[发明专利]一种基于SOC补偿器的并联型电池系统建模方法

说明书

技术领域

本发明属于智能电网中MW级电池储能系统设计与控制技术领域，涉及一种基于SOC补偿器的并联型电池系统建模方法。

背景技术

因具有比能量高、无记忆效应、循环寿命长、低自放电等优点，以锂离子电池为载体的电池系统，已被广泛应用于电力、能源、军事等领域。同时，受电池单体自身额定容量及电压等因素的制约，通常需要将多个电池单体经并联构成更大容量的电池系统，即并联型电池系统。对于并联型电池系统而言，因其内部的各电池单体存在不一致性导致充放电时各支路充放电流并不会相同；同时电池充放电过程是一个复杂的非线性过程，而电池性能参数易受充放电倍率、温度、生产工艺等因素影响，因而要建立有效的电池系统模型以准确预测其工作特性是个极具挑战的问题。

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。关于并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，极少考虑电池单体参数变化对并联型电池系统工作特性的影响，导致其模型精度有限。

发明内容

本发明解决的问题是在于提供一种基于SOC补偿器的并联型电池系统建模方法，解决并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)及充放电特性难以被准确测量、估算的问题，达到准确预测并联型电池系统的充放电工作特性的目的。

本发明目的是通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种并联型电池系统，该系统由N个电池单体经并联而成。

一种基于SOC补偿器的并联型电池系统建模方法如下：根据已知锂离子电池单体性能参数，利用并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。将电池系统中各支路电池电流的测量值I_m*与均值模型对应支路电流仿真值I_m作为输入，设计出一个SOC补偿器，得到各支路的电池SOC的补偿值ΔSOC_m.。最后将各补偿值ΔSOC_m.与SOC模块输出的SOC_I相加，所得的SOC实际值SOC^*作参数均值模型的输入，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，从而建立并联型电池系统模型。

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)+R_s(t)/R_s(t)jωC_s(t)+R_l(t)/R_l(t)jωC_l(t)]，其中，U₀(SOC)为电池单体开路端电压，R(t)为电池单体内阻，R_s(t)、R_l(t)和C_s(t)、C_l(t)分别为描述电池单体暂态响应特性的电阻、电容，以上性能参数均与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；Q_u(t)为电池单体不可用容量，Q₀为电池单体额定容量。U₀(SOC)、R_s(t)、R_l(t)和C_s(t)、C_l(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。