基于脉冲放电压差的储能电池模型参数辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于脉冲放电压差的储能电池模型参数辨识方法，基于已被提出并广泛应用的电池充放电模型Thevenin模型提出的。该方法区别于传统辨识方法，利用Thevenin模型电路参数结合电池脉冲充放电曲线，使用基础电路参数计算方法，即可得到储能电池模型参数，计算量小、过程简单，计算结果精确。

Parameter identification method of energy storage battery model based on pulse discharge voltage difference

The invention discloses a parameter identification method of energy storage battery model based on pulse discharge voltage difference, which is based on the battery charging and discharging model Thevenin model, which has been proposed and widely used. This method is different from the traditional identification method. By using the circuit parameters of Thevenin model combined with the pulse charge-discharge curve of the battery and the calculation method of the basic circuit parameters, the model parameters of the energy storage battery can be obtained. The calculation amount is small, the process is simple and the calculation results are accurate.

【技术实现步骤摘要】
基于脉冲放电压差的储能电池模型参数辨识方法
本专利技术涉及电气工程领域，具体涉及一种基于脉冲放电压差的储能电池模型参数辨识方法。
技术介绍
大规模铅炭电池储能系统是由单体电池串并联构成，各单体电池伏安特性及运行工况的差异性，导致铅炭电池储能系统因个别电池首先达到运行极限而制约其他单体电池调节能力的利用，故储能系统是由“短板电池”制约的受限调节电源。因此，设计一款更加贴近真实电池充放电效果的电池充放电模型以及相关的精确计算方法，对于蓄电池的合理利用以及相关数学模型的建立具有重大意义。传统计算方法是基于充放电曲线的纯数学计算，计算过程涉及高阶方程等超越方程，需要软件仿真与计算，手算参数难以实现。且传统计算方法没有考虑电路模型的基本电路知识，不利于对电池模型本身的理解。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于脉冲放电压差的储能电池模型参数辨识方法，利用了基本电路特性，避免了参数方程的拟合，简化了计算过程，使铅碳电池充放电模型的外特性得到更好地理解。使用该方法计算铅碳电池充放电模型阻容参数的计算量小、过程简单，计算结果精确。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：基于脉冲放电压差的储能电池模型参数辨识方法，包括如下步骤：S1、Ro辨识：基于铅炭电池等效电路模型，放电开始瞬间，电流I在内阻Ro上产生电压降，形成电压曲线AB段，此时电容电压Up等于零，因此，内阻Ro可由AB段电压差除以流过Ro的电流得到，用UA表示电池放电前的开路电压，UB表示放电瞬间电流流过Ro时的电池端电压，可以得到Ro的求解表达式如下：S2、Rp辨识：恒流放电达到稳态时，流过电容Cp的电流等于零，即电流I全部通过电阻Ro，电容Cp的电压等于电阻Rp两端的电压，即Up＝I*Rp(6)放电结束瞬间，电流I等于零，电阻Ro上的电压等于零，根据Ul＝Uoc-IR0-Up可知，电池端电压U1的表达式为：Ul＝Uoc-Up(7)用UD表示放电结束瞬间，电流I等于零时的电池端电压，根据公式(7)，结合前述假设Uoc不变，可得电容电压求解表达式如下：Up＝UA-UD(8)根据公式(6)和(8)可求得Rp的表达式如下：S3、Cp辨识：放电过程：A点之前，电池处于静止状态，Cp两端电压等于零，B点电池开始放电，可等效为零状态响应，设B点为零状态响应起点，则Up等于：其中，τdis＝Rp*Cpdis；将式(10)代入Ul＝Uoc-IR0-Up，可得电池端电压U1的表达式为：用UC表示放电终止时刻的电池端电压，用tBC表示B、C两点的时间间隔，则式(11)可表示为：由式(12)可求得电容Cpdis的表达式为：静止过程：放电结束后，电容Cp存储的能量通过Rp释放，可等效为零输入响应，设D点为零输入响应的起点，则Up等于：其中，τsta＝Rp*Cpsta；将式(10)代入Ul＝Uoc-IR0-Up，可得电池端电压U1的表达式为：Ul＝Uoc-UDe-t/τ(15)用UE表示电池在E点的端电压，用tDE表示D、E两点的时间间隔，根据式(15)可求得电容Cpsta的表达式为：根据公式(5)、(9)、(13)、(16)和放电曲线，求得的铅炭电池模型参数：Ro；Rp；Cpdis；Cpsta。本专利技术具有以下有益效果：该计算方法对于电池模型辨识以及电池快速SOC计算具有重要作用，相较传统计算方法，该模型辨识方法计算量小，计算过程结合电池物理模型，使计算具有更加灵活的环境适应性以及计算快速性。附图说明图1为Thevenin模型。图2为铅炭电池脉冲放电曲线。图3为铅炭电池Simulink仿真模型。图4为Thevenin模型输出电压与实际电压对比图。图5为仿真结果与实际电压差值。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的基于脉冲放电压差的储能电池模型参数辨识方法是基于已被提出并广泛应用的电池充放电模型Thevenin模型提出的。Thevenin模型由理想电压源E、并联RC网络和串联电阻Ro组成，如图1所示。理想电压源为电池开路电压，与SOC有关。并联RC网络用于表示电池的极化反应过程。串联电阻Ro用于表示电池极板、电解液和间隔板的电阻。Thevenin模型可以很好地模拟电池静态和暂态特性，且模型精度和计算复杂度均比较适中，是模拟电池特性较好的选择。基于Thevinin等效电路的铅炭电池模型参数与电池内部结构、电解液浓度以及电池运行工况有关，无法通过测量直接获取，需要根据电池外部特性，通过特定的实验和数据处理方法得到。电池模型需要辨识的参数有开路电压Uoc、欧姆内阻Ro、极化电阻Rp和极化电容Cp。根据基尔霍夫电压、电流定律和电容电压与电流的关系，可以得到Thevenin模型的数学表达式如下：Ul＝Uoc-IR0-Up(1)根据SOC定义，采用Thevenin模型时，电池SOC的表达式如下：式中：Ce为电池额定容量，单位为Ah，η为充放电效率，I为电池电流，以放电方向为正。开路电压Uoc可表示为SOC的函数，即Uoc＝f(SSOC)。对铅炭电池进行脉冲放电，得到放电曲线如图2所示，红色曲线为电流曲线，蓝色曲线为电压曲线，因为放电时间很短，可以认为电池SOC不变，从而可以推出与SOC对应的电池开路电压不变，即放电前和放电后电池开路电压Uoc不变。基于脉冲放电压差的储能电池模型参数辨识方法，包括如下步骤：(1)Ro辨识：结合图1所示的铅炭电池等效电路模型，放电开始瞬间，电流I在内阻Ro上产生电压降，形成电压曲线AB段，此时电容电压Up等于零，因此，内阻Ro可由AB段电压差除以流过Ro的电流得到，用UA表示电池放电前的开路电压，UB表示放电瞬间电流流过Ro时的电池端电压，可以得到Ro的求解表达式如下：(2)Rp辨识：恒流放电达到稳态时，流过电容Cp的电流等于零，即电流I全部通过电阻Ro，电容Cp的电压等于电阻Rp两端的电压，即Up＝I*Rp(6)放电结束瞬间，电流I等于零，电阻Ro上的电压等于零，根据公式(1)可知，电池端电压U1的表达式为：Ul＝Uoc-Up(7)用UD表示放电结束瞬间，电流I等于零时的电池端电压，根据公式(7)，结合前述假设Uoc不变，可得电容电压求解表达式如下：Up＝UA-UD(8)根据公式(6)和(8)可求得Rp的表达式如下：(3)Cp辨识：观察电池端电压，BC和DE两段电压曲线的下降和上升斜率差别较大，用一个Cp不能准确描述电池特性，因此需要根据电池运行条件分别进行Cp辨识。放电过程：A点之前，电池处于静止状态，Cp两端电压等于零，B点电池开始放电，可等效为零状态响应，设B点为零状态响应起点，则Up等于：其中，τdis＝Rp*Cpdis。将式(10)代入公式(1)，可得电池端电压U1的表达式为：用UC表示放电终止时刻的电池端电压，用tBC表示B、C两点的时间间隔，则式(11)可表示为：由式(12)可求得电容Cpdis的表达式为：静止过程：放电结束后，电容Cp存储的能量通过Rp释放，可等效为零输入响应，设D点为零输入响应的起点，则Up等于：其中，τsta＝Rp*Cpsta。将式(10)代入公式(1)，可得电池端电压U1的表达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于脉冲放电压差的储能电池模型参数辨识方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、Ro辨识：基于铅炭电池等效电路模型，放电开始瞬间，电流I在内阻Ro上产生电压降，形成电压曲线AB段，此时电容电压Up等于零，因此，内阻Ro可由AB段电压差除以流过Ro的电流得到，用UA表示电池放电前的开路电压，UB表示放电瞬间电流流过Ro时的电池端电压，可以得到Ro的求解表达式如下：

