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锂电池交流小信号建模与应用

【摘要】:锂电池自问世以来,因其特有的比能量高、无污染等优点,逐渐取代其他类型电池,被人们所青睐。新能源产业的蓬勃发展,更是促进了锂电池在储能系统与动力系统方面的应用。如何高效安全的管理电池,成为了人们不可回避的问题,而锂电池特有的非线性,更为电池系统的管理增大了难度。电池模型因其可以很好的表征电池的特性,被认为是电池应用、管理的基础。锂电池的模型有很多种,通常不同的模型适用于不同类别的电池系统。传统的建模方法,通常是先根据以往经验,选定电池模型类别,再根据HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization)实验等对模型参数进行识别。此种方法,不但要事先选择好适用于本电池的等效模型,更需要准确的确定加载瞬间电池的电压值等,这些都为参数识别增加了一定的困难。针对于此,本文采用了电化学分析中常用的交流阻抗谱法EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy)用于电池交流小信号模型的构建。此种方法是在待测电池系统两侧施加一个小振幅的交流扰动信号,然后根据其系统响应的阻抗频谱图,进行分析与建模。在模型参数识别方面,本文采用控制领域常用的Levy法对电池模型进行参数识别。Levy法是在最小二乘法的基础上,对于误差准则进行加权,从而将误差准则由一个非线性极小化问题转变成一个线性极小化问题。通过对电池小信号模型各个参数的拟合分析发现,电池在荷电状态变化时,其交流小信号模型参数基本不变的结论。在模型应用方面,本文利用电池交流小信号模型及其参数,对电池充电装置的补偿器进行了参数设计,用以确保该装置具有更好的稳定性及动态特性。经实验验证,由此设计的控制系统具有更好的可靠性。

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