基于Simulink的锂离子电池建模与仿真研究

锂离子电池因为其高比能、高输出功率、长循环寿命等优点而被广泛应用于电动汽车及储能领域,对锂离子电池进行建模有助于了解不同工况下电池的响应行为,也为后续的电池荷电状态估计、电池均衡控制等研究奠定基础。在分析常规电池模型基础上,利用Matlab/Simulink仿真软件构建了钴酸锂电池二阶Thevenin仿真模型,提出了一种电池测试工步及参数辨识方法,对不同工况进行了仿真验证与分析。分析与验证结果表明:钴酸锂电池二阶Thevenin仿真模型精确度高,能够准确模拟不同工况下电池输出特性。     

面向广义负荷的电池储能系统等效建模研究

随着电池储能系统在电网中应用日益广泛,配电网综合负荷特性应当计及电池储能系统的动态特性,建立适用于广义负荷建模的电池储能系统仿真模型。基于软件仿真环境搭建了电池储能系统并网仿真平台,研究了电池储能系统在并网母线处的动态特性,提出了一种含电压源、电阻以及惯性环节的电池储能系统的外特性等效模型;分析了提出模型在泛化能力方面的不足及其原因,在此基础上,提出了一种基于模型参数修正的改进模型结构。仿真结果表明,提出的模型能较好地描述电池储能系统的动态特性,而改进模型则有效提高了提出模型的泛化能力。     

磷酸铁锂锂离子电池Thevenin等效模型的改进

为解决实际应用中精度和复杂度的矛盾,在原始Thevenin电池等效模型的基础上,通过增加RC网络的方式,得到精度和仿真时长均能满足要求的改进Thevenin等效电路模型;通过锂离子电池充放电实验,得到复合脉冲实验数据,运用最小二乘拟合法对电池模型参数进行辨别;建立基于Simscape模型库的改进型Thevenin电池仿真模型,并进行仿真。通过将原Thevenin模型仿真电压、改进模型仿真电压与实验实测电压进行对比,改进模型和原模型的平均误差分别为0.02 V、0.06 V。     

串联锂离子电池组仿真技术研究

在电动汽车车载电池、电池储能系统等应用中,由于单体电池性能和参数的限制,为满足电压需求将电池串联使用。选取锰酸锂电池的Thevenin等效电路模型,在实验基础上识别模型状态参数,建立了单体及三种串联电池组的计算机仿真模型并进行对比分析,串联电池组充放电实验的仿真结果说明了将串联电池组等效为一个电池的误差最大。进一步结合电池参数数理统计提出一种实现大规模串联电池组仿真的方法,16模块串联的电池组实验验证了其精度,为电动汽车整车仿真、电池储能系统实时数字仿真的电池模块提供一种仿真方法。     

基于自适应扩展卡尔曼滤波法的储能电池荷电状态估计研究

荷电状态估计是储能电池管理的一项重要指标。目前工程上广泛使用的安时积分法虽然简单,但是存在诸多局限性。为了提高电量估算的精度和速度,同时考虑实际应用需求,针对储能电池开展了基于自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)法的荷电状态估计研究,以二阶Thevenin等效电路模型为基础,列写状态空间表达式,建立滤波器模型并根据实际情况对算法进行适当改进。仿真实验通过对比扩展卡尔曼滤波(EKF)法和AEKF方法,证实了AEKF方法的优越性。     

基于EKF的锂电池状态估算策略

在研究与分析电池极化现象对电池状态(SOC)估算影响的基础上,提出一种扩展Kalman滤波(EKF)的算法对SOC进行估算,在Thevenin改进模型的基础上建立了电池的非线性状态空间方程,通过比较电池实际端电压和估算端电压的差值,修正安时积分法得到的SOC值,使得极化效应对SOC估算精度的影响大大减弱。仿真分析结果表明,此方法提高了电池SOC计算的精度。     

基于可变寿命模型的电池储能容量优化配置

针对电池储能(BESS)在实际运行过程中的使用寿命变化特征,建立BESS的可变经济使用寿命预测模型。基于电力系统中电池储能系统的静态功能(即削峰填谷),提出基于可变寿命模型的电池储能容量规划模型。该模型以系统净收益最大为目标,合理评估了电池储能承担调峰功能的能源节约效益、环保效益以及容量替代效益,并综合考虑了放电深度对电池使用寿命的影响。以IEEE RTS-96系统为例,对电池储能系统容量优化配置进行研究,仿真结果表明了所提模型的有效性。     

全钒液流电池仿真建模及充放电特性研究

在微电网的构成中,储能装置是一个极其重要的单元。全钒液流电池作为一种较新的储能设备,具有容量大、转换效率高、寿命长等优点,并已被应用于工程实际中。利用电力系统计算仿真软件PSCAD/EMTDC建立了液流电池的仿真模块。在此基础上,搭建了352 k W的储能仿真模型,着重研究了储能系统中全钒液流电池在各种条件下的充放电特性。通过与实际系统的对比,验证了所搭建模型的正确性和有效性。     

全钒液流电池储能系统的仿真研究

储能具有调峰幅度大、响应速度快等优点,对未来电网发展具有深远的影响。近年来,储能技术迅猛发展,为充分发挥全钒液流电池储能系统相较于传统电池储能技术的优势,对全钒液流电池储能系统进行了仿真研究。首先,根据全钒液流电池的基本结构分析了其原理及特性,搭建了全钒液流电池的电气模型。然后,对储能逆变器连接储能电池和电网的两种控制策略,定功率(PQ)控制策略和定电压频率(VF)控制策略分别进行了建模和仿真验证。最后,以北海热电厂为实际应用场景,将所搭建的储能电站模型应用于黑启动方案中。启动储能逆变器后,北海热电厂的厂用母线电压可以稳定维持在0.96 p.u,表明了利用储能电站进行黑启动的可行性,验证了储能电站模型的有效性。     

锂离子电池建模现状研究综述

随着新能源装机规模的逐年递增,电网对储能系统的辅助服务需求日益加重,合理地大规模集成储能电池单元,并通过电池管理系统进行有序控制是未来储能系统应用发展的关键。但由于目前对储能电源模型的研究远远滞后于实际工程需求,因此建立精准的电池模型是电池管理的迫切需要。本文在对比储能现有模型分类的基础上,通过对相关电池建模资料的梳理,分析了电化学模型、黑箱模型与等效电路模型的优缺点与应用场景,重点比对了单体电池的Rint、Thevenin、PNGV等多种等效电路建模方法,并阐述了不同单体模型在多种应用场景下的优势和局限性;同时对电池模组串并联顺序以及电池单体的不一致性影响进行了讨论,可为电池模组化和大规模储能系统应用的性能评估与发展提供参考。