【技术特征摘要】
1.基于脉冲放电压差的储能电池模型参数辨识方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、Ro辨识：基于铅炭电池等效电路模型，放电开始瞬间，电流I在内阻Ro上产生电压降，形成电压曲线AB段，此时电容电压Up等于零，因此，内阻Ro可由AB段电压差除以流过Ro的电流得到，用UA表示电池放电前的开路电压，UB表示放电瞬间电流流过Ro时的电池端电压，可以得到Ro的求解表达式如下：S2、Rp辨识：恒流放电达到稳态时，流过电容Cp的电流等于零，即电流I全部通过电阻Ro，电容Cp的电压等于电阻Rp两端的电压，即Up＝I*Rp(6)放电结束瞬间，电流I等于零，电阻Ro上的电压等于零，根据Ul＝Uoc-IR0-Up可知，电池端电压U1的表达式为：Ul＝Uoc-Up(7)用UD表示放电结束瞬间，电流I等于零时的电池端电压，根据公式(7)，结合前述假设Uoc不变，可得电容电压求解表达式如下：Up＝UA-UD(8)根据公式(6)和(8)可求得Rp的表达式如下：S3、Cp辨识：...

【专利技术属性】
技术研发人员：段双明，严干贵，李洪波，朱微，刘彦宇，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22