一种并联型电池系统建模方法技术方案

本发明专利技术公布了一种并联型电池系统建模方法，所述方法如下：根据已知电池单体模型参数，结合并联电路特性构建电池系统模型参数，再检测各支路电池组电流，经电池容量筛选与校正模块获得电池系统当前额定容量C

A modeling method of parallel battery system

【技术实现步骤摘要】
一种并联型电池系统建模方法
本专利技术属于智能电网中大容量电池储能系统设计与控制
，涉及一种并联型电池系统建模方法。
技术介绍
电池系统作为一种可实现电能到化学能、功率双向可流动的能量存储载体，已广泛地应用于新能源发电(如风电、光伏)、新能源汽车、航空航天飞行器、智能电网等领域。同时，受电池制造工艺、材料水平等因素影响，电池单体的额定容量、额定电压等均不高，为适应系统对大功率及大电流等要求，通常需并联多个电池单体来构成大容量的电池系统，即并联型电池系统。然而，由于受电池系统工作使用环境、电池管理水平等因素影响，在电池系统实际运行中存在电池单体的不一致性，往往导致电池系统中并联的各支路电池组充放电特性不一致，进而使并联型电池系统的工作特性难以被准确表征，严重制约其实际应用。因此，有必要建立准确的并联型电池系统模型以预测并联型电池系统的充放电工作特性。目前，国内外关于电池建模的研究多集中在电池单体建模，而有关并联型电池系统建模的文献并不多，专利(ZL2015104173042)公开了一种基于SOC补偿器的并联型电池系统建模方法，但因存在采用具有稳态误差的比例调节器、未考虑各支路电流实际变化等情况，导致其模型精度受限。为此，公开文献(CN108090244A)公开了一种并联型锂离子电池系统建模方法，其建模方法为：根据已知锂离子电池单体模型，利用并联电路工作特性及筛选法，建立电池系统基本模型；再检测各支路电流，结合基本模型输出总电流的1/N，经由N个比例-积分调节器和一个加权器构成的SOC校正器，得到电池系统SOC补偿值，再与电池系统模型输出的SOC叠加，得到校正后的SOC，并更新电池系统基本模型，从而得到电池系统模型。该模型考虑了电池系统中电池不一致对电池SOC的影响，在一定程度上提高了电池系统模型精度，但仍存在以下几个问题：一是只考虑了电池不一致对电池SOC偏差的影响，并未考虑因电池不一致(尤其是电池SOC初值不一致)对电池系统额定容量变化的影响，导致电池系统SOC精度受限，这是因为在并联型电池系统中SOC初值小的某一支路电池组会提前放电结束，导致用于计算电池系统SOC的电池系统当前额定容量Cb小于电池系统原来额定容量，即因电池不一致性会的存在导致电池系统额定容量并不恒定；二是未考虑由电池系统等效模型输出的电池系统端电压(虚拟值)与电池系统端电压检测值(实际值)构成的闭环反馈控制的作用，即未考虑因电池系统端电压误差对电池系统SOC误差的影响；三是计算电池串SOC补偿值时，采用N个PI调节器来获取N个支路电池串的SOC补偿值ΔSOCi，当电池系统中并联支路个数较多时(N很大)，其PI调节器个数也随之大幅增加，一方面增加了对N个PI调节器协调控制的难度，另一方面也增加了系统的不稳定性。因此，有必要针对上述问题进一步改进SOC计算方法来提高电池系统模型精度。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是在于提供一种并联型电池系统建模方法，一方面，解决了并联型电池系统中因各支路电池组中的电池单体不一致而导致其充放电特性难以被准确表征的问题；另一方面，也改进了相关已公开的SOC补偿器中存在的未考虑各支路电池组中电池不一致性对电池系统当前额定容量的影响、PI调节器数量多且其协调控制难度大、稳定性变差的问题；同时，还解决了电池系统端电压反馈对提高电池系统SOC精度影响的问题，达到准确预测并联型电池系统性能参数(如电压、SOC)及其工作特性的目的。本专利技术目的是通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种并联型电池系统，该系统由N个支路电池组经并联组成，每个支路电池组由M个电池单体经串联而成，其结构图如图1所示。一种并联型电池系统建模方法如下：根据已知的电池单体模型及其模型参数(1)，利用并联电路工作特性构建电池系统模型参数，再检测各支路电池组电流I1～IN，并将其作为电池系统容量筛选与校正模块(3)的输入，容量筛选与校正模块(3)主要由N路比较器(4)、N路与操作器(5)及求和器(6)构成，在容量筛选与校正模块(3)中，检测到的N支路电池组电流I1～IN，首先接入N路比较器(4)中，并分别与比较器中的设定值0作比较，进行体现电池不一致性的支路电流筛选，若某一支路电流大于0，则相应该支路经比较器后的输出为1，若某一支路电流等于0，则相应该支路经比较器后的输出为0，然后再将N路比较器(4)的输出接入N路与操作器(5)，再分别与对应支路电池组容量C1～CN进行与操作，从而剔除支路电流为0的电池容量，得到筛选后的可用支路电池容量，最后再将各可用支路电池容量经过求和器(6)，进行容量求和，进而产生电池系统当前额定容量Cb；再将Cb与电池系统电流测量值Im共同作为SOC计算模块(7)的输入，在SOC计算模块(7)中，首先由式产生电池系统基本荷电状态SOCc，而后结合电池荷电状态初始给定值SOC0，由式SOCi＝SOC0-SOCc得反馈前的电池系统荷电状态SOCi；利用电压传感器获得电池系统电压测量值Um，再与电池系统等效模型(9)输出的电池系统端电压Ub共同作为与PI调节器(8)的输入，经PI调节器(8)的比例-积分调节控制后，产生电池系统荷电状态反馈值SOCr；将反馈前的电池系统荷电状态SOCi与电池系统荷电状态反馈值SOCr进行叠加，从而产生电池系统荷电状态SOC，由SOC再经电池系统模型参数模块(2)产生各个模型参数，最后将各模型参数结合二阶电池等效电路结构来建立电池系统等效模型(9)。图2为并联型电池系统建模方框图。所述电池单体等效电路模型为二阶等效电路模型，其电路图如图3所示，模型主电路由2个RC并联电路、受控电压源U0(SOC)及电池内阻R等组成，其数学表达式为：U(t)＝U0[SOC(t)]-I(t)[R(t)+Rs(t)/Rs(t)jωCs(t)+Rl(t)/Rl(t)jωCl(t)]，其中，U0(SOC)为电池单体开路端电压，R(t)为电池单体内阻，Rs(t)、Rl(t)和Cs(t)、Cl(t)分别为描述电池单体暂态响应特性的电阻、电容，均为电池单体模型参数(1)。所述电池单体模型参数(1)均与SOC相关，SOC的定义为：其中，SOC0为电池单体SOC初始值，一般为0～1的常数，C0为电池单体额定容量。所述电池单体模型参数(1)U0(SOC)、Rs(t)、Rl(t)和Cs(t)、Cl(t)的计算分别如下：其中，a0～a5、c0～c2、d0～d2、e0～e2、f0～f2、b0～b5均为模型系数，可由电池测量数据经拟合而得。所建立并联型电池系统模型(9)为二阶等效电路模型，其电路图如图4所示。由基尔霍夫定律KVC得电池模型表达式为：U(t)＝Ub0[SOC(t)]-Ib(t)Zb(t)。式中，Ub0(SOC)电池系统的开路端电压，电池系统的阻抗Zb(t)计算如下：式中，Rb(t)为电池系统内阻，Rbs(t)、Rbl(t)和Cbs(t)、Cbl(t)分别为描述电池系统暂态响应特性的电阻、电容，以上各模型参数可由电池系统模型参数模块(2)利用并联电路工作特性及电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并联型电池系统建模方法，其特征在于，所述的并联型电池系统由N个支路电池组构成，每个支路电池组由M个电池单体通过串联而成，其中N、M为大于1的自然数；/n所述方法包括如下步骤：/n步骤1：检测各支路电池组电流I

