[发明专利]一种铝空气电池等效电路模型的参数辨识方法

说明书

本发明公开了一种铝空气电池等效电路模型的参数辨识方法，包括以下步骤：首先，对铝空气电池进行放电特性实验，获取实验数据；其次，建立铝空气电池等效电路模型，并求得铝空气电池等效电路模型的函数关系式以及状态空间方程；然后，将上述的函数关系式及状态空间方程简化得到系统差分方程，采用带有遗忘因子的递推最小二乘法对系统差分方程进行递推迭代运算，并对铝空气电池等效电路模型进行参数辨识并得到参数值；最后，通过Matlab搭建相应的铝空气电池等效电路仿真模型，并根据仿真结果对建立的铝空气电池等效电路模型进行精度验证。由该方法辨识得到的参数具有高精准度，且参数辨识简单可行。

技术领域

本发明涉及电池建模领域，尤其是涉及一种铝空气电池等效电路模型的参数辨识方法。

背景技术

随着时代的迅速发展，环境问题和能源问题越来越成为当今世界最受关注的问题之一。当今世界，各国普遍面临能源短缺的压力，传统能源对环境污染带来的问题日益加剧。随着国家相关政策的支持，开发新能源电池来代替传统化石燃料成为了目前新能源领域研究的热点。现如今，对新能源电池的研究，人们主要着重于锂离子电池、镍氢电池、铅酸蓄电池以及金属燃料电池等。其中，金属燃料电池是其中发展前景较好的一类电池。金属燃料电池作为新一代新能源电池，因为有着能量密度高、安全可靠、污染小等特点而被广泛关注，尤其是铝空气电池。铝空气电池作为新一代新能源电池，有着功率密度大、比能量高、原材料丰富、寿命长以及成本低等优点，已被示范应用于通信基站备用电源、电动汽车电源以及水下设施的驱动能源领域。目前，市场上已出现技术相对成熟的锂离子电池管理系统，若简单将其移植到铝空气电池上，存在不匹配和测试结果不准确等问题，因此研制一套应用于铝空气电池的能量管理系统是非常必要的。

现如今研发出的铝空气电池管理系统存在着检测精度、建模精度以及SOC估算精度不高的问题，目前还未有一套成熟的管理系统对铝空气电池运行状态进行监测。

电池等效电路模型可很好模拟电池非线性动态特性，等效电路模型是基于端电压、内阻、电容以及电流之间的关系而提出的电池等效系统。通过对模型的建立，可直接模拟电池外部电压随时间变化曲线。等效电路模型可写成状态空间方程形式，所以利于在线实时估计，因此该建模法在电池管理系统中被广泛应用。根据内部器件组成及电路结构的不同，可细分为Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型、Massimo Geralol模型等，Rint模型是所有等效电路模型中最简单的模型，该模型将电池看作理想电压源和电阻的串联组成，该模型未考虑电池放电电流、电池容量以及环境温度等对电池内阻的影响，同时也不能很好的解释电池内部的内极化以及自放电作用，因此，Rint模型适用于对精度没有很高要求的电池仿真分析。Thevenin模型又叫作一阶RC模型，是在Rint模型的基础上增加了一个RC并联回路，可以很好地表现电池的非线性特性，当Thevenin模型在模拟动态特征时会产生较大的误差，同时该模型也未考虑自放电因素，因此该模型不适用于长时间仿真，应用较少。PNGV电池模型是在Thevenin模型的基础上多串联了一个电容，该电容用于表示在电池运行过程中开路电压随着电流的累积而累计的误差，拥有更高的精准度，但在长时间对电容充放电的过程中，电容带来的模型误差也会也来越大，同时该模型相对复杂，尤其在嵌入式系统中，电容的辨识相较于其他参数来说有一定的困难，该模型目前未被广泛使用。MassimoGeraolo模型是在Thevenin模型的基础上改进的，充分考虑了电池模型的非线性，该模型由开路电压E、欧姆内阻R0以及多节RC并联回路组成。Massimo Geraolo模型通过增加RC并联回路的阶数进一步提高了模拟电池动态和静态特性时的精确度，同时也考虑到了电池放电过程中的极化反应、欧姆以及电流积累效应，该模型串联的RC并联回路越多，所得到的模型阶数也就越高，可更高精度地模拟电池的动静态特性，但是，通过增加RC并联回路的数量虽然可以提高电池模型的理论精确度，却同样也会带来电池等效模型在参数辨识时的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种高精准度的铝空气电池等效电路模型的参数辨识方法。