鋰離子電池成組應(yīng)用技術(shù)及性能狀態(tài)參數(shù)估計(jì)策略研究.pdf

1、以鋰離子電池為代表的新一代綠色電池的蓬勃發(fā)展，對推動(dòng)新能源相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，緩解傳統(tǒng)能源緊張、環(huán)境污染的局勢發(fā)揮了巨大的作用。儲能電池成組應(yīng)用以及電池組狀態(tài)管理等相關(guān)技術(shù)的不斷提高與完善，能夠延長電池組使用壽命，提高儲能系統(tǒng)的可靠性。鑒于此，論文以鋰離子電池為研究對象，主要針對儲能電池成組設(shè)計(jì)及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)和儲能電池組建模及性能狀態(tài)監(jiān)測相關(guān)理論和技術(shù)兩個(gè)熱點(diǎn)問題，研究了電池成組設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)、等效電路模型建模及系統(tǒng)辨識策略、荷電狀態(tài)（St

2、ate of Charge, SOC）估計(jì)方法，所研究的方法和策略對其它電池具有通用性。論文主要研究和工作如下：
　　(1)針對電池成組應(yīng)用時(shí)，由于單體電池的不一致性而造成性能退化的問題，對電池成組應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)、影響電池組性能的主要因素進(jìn)行研究和分析，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種典型惡劣環(huán)境中鋰離子電池成組應(yīng)用方案。在對大功率電池組充放電管理技術(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出一種基于單體電池保護(hù)的串聯(lián)電池組分組均衡充電策略，并給出了具體的實(shí)現(xiàn)過程

3、。通過分組均衡充電，減小了由電網(wǎng)異常等外力造成的充電過程中的負(fù)面影響，同時(shí)降低了單體電池之間的不一致性，提高了電池組整體的充放電能力和和整個(gè)電源系統(tǒng)的可靠性，為電池組整體直接建模奠定基礎(chǔ)。
　　(2)研究了基于智能算法的系統(tǒng)參數(shù)辨識策略，深入研究了粒子群優(yōu)化算法，針對其在迭代后期經(jīng)常面臨無法找到最優(yōu)位置或者在最優(yōu)位置附近徘徊卻無法定位在最優(yōu)位置的問題，提出一種隨機(jī)抖動(dòng)粒子群優(yōu)化算法，在利用幾種目標(biāo)優(yōu)化測試函數(shù)驗(yàn)證其性能后，將其用于

4、等效電路模型（Equivalent Circuit Model, ECM）系統(tǒng)參數(shù)辨識，并給出一種適用于等效電路模型系統(tǒng)辨識的加權(quán)目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，最后利用兩種不同的工況驗(yàn)證了該算法的有效性和通用性。
　　(3)開路電壓（Open Circuit Voltage, OCV）遲滯，即OCV的路徑依賴性是鋰離子電池的一個(gè)顯著特征，精確地估計(jì) OCV遲滯對等效電路模型極為重要。通過利用電壓回饋信息修正 OCV值，并仔細(xì)分析充電階段、放電階段

5、和充放電之后的擱置階段的修正的OCV運(yùn)動(dòng)軌跡，提出一種動(dòng)態(tài)修正OCV的策略，并將其應(yīng)用于二階RC模型，得到一種考慮遲滯效應(yīng)的加強(qiáng)ECM模型，提高了模型的精度。
　　(4)針對系統(tǒng)級仿真和大規(guī)模儲能電池組狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)的需求，開展電池組電特性動(dòng)態(tài)仿真模型相關(guān)技術(shù)的研究。理論和實(shí)踐證明，電池組整體的充放電特性自動(dòng)包含了單體電池的不一致性以及單體電池與電池組之間的非線性比例關(guān)系，利用這一特點(diǎn)可以快速有效地直接建立電池組級別的等效電路模

6、型，用于模擬電池組的電氣動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)考慮溫度、倍率對電池性能的非線性影響，研究并建立對應(yīng)的非線性影響數(shù)學(xué)模型，并對各種模型參數(shù)的辨識方法進(jìn)行研究，最終建立基于ECM模型的考慮溫度、倍率因素影響的電池組電特性復(fù)合模型。建立的電池組復(fù)合模型可以集成到更大的系統(tǒng)模型環(huán)境中，用于系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)與仿真，例如大規(guī)模儲能系統(tǒng)電池組選型、配組優(yōu)化設(shè)計(jì)等許多場合。
　　(5)深入研究了擴(kuò)展卡爾曼濾波（Extended Kalman Filter,