最新电池的等效模型——状态方程学习PPT教学课件.ppt

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1、难点：因电流、功率、充电状态(SOC,stateofcharge)和温度等因素对电池特性呈非线性影响，电池建模如果要全方位考虑这些因素，会造成很大的计算量，一般控制器满足不了要求；模型建立要点：电路模型的逻辑结构图：原理说明：电池仿真模型是为验证模型中参数设置的正确性，故其输入为电流，输出为端电压；（实际电池管理系统中，电流和端电压都为输入量）建模步骤：选定模型→确定输入输出及状态变量→列写状态方程→matlab建模→通过实验进行参数辨识→根据变量（温度、SOC等）实时修正参数→仿真模型选择：根据需要选择，不同的电池等效模型对电池建模精度和准确度的影响很大，同时，越复杂，

2、精度越好的模型其运行越复杂，对硬件的要求也越高；在以上几个模型中，含有RC的等效电路精准度较高，且RC阶数越高，精准度越好；参数辨识：可运用《FreedomCAR电池试验手册》中复合脉冲功率特性试验（可见下一页图）与最小二乘法拟合；概述几个相关概念：欧姆内阻：由电极材料、电解液、隔膜内阻及各部分零件的接触电阻组成；极化内阻：电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起的电阻，与极化电容并联构成容阻回路，用于模拟电池极化产生和消除过程中表现出的动态特性。恒流阶段极化内阻产生压差变化曲线：概述1内阻等效电路模型内阻模型将电池看成一个理想电压源和一个电阻串联，是一

3、种最简单的电池模型。等效电路电压源E和电阻R随电池状态是时时变化的。优点：模型简单，参数的测定较简单容易，建模仿真易实现，有一定通用性；缺点：精度不高，不能很好的体现蓄电池特性在充放电工况变化时的过渡过程。2Thevenin等效电路模型Thevenin模型，也称为一阶RC模型，含一个电压源和一个RC并联电路。RS和Cs构成的回路用来模拟电池的动态过程，这种模型考虑到了电动势与SOC的关系和电池的动态过程，可较为准确地模拟电池充放电过程，但由于没有考虑电流累计导致的开路电压变化、过充与自放电，故对长时间的仿真不适合，常用于功率型电池充放电的暂态分析。Rs:等效的极化内阻Cs

4、:等效的极化电容Re:等效内阻V=E±Ucs*e，τ=Rs*Cs-1/τ++--2求解Rc、Rs、CsRc=V1/I放；Rs=V2/I放；时间常数=Rs*CsRs:等效的极化内阻Cs:等效的极化电容Re:等效内阻++--3.1二阶RC等效电路模型RTS，CTS—模拟电池动态响应过程中表现出的短时间常数;RTL，CTL—模拟电池动态响应过程中表现出的长时间常数；Ccap—电池的容量；Ibat—电池充放电电流；Rs—等效串联电阻；二阶RC模型，在Thevenin模型的基础上再增加一组RC回路，组成二阶RC等效电路模型。优点：在该模型中，这两个电路靠一个可控电压源Voc联系在一

5、起，左边电路表示电池的容量，右边电路通过一个串联电阻和两个RC电路表示电池的内部电阻和瞬态响应，从而很好地兼顾电池的稳态特性和暂态特性。缺点：没有考虑自放电和温度的影响。3.2二阶RC等效电路模型在此模型中，Ccap为电池的容量，为常数，其与开路电压Voc成非线性关系。设Voc=g（soc），即g（x）为SOC与开路电压的函数。列写状态方程：设电池SOC,Ucts,Uctl为系统的状态变量x1，x2，x3,电池的充放电电流Ibat为输入u，通路电压V为输出y（注，开路电压Voc=V+Ucts+Uctl+Urs=y+x2+x3-u*Rs=g(x1)），可建立如下状态方程：+

6、-Ibat++--注：此模型的建立是为验证参数设定的正确性，故输入只有电流。PNGV等效电路模型是美国新一代汽车合作计划在2001年提出的。PNGV模型在Thevenin模型的基础上增加了一个电容Cp用来描述负载电流的时间累计产生的开路电压变化。Rs:等效的极化内阻Cs:等效的极化电容Re:等效内阻Cp：述随着负载电流的时间累计而产生的开路电压的变化。4.1PNGV等效电路模型列写状态方程：设电池Ucp、Ucs为系统的状态变量x1、x2,电池的充放电电流Ibat为输入u，电池端电压V为输出y（注E=V+Ucs+Ucp+Urs=y+x1+x2-u*Rs），可建立如下状态方程

7、：Ibat-++-PNGV模型对处理器要求不高且容易实现，比较适合模拟电池的动态性能，但没考虑过充电过程，不适合对电池的长时间稳定充放电仿真。5GNL等效电路模型GNL模型是PNGV模型、Theveini模型、Rint模型的归纳和发展。从其模型图可看出，将GNL模型中电化学极化电路和浓差极化电路合并，忽略自放电影响和过充电过程，得到PNGV模型；剔除PNGV的电容Cb得到Theveini模型；剔除Theveini的极化电路，只考虑欧姆内阻得到Rint模型；显然，其仿真的精度也是依次递减的。GNL模型中电路元件的增加使其物理含义