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电动汽车铅酸电池充放电过程建模
彭金春;陈全世
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】1997(000)006
【摘要】在对铅酸电池充放电特性进行分析的基础上，给出了铅酸电池充放电模型。
为了验证模型的可行性，对铅酸电池进行了充放电实验，并对实验和仿真结果作了比较。
结果表明，此模型较好地反映了铅酸电池充放电动态过程。
【总页数】4页(P5-8)
【作者】彭金春;陈全世
【作者单位】清华大学;清华大学
【正文语种】中文
【中图分类】U469.72
【相关文献】
1.浅析铅酸蓄电池的充放电过程 [J], 杨永清;牛智强
2.潜艇用大容量蓄电池充放电过程建模与仿真 [J], 杨昆;欧阳光耀;赵建华
3.变电站蓄电池充放电过程分析与建模 [J], 周华东;张东泽;龚辉;卫健;吕林
4.铅酸蓄电池充放电的要求及其维护措施分析 [J], 魏绍明;孙林辉;夏仲华;陈衡;纪晖
5.基于复合模型的铅酸蓄电池自动充放电SOC预估模型 [J], 雒宁;李一非;李哲;魏军茹
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基于RTDS风光储微网协调控制仿真研究杨阳;蔡旭【摘要】风能和太阳能作为清洁的可再生能源,具有很大的发展潜力.电池储能系统技术的更新,使得引入规模化、集成化的电池储能系统,构建风光储联合发电系统的开发利用越来越受到人们重视.文章介绍了风光储微网系统中各分布式发电系统(DG)的结构、系统特点及基本原理,利用实时数字仿真仪(RTDS)搭建了风光储微网的仿真模型,并验证了该微网系统的稳态并网试验,并设计了基于低通滤波器算法的风光储协调控制策略,从而提高风光储联合发电系统功率输出的平滑性和可调度性.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)002【总页数】5页(P158-162)【关键词】RTDS;双馈风机;光伏系统;储能系统;低通滤波器;SOC【作者】杨阳;蔡旭【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院,风力发电研究中心,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院,风力发电研究中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,海洋工程国家重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM615人类工业技术和社会需求的高速发展使得对于能源的大量需求越来越迫切，风能和太阳能作为清洁高效并具有远大前景的可再生能源，人们越来越重视对其开发利用。
高效、快速的发展可再生清洁能源是人类文明社会可持续发展战略的关键，这既能优化全球的能源结构，改变化石能源作为能源支柱的现状，同时又可以保护生态环境，减少环境污染。
风能和光能在时间和地区上都具有间歇性和随机性，因此风光独立运行发电技术对于提供连续稳定的电能输出具有一定的局限性和挑战性。
为了保证并网电能质量则需要电网增加大量的有功补偿来保障可能存在的故障和负荷波动，因此限制了大规模风、光并网联合发电系统。
然而风能和光能在时间上和季节上具有很强的互补性：白天光照较大但是风能较小；晚上光照基本为零，但是风能较强；夏季太阳光照强度大而风速较小，冬季光照较弱而风速大。
阐述压电陶瓷对蓄电池充电的方法压电陶瓷是一种具有压电效应的功能陶瓷，压电效应是指由应力诱导出电场或磁场，或者由电场或磁场诱导出应力或应变的一种现象，前者为正压电效应，后者为负压电效应。
本文研究压电陶瓷的正压电效应，并提出了将阻尼振动机械能存储到蓄电池中的技术。
本文分析了两种悬臂梁附着压电陶瓷的阻尼振动特性和电压输出特性，结合国内外的一些蓄电池模型提出了铅酸蓄电池的充电电路模型，并分析了压电陶瓷对蓄电池充电的方法。
1 压电陶瓷发电分析及其等效电路模型1.1 压电陶瓷PZT介绍压电陶瓷PZT（钛酸铅）是呈正方体或菱面体形式的铁电体聚合晶粒状，接近立方体结构。
在居里温度（470℃～490℃）以上时，晶粒呈正方对称的结构，但是当温度下降到居里温度以下时，氧离子O2-和钛离子Ti4+一起相对于铅离子Pb2+发生了偏移，表现出了正负极性，由于材料的这种微观不对称性，使之具有了压电性。
1.2 悬臂梁附着压电陶瓷的发电分析图1 悬臂梁结构与压电陶瓷极化方向假设将压电陶瓷功能材料附着在悬臂梁上，如图1所示，用ANSYS软件建模技术分别分析压电陶瓷的极化方向与悬臂梁相垂直（A）和相平行（B）两种情况。
