铅酸蓄电池动态模型参数辨识及仿真验证

310.16638/ki.1671-7988.2018.03.002蓄电池等效电路充放电模型参数辨识实验方法研究彭善涛1，盛小明2（1.苏州大学机电工程学院，江苏 苏州 215021；2. 苏州建设交通高等职业技术学校，江苏 苏州 215104） 摘 要：文章通过基于具有持续相关性的辨识M 序列基础上对充放电模型参数辨识实验研究，对选用的Thevenin 模型采取改进并进行建模仿真，使其能够更加准确的描述出蓄电池系统的工作特性，适合用于电动汽车动力蓄电池等效电路模型的相关仿真研究。

关键词：动力蓄电池；等效电路模型；M 序列中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)03-03-05Experimental method study on parameter identification of charge discharge modelof battery equivalent circuitPeng Shantao 1, Sheng Xiaoming 2（1. Institute of mechanical and electrical engineering of Soochow University, Jiangsu Suzhou 215021; 2. Suzhou construction and transportation higher vocational and technical school, Jiangsu Suzhou 215104）Abstract: Based on the identification of M sequence based on the correlation with continuous study of parameters identifica -tion experiment of charge discharge model, take the improvement and Simulation of the Thevenin model, which can describe the characteristics of the battery system is more accurate and suitable for the simulation research electric vehicle battery equivalent circuit model.Keywords: Traction battery; Equivalent circuit model; M sequence CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)03-03-05前言蓄电池的电压、电流和温度等状态可以通过传感器直接检测得到，但动力蓄电池的荷电状态（State of Charge, SOC ）等无法由传感器直接测量，必须通过某种算法间接估计得到，而这些算法都离不开蓄电池的模型及其模型参数。

基于三阶动态模型的铅酸蓄电池建模与仿真摘要基于铅酸蓄电池内部化学反应的非线性、复杂性和对环境的敏感性等特点, 通过对铅酸蓄电池各类等效模型的研究和分析，本文采用三阶动态等效模型对铅酸蓄电池建模,并用MATLAB/Simulink 软件进行仿真验证。

关键词：铅酸蓄电池三阶动态模型仿真1 研究背景和意义目前应用的电池类别较多，如镍氢电池、铅酸电池和燃料电池等。

此中，通用汽车铅酸电池，便宜、能量是温和、高速率放电机能好、高温和低温机能好、效率高的优势，因此广泛普遍用在军事等行业。

由于铅酸电池具备广泛的应用远景，有必要深入研究铅酸电池的工作机理，但电池内在的电化学过程对环境敏感和复杂的非线性过程，这个过程要用数模来描述。

电池模型更好地反映电池充电和放电的，模型不要太复杂，方便工程使用。

2 铅酸蓄电池基本特性2.1 铅酸蓄电池的原理铅酸蓄电池的电极是由铅及其氧化物构成，其电解液是硫酸溶液,是由正负极板、隔板、电池槽、电解液以及接线端子等部分构成。

铅酸蓄电池的工作原理比较简单，包括正负极和电解质，正极活性物用二氧化铅()，负极活性物用铅()，电解液是用硫酸（)。

如图1-1所示为蓄电池工作原理。

在铅酸蓄电池的放电反应中，因为蓄电池电势差，负极板的电子会经过负载进到正极板由此就成了电流，同样电池的内部也在进行化学反应。

在电场的作用下，电解液的硫酸根离子()移到电池的正极，氢离子()移到电池的负极，从而在蓄电池内部就成了电流，导电通路就此构成，蓄电池便接连向外部放电。

相对地，充电过程是放电过程的反向过程，充电过程可以还原放电过程中消耗的正负极活性物质。

图1-1 铅酸蓄电池的工作原理2.2 铅酸蓄电池的基本特性2.2.1 蓄电池内阻特性当电流流过电池的内部,因为有内部阻力，所以电池的工作电压就会大于或者小于开路电压。

电池内阻的不固定性，往往影响因素如温度、电解液的浓度。

从文献知，铅酸电池内部阻力可以分成三个部分：欧姆极化内阻、电化学极化电阻和浓差极化电阻。

基于主成分回归分析法的铅酸蓄电池建模与仿真摘 要：铅酸蓄电池是坦克，装甲车普遍采用的启动和辅助电源，而蓄电池内部的电化学反应是一个队环境敏感的复杂的过程，本文通过主成分回归分析，建立了回归模型，并与目前应用比较广泛的三阶模型进行了相对误差的比较分析，为解决铅酸蓄电池的建模与仿真提供了新思路。

关键词：主成分回归；相对误差中图分类号：TH137；O241.5 文献标志码：A铅酸蓄电池是提供直流电源的一种常用装置，是坦克，装甲车普遍采用的启动和辅助电源，并广泛应用在混合动力汽车和纯电动汽车中，电池品质优劣直接影响到整车运行性能和可靠性。

