基于機(jī)理模型的鉛酸電池性能評(píng)估方法研究.pdf

1、鉛酸電池是目前應(yīng)用最為廣泛的二次電池之一，在電力系統(tǒng)、通信基站和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。全面準(zhǔn)確的電池性能評(píng)估是保證相關(guān)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。本課題基于電化學(xué)機(jī)理模型實(shí)現(xiàn)某商用閥控式密封鉛酸蓄電池的性能仿真評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)，具體工作如下：
　　首先，針對(duì)鉛酸電池經(jīng)典機(jī)理模型的描述全面求解復(fù)雜的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)固相電勢(shì)平衡過程、開路電勢(shì)曲線和電極動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行近似處理，得到簡(jiǎn)化機(jī)理模型。之后研究模型的數(shù)值求解方法，對(duì)于偏

2、微分方程組，兼顧計(jì)算的復(fù)雜程度和計(jì)算精度，采用五階伽遼金法，同時(shí)根據(jù)邊界條件選取余弦函數(shù)作為基底，最終實(shí)現(xiàn)模型的準(zhǔn)確快速求解。
　　其次，為提高參數(shù)辨識(shí)的準(zhǔn)確度，對(duì)待辨識(shí)參數(shù)進(jìn)行敏感度分析，得到其可辨識(shí)性與放電倍率和放電深度的關(guān)系，為參數(shù)辨識(shí)過程的優(yōu)化提供依據(jù)，亦可用于評(píng)價(jià)辨識(shí)結(jié)果的置信水平，作為內(nèi)部健康特征提取的基礎(chǔ)。之后針對(duì)簡(jiǎn)化機(jī)理模型待辨識(shí)參數(shù)較多的特點(diǎn)，采用合作型協(xié)同進(jìn)化遺傳算法實(shí)現(xiàn)參數(shù)辨識(shí)過程，對(duì)于算法早熟收斂和局部最優(yōu)

3、的問題，加入災(zāi)變算子和搜索空間擴(kuò)展算子，有效地改善了算法的性能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用該辨識(shí)方法得到的參數(shù)誤差很小，能夠準(zhǔn)確地模擬電池的電壓特性。
　　最后，基于簡(jiǎn)化的機(jī)理模型和獲取的參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)某商用閥控式密封鉛酸蓄電池的典型特性的仿真，包括電池端電壓、放電容量和恒功率放電時(shí)間等。然后設(shè)計(jì)電池的循環(huán)壽命試驗(yàn)，應(yīng)用單因素方差分析法提取表征電池健康狀態(tài)的內(nèi)部特征，并結(jié)合電池反應(yīng)機(jī)理分析其退化規(guī)律。之后采用狀態(tài)跟蹤領(lǐng)域內(nèi)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的粒子濾波