船舶动力能源锂电池电量优化估计

发布时间：2019-07-19 15:03

【摘要】：船用锂电池是新能源船舶的重要设备,锂电池SOC是船舶可靠安全运行方面的重要依据。由于锂电池具有非线性特点以及复杂的外部工况,如何快速精确的预测锂电池SOC电量是需要研究的重要问题。提出利用锂电池电化学模型,分析锂电池内部反应过程和锂离子扩散形态,在浓溶液理论和平均理论的条件下,使用有限差分法对扩散过程进行离散,从而简化动力学模型。利用上述模型搭建了实验平台,并用卡尔曼滤波方法对电池的SOC进行实时估计,选择混合动力船舶实验室各类船舶工况数据对预测方法进行仿真验证。仿真结果表明,利用降阶电化学模型结合卡尔曼滤波方法能提高船用锂电池SOC预测精度。
【图文】：

来说，电化学模型在准确估计电池荷电状态及电池寿命、健康状态等方面的效率有了明显的提高。针对锂电池SOC预测精度的问题，本文建立了降阶电化学模型，根据浓溶液理论和平均电极理论得到简化模型。在此基础上，利用卡尔曼滤波算法对锂电池内部锂离子扩散状态进行估计，并计算出锂电池SOC。通过实验和仿真验证了该方法的有效性。2锂电池电化学模型锂电池一般由三部分构成:两个电极和一个隔膜。对于多孔电极的锂电池，每个电极由镶嵌在电解质溶液中的固体基质构成，隔膜由有机溶剂组成用来隔离电子的通过，基本结构如图1所示。图1锂电池结构示意图放电过程中，负极活性粒子中的锂离子扩散到粒子表面发生反应进入电解质溶液中，然后锂离子穿过隔膜扩散到正极活性粒子表面发生化学反应进入粒子中，反应过程中产生的电子进入集流体然后穿过外电路形成电流。基于电极多孔理论，电极被表现成沿电极方向的球形活性粒子，其化学反应发生在球形粒子表面。一组偏微分方程描述了电池系统动态过程的四个变量，分别是固相浓度ce，液相浓度cs，，固相电位φs，液相电位φe。固相液相电位描述如下

本文编号：2516375