一种考虑铅酸蓄电池内部温度影响的等效电路模型参数修正方法与流程

本发明属于铅酸蓄电池，尤其涉及一种考虑铅酸蓄电池内部温度影响的等效电路模型参数修正方法。

背景技术：

1、目前，我国的配电终端和变电站采用阀控式铅酸蓄电池(valve-regulated leadacid battery，vrlab)作为后备电源，在紧急情况下对断路器分合闸机构、隔离开关、继电保护装置等重要负荷进行供电，是维持电力设备安全可靠运行的重要保障。为实现对电池状态的精准预测，需提高电池等效电路模型参数的辨识精度，而电池等效电路模型参数受温度因素的影响，导致电池核容时存在较大误差，因此，对电池内部温度进行估算，并在参数辨识过程中修正其等效电路模型参数具有重要意义。

2、当前，电池内部温度的预测分为直接测量法和间接计算法，直接测量法通常采用热电偶直接接在电池极柱表面，间接测量法基于热传导、热对流、热辐射理论的建立热路模型，通过环境温度和电池表面温度推导计算得到其内部温度，适用于在线操作。vrla蓄电池等效模型参数在运行过程中会受到温度的影响，当电池处于高温环境中，极板间电化学反应速率加快，导致容量和内阻降低，在低温环境中电池活性降低，开路电压下降、内阻增大，对后续状态预测引入了较大的误差。现有研究考虑了环境温度对电路模型参数的影响，分析电池在环境温度为-10℃-50℃下模型参数的变化情况。但电池在实际应用中，其内部温度与极柱表面温度相差5-10℃，仅考虑环境温度对模型参数的影响仍存在较大的误差，需引入电池热路模型来计算其内部温度，并在参数辨识过程中修正电路模型参数，从而提高模型精度。

3、vrla蓄电池电池在实际应用中，其内部温度与极柱表面温度相差5-10℃，仅考虑环境温度对模型参数的影响仍存在较大的误差，需建立vrla蓄电池热路模型来计算其内部温度，并在参数辨识过程中修正电路模型参数，从而提高模型精度。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的问题,本发明提出的一种考虑铅酸蓄电池内部温度影响的等效电路模型参数修正方法，计算vrla蓄电池内部温度，并在参数辨识过程中修正电池等效电路模型参数，提高参数辨识的准确性，所述参数修正方法包括以下步骤：

2、步骤1：建立vrla蓄电池的等效热路模型，基于vffrls辨识算法得到热路模型参数；

3、步骤2：基于蓄电池电-热耦合模型修正电路模型参数方法，分析电池模型参数随电池内部温度的变化情况，得到其参数修正方程；

4、步骤3：构建vrla蓄电池电-热耦合仿真模型，进行仿真与实验验证。

5、优选的，所述步骤1中等效热路模型，具体包括：vrla电池内部产热由以下四部分组成：反应热qr，副反应热qs，极化热qp，焦耳热qj，电池热域和电域的对应关系建立电池热特性物理模型，如图1所示，tamb为环境温度，ts为电池表面温度，tin是电池中心温度，rix、riy、riz为电池在x、y、z轴三个方向上的内部热阻，rox、roy、roz则为相反方向上的外部热阻，cc为电池内部热容，cs为电池壳体热容，将vrla电池在x、y、z轴三个方向上的热阻等效为内部热阻ri和外部热阻ro，如下式所示：

6、ri＝rix//riy//riz

7、ro＝rox//roy//roz

8、由基尔霍夫定律kcl、kvl可得热路模型方程为：

9、

10、优选的，所述步骤1中，基于vffrls辨识算法得到热路模型参数具体包括：电池可逆热基于熵热系数de/dt计算得到，当熵热系数小于0时促进电池生热，而大于0时则是相反的效果，并且随着电池充放电的进行而改变，熵热系数是电池内部温度改变的重要因素，熵热系数随电池soc变化曲线测试步骤：

11、步骤11：在室温25℃下，以电流为1/3c倍率对vrla电池进行cc-cv模式充电，待电池充满后，静置5h；

12、步骤12：将电池放入恒温箱中，依次设定温度为15℃、35℃、45℃，并分别记录此时电池e；

13、步骤13：以电流为1/3c倍率对电池进行放电，每放电10％静置3h，分别记录电池e，并计算不同soc下的电池熵热系数；

14、步骤14：重复步骤步骤12-13，得到电池熵热系数拟合曲线。

15、优选的，所述步骤2的具体步骤如下：

16、基于电池内部电化学反应过程将vrla蓄电池分为三个层区，通过计算推导出各层中心温度t1、t2、t3，即t1为电池负极板中心温度，t2为电池电解液中心温度，t3为电池正极板中心温度，将电池置于恒温箱中，将箱内温度分别设置为-10℃、15℃、25℃、35℃、45℃，采用vffrls算法对vrla蓄电池进行参数辨识，并根据采集到的极柱表面温度计算得到不同层区的中心温度，可得电池模型参数r2、c2随温度变化的拟合曲线，r2随温度变化的多项式方程如下：

