一种基于参数校正器的串联型电池系统建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能电网中丽级电池储能系统设计与控制技术领域，设及一种基于 参数校正器的串联型电池系统建模方法。
【背景技术】
[0002] 裡离子电池因具有比能量高、循环寿命长、低自放电、无记忆效应等特点，已越来 越广泛地应用于新能源、交通、航天等领域。同时，由于裡离子电池单体的额定容量、额定 电压等相对较小，常将多个电池单体经串联构成电池系统，即串联型电池系统，可实现电池 系统容量及电压等级的扩大。然而由于电池单体存在不一致性，且裡离子电池的性能参数 (如电池端电压、内阻、容量等）易受充放电倍率、溫度等因素影响，导致含大量电池单体的 串联型电池系统的工作特性更加W准确表征，严重制约电池系统的开发与应用。因此，建立 准确的串联型电池系统模型W有效预测其工作特性及性能参数，对其设计、控制及工程应 用至关重要。
[0003] 目前，国内外关于电池建模的研究及专利多集中在电池单体方面，其主要建模方 法包括电化学模型、分析模型及等效电路模型等，其中等效电路模型因直观、简单、物理意 义明确等优点而被广泛应用于电气工程领域。关于串联型电池系统建模的研究及专利相 对较少，多采用定参数简化模型来建模，因未考虑电池不一致性对电池系统性能参数的影 响，导致其模型精度有限。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的问题是在于提供一种基于参数校正器的串联型电池系统建模方法， 解决串联型电池系统中各电池单体性能参数并不一致而导致其电池性能参数（如电压、电 流等）及充放电特性难W被准确测量、估算的问题，达到准确预测串联型电池系统的充放 电工作特性的目的。
[0005] 本发明目的是通过W下技术方案来实现：
[0006] 本发明提供一种串联型电池系统，该系统由N个电池单体经串联而成。
[0007] -种基于参数校正器的串联型电池系统建模方法如下：根据已知裡离子电池单体 性能参数，利用串联电路工作特性及筛选法确定参数均值模型，然后将参数均值模型所得 参数作为电池模型的输入，再利用基尔霍夫定律KVC建立电池模型。将电池系统端电压测 量值U*与均值模型端电压仿真值Us的差值及均值模型的荷电状态S0CI作为输入，设计一 个参数校正器。最后将由参数校正器所得的SOCb作为输入，来更新参数均值模型中各电池 单体性能参数与电池系统性能参数的数理关系，再经电池模型，从而建立串联型电池系统 模型。
[0008] 所述电池单体等效电路模型为二阶等效电路模型，模型主电路由2个RC并联电 路、受控电压源Ue(SOC)及电池内阻R等组成，其数学表达式为：U(t) =Ue[S0C(t)]-I(t) [R(t)+Rs(t)/Rs(t)jCOCs(t)+Ri(t)/Ri(t)jCOCl(t)]，其中，U。(SOC)为电池单体开路端电压， R(t)为电池单体内阻，lUt)、Ri(t)和C；(t)、Ci(t)分别为描述电池单体暂态响应特性的电 阻、电容，W上性能参数均与SOC相关，SOC的定义为：
其中，SOC。为电池单体SOC初始值，一般为0~1的常数；Qu(t)为电池单体不可用 容量，Q。为电池单体额定容量。Uc(SOC)、R,(t)、Ri(t)和C；(t)、Ci(t)的计算分别如
d。~d2、e。~e2、f。~f2、b。~b5均为模型系数，可由电池测量数据经拟合而得。
[0009] 所建立串联型电池系统参数均值模型为二阶等效电路模型。由基尔霍夫定 律KVC得电池模型表达式为：U(t) =Ube[SOC(t)]-Ib(t)Zb(t)。利用串联电路工作特 性及筛选法确定各电池单体性能参数与电池系统性能参数的参数均值模型确定如下： 参数均值模型中电池系统的开路端电压计算如下：
其中， Uw(soc)表示第i个电池单体开路端电压；参数均值模型中电池系统的阻抗计算如下：
其中，Rb(t)为电池系统内阻，Rbs(t)、Rbi(t)和Cbs(t)、Cbi(t)分别为描述电池系统暂态口向 应特性的电阻、电容。参数均值模型中Rbs(t)、Rbi(t)和Cbs(t)、Cbi(t)的计算分别如下：
其中，下标i为第i个 电池单体，取值为大于1的自然数。
[0010] 所述参数校正器的设计如下：通过检测电池系统的端电压实际值If与均值模型端 电压Us进行比较，其差值再利用裡离子电池在其工作平台区内电池端电压U与S0C近似成 线性关系，得到校正值AS0C，具体计算如下：
t式中，ksw为校正 系数。最后将校正值AS0C与S0C模块所得的SOCi相加后，作为参数均值模型新的输入量SOCb，W更新电池系统性能参数。
[0011] 所述S0C模块的定义如下
其中，SOCb。为 电池系统S0C初始值，一般为0~1的常数；Qbu(t)为电池系统不可用容量，Qb。为电池系统 额定容量。
[0012] 与未用采参数校正器相比，本发明具有W下有益的技术效果：一是整个放电过程， 本发明所提的电池系统等效电路模型能准确地预测电池系统的工作特性；二是在放电初始 期和末期都更加准确地跟随实验数据，其预测精度更高。
【附图说明】
[0013] 图1为串联型电池系统结构示意图；
[0014]图2为电池单体等效电路模型图；
[0015] 图3为串联型电池系统参数均值模型图；
[0016]图4为基于参数校正器的串联型电池系统模型结构图；
[0017] 图5-1~图5-2为S0C。不同时电池恒流放电特性，其中图5-1为电池单体端电压 变化情况，图5-2为串联型电池系统端电压校正前后对比情况；
[001引图6-1~图6-2为S0C。不同时电池脉冲放电特性，其中图6-1为电池单体端电压 变化情况，图6-2为串联型电池系统端电压校正前后对比情况。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合具体的实例对本发明作进一步的详细说明，所述为对本发明的解释而不 是限定。
[0020] 1、串联型电池系统及电池单体模型
[0021] 1.1串联型电池系统
[0022] 串联型电池系统是由3个电池单体经串联而成，其结构图如图1所示。每个电池 单体的额定电压为3. 7V，额定容量为860mAh，放电截止电压为3V。
[0023] 1.