CN108120935A - 一种蓄电池特性模拟控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种蓄电池特性模拟控制方法，将蓄电池模型等效为电压源串联内阻形式，蓄电池模拟输出电压为蓄电池内电势与内阻压降之和。根据蓄电池实测充放电数据，得到充放电荷电状态和蓄电池端电压的曲线，在此基础上拟合出蓄电池内电势曲线，该曲线的横、纵坐标分别为蓄电池荷电状态和内电势。控制时，先通过蓄电池实时电流随时间的积分确定蓄电池容量，计算出蓄电池的实时荷电状态，再通过查表得到蓄电池的内电势。利用相同荷电状态下对应的充放电电压的压降，除以两倍的蓄电池电流得到蓄电池的等效内阻。将蓄电池的模拟输出电压作为控制电路直流电压给定，并和实时端口电压进行闭环控制，最终使得控制电路输出直流母线电压等于被模拟蓄电池实时端口电压。

Description

一种蓄电池特性模拟控制方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电池特性模拟控制方法。
背景技术
随着能源的匮乏和污染越来越严重，清洁能源的开发和利用越来越受关注。针对风电、光伏等可再生能源发电所带的问题也不容忽视。大规模储能电池的应用，对可再生能源发电系统将起到平滑功率波动、削峰填谷和提高电网可靠性的作用。但目前储能电池依然存在很多问题，如电池的使用寿命、成本、技术、安全、维护等。尤其是伴随着各种新型电池的出现，高成本购买不同种类的电池进行试验和研究不太现实，为了减少研发成本，模拟多种电池，特提出一种蓄电池特性模拟的控制方法。
CN 103730905 A《一种蓄电池电源模拟装置及方法》，介绍了一种蓄电池模拟电源的方法，但是所述蓄电池模型是根据所获取的实时电流计算得到被模拟蓄电池实时端口电压，利用公式法模拟蓄电池特性，存在积分和拉氏反变化，计算相对较复杂。CN 102654565A《一种电池模拟方法及模拟器》，提出了一种模拟方法，也是通过计算的方式，依据直流电流和荷电状态得到模拟器直流电压参考值，同时提供了一种电池模拟器。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种蓄电池特性模拟控制方法。
本发明可以实现不同电池种类特性曲线的输出，节省了蓄电池的购买成本，进而降低了研发成本，控制更加灵活，实现简单。
本发明的技术方案如下：
一种蓄电池特性模拟控制方法，将蓄电池模型等效为电压源串联内阻形式，蓄电池模拟输出电压Uout为蓄电池内电势E与内阻压降VR之和。根据蓄电池实测充放电数据，得到充放电荷电状态SOC和蓄电池端电压V的曲线，在此基础上拟合出蓄电池内电势E曲线，蓄电池内电势E曲线的横坐标和纵坐标分别为蓄电池荷电状态SOC和内电势E。利用相同荷电状态下对应的充放电电压的压降，除以两倍的蓄电池电流得到蓄电池的等效内阻。对蓄电池控制时，控制电路以蓄电池的模拟输出电压Uout为直流电压给定值Vref，以蓄电池实时端口电压Udc为反馈值，对被模拟的蓄电池进行电压闭环反馈控制，最终使得控制电路输出的直流母线电压Vdc等于被模拟的蓄电池实时端口电压Udc。
具体步骤如下：
(1)首先进行曲线拟合，根据蓄电池实测充放电数据，得到充放电荷电状态SOC和蓄电池端电压V的曲线，在此基础上拟合出蓄电池内电势E曲线。蓄电池内电势E曲线的横坐标、纵坐标分别为蓄电池荷电状态SOC和内电势E，并形成蓄电池荷电状态SOC和内电势E的二维数据表。
通过蓄电池实时电流i随时间t的积分确定蓄电池容量Q，进而计算出蓄电池的实时荷电状态SOC，再通过查表得到蓄电池的内电势E。
(2)蓄电池的等效内阻R是变化的，根据蓄电池不同充放电电流下的实测数据，将相同荷电状态下对应的蓄电池充放电电压的压降△U，除以两倍的蓄电池电流i得到蓄电池的等效内阻R，最终形成不同充放电电流下，蓄电池电流i和等效内阻R的曲线。蓄电池等效内阻R曲线的横坐标和纵坐标分别为蓄电池电流i和蓄电池等效内阻R，并形成蓄电池电流i和等效内阻R的二维数据表。对蓄电池进行模拟控制时，可以根据蓄电池的实时电流i，通过查表得到蓄电池的等效内阻R。
对蓄电池模拟控制时，控制电路以蓄电池的模拟输出电压Uout为直流电压给定值Vref，实时端口电压Udc为反馈值，对其进行电压闭环反馈控制。所述的蓄电池模拟输出电压Uout由蓄电池内电势E与蓄电池内阻压降VR相加得到，蓄电池内阻压降VR由蓄电池电流i与蓄电池等效内阻R相乘得到。对蓄电池模拟控制时，需要给定蓄电池的荷电状态的初始值。
附图说明
图1本发明蓄电池等效电路图；
图2蓄电池特性拟合曲线。
图3蓄电池模拟控制框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明的蓄电池模型等效电路如下：
将蓄电池模型等效为电压源串联内阻形式，其中101表示蓄电池的内电势E，用受控电压源形式表示；102是蓄电池的内阻R，蓄电池模拟输出电压Uout为蓄电池内电势E与内阻压降VR之和。VR＝i×R，其中i为蓄电池的电流。
本发明对蓄电池的模拟控制方法如下：
首先进行蓄电池特性曲线拟合。根据蓄电池实测充放电数据，得到充放电荷电状态SOC和蓄电池端电压V的曲线，在此基础上拟合出蓄电池内电势曲线，蓄电池内电势曲线的横坐标、纵坐标分别为蓄电池荷电状态SOC和内电势E，并形成蓄电池荷电状态SOC和内电势E的二维数据表。曲线拟合过程如图2所示。
对蓄电池进行模拟控制时，先通过蓄电池实时电流i随时间t的积分确定蓄电池容量Q，进而计算出蓄电池的实时荷电状态SOC：
再通过查表得到蓄电池的内电势E。
蓄电池的等效内阻R是变化的。根据蓄电池不同充放电电流下的实测数据，将相同荷电状态下对应的蓄电池充放电电压的压降△U，除以两倍的蓄电池电流i得到蓄电池的等效内阻R。
其中Vcharge为充电电压值，Vdischarge为放电电压值。
最终形成不同充放电电流下，蓄电池电流i和内阻R的曲线，蓄电池电流i和内阻R曲线的横坐标和纵坐标分别为蓄电池电流i和蓄电池等效内阻R，并形成蓄电池电流i和等效内阻R的二维数据表。控制时，根据蓄电池的实时电流i，通过查表得到蓄电池的等效内阻R。
蓄电池模拟控制框图如图3所示。
对蓄电池模拟控制时，控制电路以蓄电池的模拟输出电压Uout为直流电压给定值Vref，实时端口电压Udc为反馈值，对被模拟的蓄电池进行电压闭环反馈控制。以电压环的输出作为电流内环的给定，以电流内环反馈控制的输出作为调制信号产生调制波，最终使得控制电路输出直流母线电压Vdc等于被模拟蓄电池实时端口电压Udc。所述的蓄电池模拟输出电压Uout由蓄电池内电势E与内阻压降VR相加得到，蓄电池内阻压降VR由蓄电池电流i与蓄电池等效内阻R相乘得到。对蓄电池模拟控制时，需要给定蓄电池的荷电状态SOC一个初始值SOC0，同时根据模拟周期进行数值更新。

