[发明专利]一种并联型电池系统建模方法

说明书

本发明公布了一种并联型电池系统建模方法，所述方法如下：根据已知电池单体模型参数，结合并联电路特性构建电池系统模型参数，再检测各支路电池组电流，经电池容量筛选与校正模块获得电池系统当前额定容量C_b，并结合电池系统电流I_m由SOC计算模块产生电池系统基本荷电状态SOC_c，然后与SOC初始值SOC₀叠加得新的电池荷电状态SOC_i，再与PI调节器输出的反馈值SOC_r相加，产生电池系统荷电状态SOC，结合电池系统模型参数获得各模型参数，最后建立电池系统等效模型。本发明所建的并联型电池系统模型可准确预测并联型电池系统放电特性，其建模方法可适用于电池单体或模块并联成组场合。

技术领域

本发明属于智能电网中大容量电池储能系统设计与控制技术领域，涉及一种并联型电池系统建模方法。

背景技术

电池系统作为一种可实现电能到化学能、功率双向可流动的能量存储载体，已广泛地应用于新能源发电(如风电、光伏)、新能源汽车、航空航天飞行器、智能电网等领域。同时，受电池制造工艺、材料水平等因素影响，电池单体的额定容量、额定电压等均不高，为适应系统对大功率及大电流等要求，通常需并联多个电池单体来构成大容量的电池系统，即并联型电池系统。然而，由于受电池系统工作使用环境、电池管理水平等因素影响，在电池系统实际运行中存在电池单体的不一致性，往往导致电池系统中并联的各支路电池组充放电特性不一致，进而使并联型电池系统的工作特性难以被准确表征，严重制约其实际应用。因此，有必要建立准确的并联型电池系统模型以预测并联型电池系统的充放电工作特性。

目前，国内外关于电池建模的研究多集中在电池单体建模，而有关并联型电池系统建模的文献并不多，专利(ZL2015104173042)公开了一种基于SOC补偿器的并联型电池系统建模方法，但因存在采用具有稳态误差的比例调节器、未考虑各支路电流实际变化等情况，导致其模型精度受限。为此，公开文献(CN108090244A)公开了一种并联型锂离子电池系统建模方法，其建模方法为：根据已知锂离子电池单体模型，利用并联电路工作特性及筛选法，建立电池系统基本模型；再检测各支路电流，结合基本模型输出总电流的1/N，经由N个比例-积分调节器和一个加权器构成的SOC校正器，得到电池系统SOC补偿值，再与电池系统模型输出的SOC叠加，得到校正后的SOC，并更新电池系统基本模型，从而得到电池系统模型。该模型考虑了电池系统中电池不一致对电池SOC的影响，在一定程度上提高了电池系统模型精度，但仍存在以下几个问题：一是只考虑了电池不一致对电池SOC偏差的影响，并未考虑因电池不一致(尤其是电池SOC初值不一致)对电池系统额定容量变化的影响，导致电池系统SOC精度受限，这是因为在并联型电池系统中SOC初值小的某一支路电池组会提前放电结束，导致用于计算电池系统SOC的电池系统当前额定容量C_b小于电池系统原来额定容量，即因电池不一致性会的存在导致电池系统额定容量并不恒定；二是未考虑由电池系统等效模型输出的电池系统端电压(虚拟值)与电池系统端电压检测值(实际值)构成的闭环反馈控制的作用，即未考虑因电池系统端电压误差对电池系统SOC误差的影响；三是计算电池串SOC补偿值时，采用N个PI调节器来获取N个支路电池串的SOC补偿值ΔSOC_i，当电池系统中并联支路个数较多时(N很大)，其PI调节器个数也随之大幅增加，一方面增加了对N个PI调节器协调控制的难度，另一方面也增加了系统的不稳定性。因此，有必要针对上述问题进一步改进SOC计算方法来提高电池系统模型精度。

发明内容

本发明解决的问题是在于提供一种并联型电池系统建模方法，一方面，解决了并联型电池系统中因各支路电池组中的电池单体不一致而导致其充放电特性难以被准确表征的问题；另一方面，也改进了相关已公开的SOC补偿器中存在的未考虑各支路电池组中电池不一致性对电池系统当前额定容量的影响、PI调节器数量多且其协调控制难度大、稳定性变差的问题；同时，还解决了电池系统端电压反馈对提高电池系统SOC精度影响的问题，达到准确预测并联型电池系统性能参数(如电压、SOC)及其工作特性的目的。