铅酸蓄电池的参数包括环境温度、充电电流、平均电压和单格电压和电解液温度,同时随着使用时间增长，电池内阻变化、电池老化和充放电效率都会影响电池性能[1]。

然而车用蓄电池内部结构复杂,为了使电池发挥其最大功效,建立起一个准确有效的铅酸蓄电池的数学模型显得尤为重要。

目前电化专家建立的数学模型更多的是为设计电池本身服务且非常复杂。

对电池的应用，既要求模型可以较好地反映蓄电池的充放电过程，又要求模型不能过于复杂，便于工程应用。

三阶模型是目前应用比较广泛的铅酸蓄电池模型之一，但模型本身比较粗略，确定模型参数和经验公式并不十分准确，因此拟合精度难以保证。

为了消除解决这个问题，人们提出了一些改进的方法，其中的一种主成分分析回归方法比较有效，该方法采用了在自变量集合中提取成分的思想[2] 。

本文结合工程实际，利用主成分回归对铅酸蓄电池数据进行了相关分析和建模，取得了良好的效果。

1 主成分回归建模基本思想及流程1.1建模原理主成分回归建模的基本思想[3]是,首先对所有自变量进行主成分分析,即将原来众多具有一定相关性的指标,比如P 个指标,重新组合成一组新的线性无关的综合指标,代替原来的指标,提取主成分,再对所得的主成分进行回归。

设回归模型εββ++=X Y 01中若有某个变量，比如1X ,它的变差很小，则()0211≈-∑=n i i i X X。

蓄电池仿真研究一背景铅酸蓄电池是电力系统中一种常用的器件,在以前的仿真中,我们是把它一个电压源替代,但是实际上,电压源是无法准确描述蓄电池的各种工作特性的,尤其对于类似于UPS系统开发中，准确描述蓄电池特性是很重要的，例如放电工作时的端电压变化趋势对于检测电路正常工作，充电时的注入电流变化过程决定充电器的负载特性，等等。

本文的主要目的是介绍运用仿真工具分析蓄电池特性，以及蓄电池仿真模型中各种参数的理解和设置方法。

二蓄电池的基本特性铅酸蓄电池作为一个电化学设备，完整描述其性能是极其复杂的，描述其内部过程是化学领域的任务，我们这里关心的是它在电路中表现出来的外部性能，主要有以下一些。

2.1放电性能当蓄电池给电路供电的时候，处于放电状态，它具有以下一些基本特性。

2.1.1容量限制蓄电池是通过活物质反应产生电荷，当它放电时，这些活物质被消耗，在消耗到一定度以前，蓄电池端电压会维持在某个电平附近（有轻微下降），当超过这个限度，电压会急剧下降。

一般我们用电池以某个恒定电流放电的电压-时间曲线来表示，如图2－1。

通常，我们用一个电压和时间的曲线表示这种放电特性，电压急剧下降的转折点称为“拐点（knee point）”，表示这个时候活物质已经接近消耗殆尽，此时的对应电压称为放电终止电压，在应用中应该设置保护电路防止电池过放电，对应的时间则称为在该放电电流下的放电时间。

2.1.2 放电电流的影响通常电池的容量用安时（A.h）来表示，字面含义可以理解为指放电时间和放电电流的乘积，但是实际上，电池的容量是会随着放电电流而变化的，而且，电池的端电压的也是随着放电电流大小而变化的。

不同放电电流时的端电压--时间关系可以用图2－2表示。

从这个图中得出电池的放电时间和放电电流的关系如图2－3仿真结果可以看出，电池的放电时间和放电电流并非一个线性关系，容量是随着放电电流的加大而减小的。

2.1.3、恢复特性通常，蓄电池放电时会有一个放电终止保护电压，电池端子电压低于这个值，就应该终止放电，蓄电池在放电终止以后，电压会自动回升到某个值，即所谓的“恢复”特性，恢复后的电压和放电程度有关，如图2－4，是通过设定不同放电终止电压，可以看到不同放电深度的恢复特性。

铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真
铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真报告
本报告通过模型仿真的方法，对铅酸蓄电池的动态等效电路进行分析。