Claims (3)

1.一种蓄电池特性模拟控制方法，将蓄电池模型等效为电压源串联内阻形式，蓄电池模拟输出电压Uout为蓄电池内电势E与内阻压降VR之和，其特征是：根据蓄电池实测充放电数据，得到充放电荷电状态和蓄电池端电压的曲线，在此基础上拟合出蓄电池内电势E曲线，蓄电池内电势E曲线的横坐标和纵坐标分别为蓄电池荷电状态SOC和内电势E；利用相同荷电状态下对应的充放电电压的压降，除以两倍的蓄电池电流得到蓄电池的等效内阻；对蓄电池控制时，控制电路以蓄电池的模拟输出电压Uout为直流电压给定值Vref，以蓄电池实时端口电压Udc为反馈值，对被模拟的蓄电池进行电压闭环反馈控制，最终使得控制电路输出的直流母线电压Vdc等于被模拟的蓄电池实时端口电压Udc。
2.如权利要求1所述的蓄电池特性模拟控制方法，其特征是：所述的方法步骤如下：
(1)首先根据蓄电池实测充放电数据，得到充放电荷电状态SOC和蓄电池端电压V的曲线，在此基础上拟合出蓄电池内电势E曲线；蓄电池内电势E曲线的横坐标为蓄电池荷电状态SOC、纵坐标为内电势E，形成蓄电池荷电状态SOC和内电势E的二维数据表；
(2)对蓄电池特性模拟控制时，首先通过蓄电池实时电流i随时间t的积分确定蓄电池容量Q，进而计算出蓄电池的实时荷电状态SOC，再通过查表得到蓄电池的内电势E；
(3)根据蓄电池不同充放电电流下的实测数据，利用相同荷电状态下对应的蓄电池充放电电压的压降△U，除以两倍的蓄电池电流i得到蓄电池的等效内阻R，最终形成不同充放电电流下，蓄电池电流i和等效内阻R的曲线，蓄电池等效内阻R曲线的横坐标为蓄电池电流i，纵坐标为蓄电池等效内阻R，并形成蓄电池电流i和等效内阻R的二维数据表；根据蓄电池的实时电流i，通过查表得到蓄电池的等效内阻R；
(4)对蓄电池特性模拟控制时，以蓄电池的模拟输出电压Uout为直流电压给定值Vref，实时端口电压Udc为反馈值，对蓄电池进行电压闭环反馈控制；所述的蓄电池模拟输出电压Uout由蓄电池内电势E与蓄电池内阻压降VR相加得到；蓄电池内阻压降VR由蓄电池电流i与蓄电池等效内阻R相乘得到。
3.如权利要求1所述的蓄电池特性模拟控制方法，其特征是：蓄电池特性模拟控制时，需要给定蓄电池的荷电状态的初始值。
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