17、r2(t)＝6.9326×10-8t3-6.3218×10-6t2-2.1904×10-5t+0.025485

18、c2随温度变化的多项式方程如下：

19、c2(t)＝0.0026711×t3-0.14055×t2+2.2561×t+88.0563

20、在标准温度25℃下，vrla蓄电池开路电压与温度存在关系方程如下：

21、e(t)＝12.76+0.0002×(273+t)。

22、优选的，所述步骤3中，仿真模型由铅酸蓄电池热路模型和电池表明、内部温度传递函数模型两个主要部分构成，采用vffrls参数辨识方法重新对电池参数辨识，通过基于热路模型的电池输出电压仿真值与实验值的曲线对比。

23、与现有技术相比，本发明建立了vrla蓄电池的等效热路模型，基于vffrls辨识算法得到热路模型参数。接着，提出了基于蓄电池电-热耦合模型修正电路模型参数方法，分析电池模型参数随电池内部温度的变化情况，得到其参数修正方程。最后，构建了vrla蓄电池电-热耦合仿真模型，仿真与实验验证了vrla蓄电池内部温度的计算精度得到提高，考虑了电池在辨识过程中内部温度对其等效电路模型参数的影响，提升了参数辨识精度。

技术特征：

1.一种考虑铅酸蓄电池内部温度影响的等效电路模型参数修正方法，其特征在于，所述参数修正方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑铅酸蓄电池内部温度影响的等效电路模型参数修正方法，其特征在于，所述步骤1中等效热路模型，具体包括：vrla电池内部产热由以下四部分组成：反应热qr，副反应热qs，极化热qp，焦耳热qj，电池热域和电域的对应关系建立电池热特性物理模型，如图1所示，tamb为环境温度，ts为电池表面温度，tin是电池中心温度，rix、riy、riz为电池在x、y、z轴三个方向上的内部热阻，rox、roy、roz则为相反方向上的外部热阻，cc为电池内部热容，cs为电池壳体热容，将vrla电池在x、y、z轴三个方向上的热阻等效为内部热阻ri和外部热阻ro，如下式所示：

3.根据权利要求1所述的一种考虑铅酸蓄电池内部温度影响的等效电路模型参数修正方法，其特征在于，所述步骤1中，基于vffrls辨识算法得到热路模型参数具体包括：电池可逆热基于熵热系数de/dt计算得到，当熵热系数小于0时促进电池生热，而大于0时则是相反的效果，并且随着电池充放电的进行而改变，熵热系数是电池内部温度改变的重要因素，熵热系数随电池soc变化曲线测试步骤：

4.根据权利要求1所述的一种考虑铅酸蓄电池内部温度影响的等效电路模型参数修正方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤如下：

5.根据权利要求1所述的一种考虑铅酸蓄电池内部温度影响的等效电路模型参数修正方法，其特征在于，所述步骤3中，仿真模型由铅酸蓄电池热路模型和电池表明、内部温度传递函数模型两个主要部分构成，采用vffrls参数辨识方法重新对电池参数辨识，通过基于热路模型的电池输出电压仿真值与实验值的曲线对比。

技术总结
本发明提出一种考虑铅酸蓄电池内部温度影响的等效电路模型参数修正方法，建立了VRLA蓄电池的等效热路模型，基于VFFRLS辨识算法得到热路模型参数。接着，提出了基于蓄电池电‑热耦合模型修正电路模型参数方法，分析电池模型参数随电池内部温度的变化情况，得到其参数修正方程。最后，构建了VRLA蓄电池电‑热耦合仿真模型，仿真与实验验证了在不同温度下的电池模型精度得到了提升。本发明提高了VRLA蓄电池内部温度的计算精度；考虑了电池在辨识过程中内部温度对其等效电路模型参数的影响，提升了参数辨识精度。

技术研发人员：周宏瑞,欧世锋,况成忠,农蔚涛,颜丽娟,齐鹏辉,黄伟,龚正,颜民满,杨波,赵洪宇
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司培训与评价中心
技术研发日：
技术公布日：2024/9/9