在此报告中，我们首先概述了铅酸蓄电池及其动态等效电路的设计原理，然后介绍了模型的建立及仿真的步骤。

随后，我们根据仿真结果进行了相应分析，并给出了仿真实验的结论。

铅酸蓄电池是一种新型能源储存设备，具有充电快、容量大、使用寿命长等特点，已经被越来越多的人开始使用。

它的动态等效电路包括一个元件：电池，可以用于模拟铅酸蓄电池的供电特性。

为了实现模型仿真，首先建立了铅酸蓄电池动态等效电路仿真模型。

该模型包括一个输入源电压和一个电池元件。

将模型中的参量设置为实际测试环境，然后使用MATLAB/SIMULINK 进行仿真。

经过模拟，我们得到了负向和正向电池放电特性曲线，表明了铅酸蓄电池的动态特性。

通过对仿真结果的分析，可以发现，在正常工作范围内，铅酸蓄电池能够支持一定的功率密度。

随着电压的增加，其功率密度也会随之而降低。

而当电压超出其正常范围时，铅酸蓄电池效率会降低，这时候就需要对其进行恰当的保护。

通过本次模型仿真，我们可以认为：由于动态等效电路模拟了
铅酸蓄电池的工作特性，因此可以更好地了解电池的使用情况，并为之提供更加完善的设计。

综上所述，通过本次模型仿真，我们可以充分地分析和评估铅酸蓄电池的动态特性，以提高其使用效率。

铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真的报告，800字这篇报告将关注铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真。

我们将使用双型滤波技术进行仿真，并进行模型的参数估计。

我们将考虑建立和验证铅酸蓄电池模型的问题。

最后，我们将介绍参数估计的结果以及模型的验证。

一、概述铅酸蓄电池是一种常见的可充电电池，用于储存能量和提供电力。

为了研究其动态特性，在本文中，我们探究了铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真。

在讨论了相关理论基础之后，我们将使用双型滤波技术对铅酸蓄电池模型进行仿真。

二、理论基础为了完成铅酸蓄电池模型的仿真，我们首先需要重点考虑铅酸蓄电池动态模型的理论基础。

根据电池的结构，该模型由“充电/放电”和“漏电”两部分组成，如图1所示。

图1 铅酸蓄电池动态模型充电/放电部分由一个RC滤波网络和一个负反馈小信号放大器组成。

该RC网络只允许有限的电流流过，从而决定负载电压的有效输出，而放大器通过改变小信号幅值来控制电池的充放电电流。

漏电部分则由一个小信号参考电压控制的小信号反馈放大器组成。

反馈放大器的作用是将小信号从充/放电部分输出的电压作为输入，并控制电池的漏电截止时的电压。

三、仿真模型在研究理论基础之后，我们介绍了仿真模型。

我们使用双型滤波技术来仿真铅酸蓄电池模型。

在该技术中，我们利用可变低通和高通滤波器对模型参数进行估计，以建立模型并进行验证。

首先，我们需要根据输入向量d(t)，即负反馈小信号，估计电池模型的参数。

此外，我们需要学习其他参数，例如放大器的增益和小信号参考电压的值。

然后，我们利用这些参数建立模型，并根据该模型对电池的性能进行仿真，以确定动态行为。

四、参数估计结果根据上述步骤，我们成功估计了铅酸蓄电池模型的参数。

表1显示了参数估计结果。

表1 参数估计结果五、模型验证最后，我们根据上述步骤验证了所建立的铅酸蓄电池模型。

为了使用仿真结果对模型进行验证，我们使用实际测量值和仿真结果进行比较。

表2显示了实际和仿真结果的比较，其中误差小于±5%，证明模型的准确性。

固定型铅酸蓄电池的电池容量验证和准确性分析铅酸蓄电池作为一种常见的储能设备，被广泛应用于各个领域，包括汽车、通信、太阳能储能等。

在这些领域中，电池容量的准确性对于设备的工作性能和安全性至关重要。

因此，对固定型铅酸蓄电池的电池容量进行验证和准确性分析显得十分重要。

首先，为了验证固定型铅酸蓄电池的电池容量，我们可以采用放电测试的方法。

具体步骤如下：第一步，选择一块电池，测量其初始电荷状态以确定初始电荷量。

第二步，将电池连接到负载，以一定的电流值进行放电。

第三步，记录电池放电时间和放电电流，直到电池电压降至规定的终止电压。

第四步，根据放电曲线计算电池放电容量，即电流与时间的积分。

第五步，重复以上步骤多次，确保测试结果的重复性和可靠性。

通过上述步骤，可以验证固定型铅酸蓄电池的电池容量，并得到相应的容量数值。

然而，光靠容量数值本身无法准确评估电池的性能，因此还需要进行准确性分析。

准确性分析主要包括两个方面：全电池容量的准确性和循环寿命的评估。

首先，全电池容量的准确性评估是评价电池性能的关键指标。

全电池容量指的是电池完全充电和放电后所存储的能量。

一种常用的评估方法是通过构建电压-容量曲线，确定充电和放电等各个步骤的电压和容量之间的关系。

通过对比实际测量值和理论值，可以评估电池容量值的准确性。

其次，循环寿命评估是评估固定型铅酸蓄电池长期使用能力的重要指标。

循环寿命指的是电池在一定充放电循环次数后能够维持一定容量的能力。

具体评估方法可以通过循环充放电测试来实施。

在测试过程中，将电池进行多次循环充放电，并记录每次循环后的容量损失情况。

通过观察电池容量变化趋势，可以评估电池的循环寿命。

此外，为了提高电池容量的准确性和循环寿命的稳定性，还可以采取一些措施。

首先，合理控制电池的充电和放电速率，避免超负荷使用；其次，保持电池的良好充电状态，防止过度放电；最后，定期维护和检查电池，确保其正常工作，及时发现和处理潜在问题。

