一种基于soc补偿器的并联型电池系统建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能电网中丽级电池储能系统设计与控制技术领域，涉及一种基于 SOC补偿器的并联型电池系统建模方法。
【背景技术】
[0002] 因具有比能量高、无记忆效应、循环寿命长、低自放电等优点，以锂离子电池为载 体的电池系统，已被广泛应用于电力、能源、军事等领域。同时，受电池单体自身额定容量及 电压等因素的制约，通常需要将多个电池单体经并联构成更大容量的电池系统，即并联型 电池系统。对于并联型电池系统而言，因其内部的各电池单体存在不一致性导致充放电时 各支路充放电流并不会相同；同时电池充放电过程是一个复杂的非线性过程，而电池性能 参数易受充放电倍率、温度、生产工艺等因素影响，因而要建立有效的电池系统模型以准确 预测其工作特性是个极具挑战的问题。
[0003] 目前，国内外关于电池建模的研究及专利多集中在电池单体方面，其主要建模方 法包括电化学模型、分析模型及等效电路模型等，其中等效电路模型因直观、简单、物理意 义明确等优点而被广泛应用于电气工程领域。关于并联型电池系统建模的研究及专利相对 较少，多采用定参数简化模型来建模，极少考虑电池单体参数变化对并联型电池系统工作 特性的影响，导致其模型精度有限。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的问题是在于提供一种基于SOC补偿器的并联型电池系统建模方法， 解决并联型电池系统中各电池单体性能参数并不一致而导致其电池性能参数（如电压、电 流等）及充放电特性难以被准确测量、估算的问题，达到准确预测并联型电池系统的充放 电工作特性的目的。
[0005] 本发明目的是通过以下技术方案来实现：
[0006] 本发明提供一种并联型电池系统，该系统由N个电池单体经并联而成。
[0007] -种基于SOC补偿器的并联型电池系统建模方法如下：根据已知锂离子电池单体 性能参数，利用并联电路工作特性及筛选法确定参数均值模型，然后将参数均值模型所得 参数作为电池模型的输入，再利用基尔霍夫定律KVC建立电池模型。将电池系统中各支路 电池电流的测量值Ini*与均值模型对应支路电流仿真值1"作为输入，设计出一个SOC补偿 器，得到各支路的电池 SOC的补偿值Δ SOCni.。最后将各补偿值Δ SOCni.与SOC模块输出的 SOC1相加，所得的SOC实际值SOC 1乍参数均值模型的输入，来更新参数均值模型中各电池 单体性能参数与电池系统性能参数的数理关系，再经电池模型，从而建立并联型电池系统 模型。
[0008] 所述电池单体等效电路模型为二阶等效电路模型，模型主电路由2个RC 并联电路、受控电压源Uid(SOC)及电池内阻R等组成，其数学表达式为：U(t)= U0 [SOC (t) ] -I (t) [R (t) +Rs (t) /Rs (t) j ω Cs (t) +R1 (t) /R1 (t) j ω C1 (t)],其中，U。(SOC)为 电池单体开路端电压，R(t)为电池单体内阻，RjthRjt)和(；(〇、（：1(〇分别为描 述电池单体暂态响应特性的电阻、电容，以上性能参数均与SOC相关，SOC的定义为：
其中，S0C。为电池单体SOC初始值，一般为0~1的常数； Qu(t)为电池单体不可用容量，Q。为电池单体额定容量。U0(SOC)、Rs (t)、R1U)和Cs (t)、
d。~d 2、e。~e 2、f。~f 2、bQ~b 5均为模型系数，可由电池测量数据经拟合而得。
[0009] 所建立并联型电池系统参数均值模型为二阶等效电路模型。由基尔霍夫定律 KVC得电池模型表达式为：UP (t) = Uqp [S0C⑴]-Ip (t) Zp [S0C⑴]。利用并联电路工作 特性及筛选法确定各电池单体性能参数与电池系统的参数均值模型数理关系如下：参 数均值模型中电池系统的开路端电压计算如下：
MS0C)表示第i个电池单体开路端电压；参数均值模型中电池系统的阻抗计算如下：
，其中，Rp(t)为电池系统内阻，R ps(t)、Rpl(t)和Cps(t)、 Cpl (t)分别为描述电池系统暂态口向应特性的电阻、电容。参数均值模型中Rp(t)、Rps(t)、 Rpl⑴和Cps (t)、Cpl⑴的计算分别如下：
、
，其中，下标i为第i 个电池单体，取值为大于1的自然数。
[0010] 所述SOC补偿器的设计如下：通过检测电池系统各支路电池电流的测量 值Ini*与均值模型对应支路电流仿真值1"进行比较，其差值再利用锂离子电池电流 I与SOC近似成线性关系，得到各支路的电池 SOC的补偿值ASOCni,具体计算如下：
式中，kS(K为补偿系数。最后将各补偿值ASOC nr^ SOC模块 所得的SOC1相加后，作为参数均值模型新的输入量S0C%以更新电池系统性能参数。SOCf计 算如下：
^式中，A SOCni为第m个支路电池模块SOC补偿值。
[0011] 所述SOC模块的定义如下：
其中，SOCpq为 电池系统SOC初始值，一般为0~1的常数；Qpu(t)为电池系统不可用容量，Qp。为电池系统 额定容量。
[0012] 与未用采SOC补偿器相比，本发明具有以下有益的技术效果：一是整个放电过程， 本发明所提的电池系统等效电路模型能准确地预测电池系统的工作特性；二是在放电初始 期和末期效果更明显，更加准确地跟随实验数据，其预测精度更高。
【附图说明】
[0013] 图1为并联型电池系统结构示意图；
[0014] 图2为含2个电池单体的并联型电池系统结构示意图；
[0015] 图3为电池单体等效电路模型图；
[0016] 图4为并联型电池系统参数均值模型图；
[0017] 图5为基于SOC补偿器的并联型电池系统模型结构图；
[0018] 图6-1~图6-2为S0C。不同时电池恒流放电特性，其中图6-1为电池单体端电压 变化情况，图6-2为并联型电池系统端电压补偿前后对比情况；
[0019] 图7-1~图7-2为S0C。不同时电池脉冲放电特性，其中图7-1为电池单体端电压 变化情况，图7-2为并联型电池系统端电压补偿前后对比情况。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体的实例对本发明作进一步的详细说明，所述为对本发明的解释而不 是限定。
[0021] 1、并联型电池系统及电池单体模型
[0022] I. 1并联型电池系统
[0023] 并联型电池系统是由N个电池模块并联而成，而每个电池模块又由多个电池单体 串联而成，其结构图如图1所示。为便于分析，本实例中假设并联型电池系统由2个电池模 块并联而成，每个电池模块只有一个电池单体构成，即此并联型电池系统由2个电池单体 并联而成，如图2所示。每个电池单体的额定电压为3. 7V，额定容量为860mAh，放电截止电 压为3V。
[0024] 1. 2电池单体等效电路模型
[0025] 电池单体等效电路模型为二阶等效电路模型，模型主电路由2个RC并联 电路、受控电压源Uid(SOC)及电池内阻R等组成，电池单体电路图如图3所示，其 数学模型表达式为：u(t) = lusocamaKR