液態(tài)金屬電池建模及SOC估計(jì).pdf

1、儲(chǔ)能在高效利用可再生能源和發(fā)展智能電網(wǎng)方面具有極其重要的意義。液態(tài)金屬電池是近年發(fā)展起來的一類廉價(jià)高效的規(guī)模儲(chǔ)能電池技術(shù)，其獨(dú)特的儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)吸引了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。由于這類新型電池具有特殊的內(nèi)部狀態(tài)和外部特性，因此掌握其儲(chǔ)能參數(shù)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)是非常緊迫和重要的工作。與此同時(shí)，為了增強(qiáng)電池電量管理，延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命，對(duì)其開展荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)工作也是十分有必要的。
　　針對(duì)上述需求，本文以液態(tài)金屬電池為研究對(duì)象，構(gòu)建了等效電路

2、模型，準(zhǔn)確模擬了電池的輸出特性，并以模型為基礎(chǔ)，精確估計(jì)了電池的SOC。進(jìn)一步探索了電池模型和SOC估計(jì)算法的應(yīng)用方向，為液態(tài)金屬電池的安全、高效儲(chǔ)能應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.獲取液態(tài)金屬電池測(cè)試數(shù)據(jù)，包括OCV-SOC曲線、倍率電壓-容量曲線、阻抗譜以及循環(huán)曲線，分析電池的電壓特性、阻抗特性和循環(huán)特性。研究發(fā)現(xiàn)，電池以不同的倍率充、放電，其時(shí)間、容量和電壓平臺(tái)均有不同；阻抗譜能夠反映電池自身的電化學(xué)特性及傳質(zhì)過程

3、，可以為建模工作提供參考；循環(huán)曲線證明了電池具有較高的庫倫效率和較低的容量衰減率。
　　2.通過對(duì)阻抗譜進(jìn)行擬合和等效，構(gòu)建液態(tài)金屬電池二階Thevenin等效電路模型，并利用HPPC測(cè)試數(shù)據(jù)完成參數(shù)辨識(shí)；采用安時(shí)法計(jì)算電池的SOC，并加入Rakhmatov模型對(duì)SOC進(jìn)行修正，推導(dǎo)使用了易于仿真實(shí)現(xiàn)的迭代公式；完成電池建模，并進(jìn)行工況仿真驗(yàn)證，模型誤差基本在±0.02V以內(nèi)。
　　3.針對(duì)電池等效電路建立狀態(tài)空間表達(dá)式，采

4、用并適當(dāng)改進(jìn)EKF算法，根據(jù)初值及觀測(cè)輸出計(jì)算各更新矩陣；建立EKF濾波器模型獲取狀態(tài)估計(jì)值，并進(jìn)行工況仿真驗(yàn)證，在加入高斯白噪聲的情況下其絕對(duì)誤差基本控制在±2％以內(nèi)；為了彌補(bǔ)EKF算法容易發(fā)散的缺陷，采用AEKF算法，加入噪聲自適應(yīng)模塊；建立AEKF濾波器模型，并進(jìn)行工況仿真驗(yàn)證，在電流和電壓都加入非高斯噪聲的情況下其絕對(duì)誤差基本控制在±5%以內(nèi)；
　　4.初步開展建模和SOC估計(jì)算法的應(yīng)用研究，包括BMS設(shè)計(jì)和并網(wǎng)設(shè)計(jì)。介紹