总而言之，固定型铅酸蓄电池的电池容量验证和准确性分析是确保电池性能和安全的重要环节。

机车蓄电池辨识建模与能量管理机车蓄电池辨识建模与能量管理引言：随着环保意识的提高和电动交通工具的普及，机车蓄电池成为了车辆动力系统中不可或缺的重要组成部分。

然而，蓄电池的性能与寿命管理一直是一个关键的问题。

为了增强机车蓄电池的可靠性和使用寿命，需要开展对蓄电池进行辨识建模和能量管理的研究。

一、机车蓄电池的辨识建模机车蓄电池的辨识建模旨在通过实验和模型推导等方法，获取蓄电池的精确模型，以便更好地进行能量管理和性能预测。

蓄电池的辨识建模过程主要包括以下几个步骤：1. 数据采集：通过实验或者在实际机车运行中采集蓄电池的电压、电流、温度等数据。

2. 数据处理：对采集到的数据进行滤波、去噪和特征提取等处理，得到准确可靠的数据集。

3. 系统辨识：利用系统辨识方法，如最小二乘法、脉冲响应法等，拟合出蓄电池的数学模型。

4. 模型验证：将辨识得到的模型与实际运行数据进行对比，验证模型的准确性和适用性。

通过机车蓄电池的辨识建模，可以获得与蓄电池相关的重要参数，如内部电阻、容量等，并为后续的能量管理提供基础。

二、机车蓄电池的能量管理机车蓄电池的能量管理是指对蓄电池的能量进行有效分配和控制，以实现最优的能量利用和保证车辆的性能和安全。

1. 能量分配策略：对机车蓄电池进行能量分配策略的制定，根据实际需求和驾驶条件，合理规划蓄电池的充放电过程，减少能量浪费。

2. 充电控制：机车蓄电池的充电控制是能量管理的核心环节。

根据辨识建模得到的蓄电池模型，设计合适的充电控制算法，监测蓄电池的充电状态，确保充电过程的稳定和充电容量的准确计算。

3. 放电控制：机车蓄电池的放电控制同样重要，需要根据车辆的使用情况和动力需求，制定合理的放电策略，避免蓄电池过度放电或电池寿命缩减问题。

通过对机车蓄电池能量的有效管理，可以延长蓄电池的寿命，提高车辆的性能和可靠性，同时也能减少对环境的污染。

结论：机车蓄电池的辨识建模和能量管理对于提高机车蓄电池的性能和寿命具有重要意义。

基于Simulink-s函数的铅酸蓄电池动态模型仿真邹益民【摘要】介绍了一种基于铅酸蓄电池的三阶动态模型,并对其采用Simulink的S 函数进行了仿真研究.考虑到铅酸蓄电池充放电特有的非线性及温度特性,建立了蓄电池的荷电状态、放电深度与充放电电流电压之间的动态关系.Simulink中可用S-Function方便灵活地构建各种自定义仿真模型,使用Simulink中的S-Function builder模块快速构建了蓄电池动态模型.仿真结果表明,铅酸蓄电池的三阶动态模型完全能够满足应用需求.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2015(037)002【总页数】3页(P33-34,50)【关键词】Simulink;s-函数;铅酸蓄电池;动态模型;仿真【作者】邹益民【作者单位】南京铁道职业技术学院通信信号学院,江苏南京210031【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言独立运行的光伏系统中，常使用蓄电池作为贮能环节，由于铅酸蓄电池具有较高的性价比，故得到了广泛应用。

蓄电池的充放电控制技术直接关系到光伏系统的性能及使用寿命，故对蓄电池充放电过程理论模型的研究具有十分重要的意义。

MATLAB/Simulink在系统的建模，仿真和分析中得到广泛应用［1-2］。

尽管Simulink已为用户提供了丰富的内置模块库，但在实际仿真应用中，仍常会遇到一些特殊的功能模块在其内置模块库中无法直接获取。

Simulink中的S函数(S-Function)即提供了此种机制，它允许用户使用MATLAB、C等语言，方便地创建任意可由算法描述的用户自定义模块［3］。

本研究来源于江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目《基于光伏技术的LED铁路信号灯研制》，本论文重点探讨利用Simulink的S函数，快速构建蓄电池动态仿真模型，并据此研究蓄电池的充放电特点。

1 铅酸蓄电池建模铅酸蓄电池内部的电化学反应是一个非常复杂的非线性过程，对其建模比较困难。