【技术特征摘要】
1.一种并联型电池系统建模方法，其特征在于，所述的并联型电池系统由N个支路电池组构成，每个支路电池组由M个电池单体通过串联而成，其中N、M为大于1的自然数；
所述方法包括如下步骤：
步骤1：检测各支路电池组电流I1～IN，并将其作为电池系统容量筛选与校正模块的输入，所述容量筛选与校正模块包括依次连接的N路比较器、N路与操作器及求和器，在容量筛选与校正模块中，检测到的N支路电池组电流I1～IN，首先接入N路比较器中，并分别与比较器中的设定值0作比较，进行体现电池不一致性的支路电流筛选，若某一支路电流大于0，则相应该支路经比较器后的输出为1，若某一支路电流等于0，则相应该支路经比较器后的输出为0，然后再将N路比较器的输出接入N路与操作器，再分别与对应支路电池组容量C1～CN进行与操作，从而剔除支路电流为0的电池容量，得到筛选后的可用支路电池容量，最后再将各可用支路电池容量经过求和器，进行容量求和，进而产生电池系统当前额定容量Cb；
步骤2：将Cb与电池系统电流测量值Im共同作为SOC计算模块的输入，在SOC计算模块中，首先由式产生电池系统基本荷电状态SOCc，而后结合电池荷电状态初始给定值SOC0，由式SOCi＝SOC0-SOCc得反馈前的电池系统荷电状态SOCi；
步骤3：利用电压传感器获得电池系统电压测量值Um，再与电池系统等效模型输出的电池系统端电压Ub共同作为与PI调节器的输入，经PI调节器的比例-积分调节控制后，产生电池系统荷电状态反馈值SOCr；
步骤4：将反馈前的电池系统荷电状态SOCi与电池系统荷电状态反馈值SOCr进行叠加，从而产生电池系统荷电状态SOC；
步骤5：电池系统模型参数模块根据已知的电池单体模型及其模型参数，利用并联电路工作特性构建电池系统模型参数函数关系式，再结合电池系统荷电状态SOC获得各模型参数，最后将各模型参数结合二阶电池等效电路结构来建立电池系统等效模型。


2.根据权利要求1所述的一种并联型电池系统建模方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭思敏，左元丽，徐璐，张道涵，沈翠凤，张春富，张兰红，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32