شود. اعتبارسنجي رويتگر تركيبي با اعمال برنامه رانندگي شهري فدرال (FUDS) به باتري ليتيوم يوني انجام مي‌شود. نتايج حاصل از شبيه‌سازي و اعتبارسنجي روش پيشنهادي نشان مي‌دهد كه اين روش مي‌تواند تخمين دقيقي از SOC باتري ارائه دهد و عملكرد بهتري نسبت به رويتگر حالت لغزشي بدون چترينگ داشته باشد كه منجر به مديريت بهتر انرژي و افزايش طول عمر باتري‌هاي ليتيوم يوني در خودروهاي الكتريكي مي‌شود.

Electric vehicle , energy storage system , lithium-ion battery , battery management system , state of charge , chattering-free sliding mode observer , disturbance observer , hybrid sliding mode and disturbance observer

Estimating The State of Charge of Lithium-ion Batteries in Electric Vehicles Based on The Design of a Nonlinear State and Disturbance Observer

مهندسي برق

This thesis focuses on the role of electric vehicles in environmental protection and addresses the challenge of accurately estimating the most critical parameter of lithium-ion batteries in electric vehicles, namely the State of Charge (SOC), which cannot be directly measured. To this end, a precise estimation of SOC is investigated within the Battery Management System (BMS) through the design and implementation of a nonlinear hybrid observer, combining a chattering-free sliding mode observer (CFSMO) and a disturbance observer (DO). Given that nonlinear observers fall under model-based methods, a second-order resistance-capacitance (RC) equivalent circuit model (ECM) is employed to better reflect the dynamic behavior of lithium-ion batteries. The model parameters are identified through offline fitting of experimental data obtained from discharge pulse current tests used as inputs to the model. While the sliding mode observer (SMO) demonstrates superior performance compared to other estimation methods, its weakness in rejecting the effects of large internal and external disturbances—such as external environmental noise and internal uncertainties arising from model inaccuracies—needs to be addressed to improve estimation accuracy and reduce errors. To this end, a linear disturbance observer is incorporated into the estimation system. The convergence of the hybrid observer is proven using Lyapunov stability theory, and its validation is performed by applying the Federal Urban Driving Schedule (FUDS) to the lithium-ion battery. The results of simulation and validation indicate that the proposed method provides an accurate SOC estimate and outperforms the standard chattering-free sliding mode observer, leading to improved energy management and extended battery life in electric vehicles.

5