模型（A）用以模拟压电陶瓷片结构，模型（B）用以模拟PFC（压电陶瓷纤维复合材料）结构，PFC为将压电陶瓷纤维镶嵌到聚乙烯等材料中得到UD型等形式的复合材料。
假设悬臂梁的自由端N3与振动源相连，振源的表达式U=UMsin（2πft），UM=0.05mm，f=20Hz。
将该振源施加在模型的N3点，设N4和N5点为零电压，其他节点连接方式如图1所示，使用ANSYS的瞬态响应分析法，采样时间为0.001秒，不断采集模型的两电极的电势差，得到输出电压特性。
得到压电陶瓷纤维复合材料（B）的输出电压可达到1300V，这种材料常用来做高压脉冲设备，不易于对蓄电池充电，所以本文选择纯压电陶瓷片作为研究对象。
模型（A）纯压电陶瓷片的电压输出特性，电压幅值为8.02V，而且稳定和易于控制。
科技风2021年6月机械化工DO/10.19392/kd1671-7341.202117075纯电动汽车动力系统参数匹配及仿真研究韩宁梁作华刘婷聊城职业技术学院山东聊城252000摘要：纯电动汽车动力系统参数匹配及仿真研究是其设计开发中的一个重要环节，主要工作是根据预设的电动汽车性能指标，对动力系统的主要部件进行选型，以及动力参数的匹配和仿真，本文利用电动汽车仿真软件ADVISOR进行仿真，根据仿真结果，对纯电动汽车进行动力性和经济性分析，仿真数据显示所匹配的动力系统参数基本满足设计要求。
关键词：纯电动汽车；动力系统；ADVISOR；仿真尽管汽车为人类现代生活提供了巨大的方便，但随着汽车数量的逐年增加,也造成了巨大的能源和环境问题。
纯电动汽车是以可充电电池作为动力源，由电机驱动，因此其具有环保无污染、噪声低、能源利用率高等显著特点，在能源环境问题日益严峻的今天逐渐受到了汽车行业的重视。
纯电动汽车动力系统参数匹配主要是指在满足整车动力性和经济性的基本要求下，合理匹配动力系统中各部件的类型和参数。
纯电动汽车动力系统相关参数的设计与匹配对整车性能有着非常显著的影响,合理的参数匹配可以有效地改善纯电动汽车在各种工况下行驶时的性能。
1纯电动汽车动力系统参数的匹配设计1.1纯电动汽车的性能指标根据国家标准GB28382-2012、GB18385-2001以及GB18386-2001中对纯电动汽车的动力性能、经济性能的相关技术要求，本论文提出了某纯电动汽车的基本性能指标，如下表所示。
性能指标参考值最高车速>120km/h加速时间0〜50km/m加速时间＜8s 0〜100km/m加速时间＜15s最大爬坡度25%（车速为20km/h）续驶里程#120km（60km/h匀速行驶）1.2电机类型选择及参数匹配设计对纯电动汽车电机进行匹配主要是对电机类型进行选择,对电机功率的计算以及转矩转速的确定。
1.2.1电机的类型选择驱动电机的选择对纯电动汽车的性能有很大影响，不仅需要满足汽车运行时的基本性能，还应当满足汽车行驶时的舒适性、环境适应性等要求。
探究超级电容器蓄电池的混合电源性能【摘要】超级电容器与蓄电池的混合使用，不仅可以充分发挥蓄电池能量大和超级电容器循环寿命长、充发放电快速的优点，而且可以显著降低电源内部的消耗，提高了电池的使用寿命，大大提升了混合电源的性能。
本文通过建立超级电容器蓄电池混合电源的数学模型，定量地分析了影响混合电源性能的因素以及对性能方面的改善措施。
分析结果表明，脉动负载的周期、蓄电池的内阻、超级电容器的内阻、脉动负载的所占比以及超级电容器的容量和超级电容器的并联支路数都是影响超级电容器蓄电池混合电源的内部消耗和使用寿命的原因。
【关键词】超级电容器；蓄电池；混合电源1引言随着科技的高速发展，各种数字移动设备、便携式电子仪器越来越多，随之而来的是对电源的性能提出了越来越高的要求，蓄电池由于具有技术成熟、性能可靠的特点被社会广泛应用，普遍看来这些电子设备的负载都具有脉动性的特点，峰值功率很高但平均功率较低。
但由于蓄电池功率密度小、无法快速充放电且循环寿命短，因此蓄电池必须要有很大的容量才能够满足峰值功率的需求，这样就造成了蓄电池容量的浪费和造成电池体积过于庞大带来的诸多不便。
超级电容器是储能器件在功率与能量上的结合，具有功率高、循环寿命长、比能量高、充放电效率高等优点。
如果将超级电容器与蓄电池混合使用，无疑会使电能储能装置的性能得到大大提高。
一些参考文献中指出，将超级电容器与蓄电池并联使用，可以使混合电源的负载适应能力尤其对大功率脉动的负载有较大的提高，一方面可以有效降低蓄电池的内部消耗、增加使用寿命，另一方面还可以减小电源的体积，改善了其经济性和可靠性。
本文通过建立超级电容器蓄电池混合电源的数学模型，分析了超级电容器对蓄电池峰值功率改善的作用及影响因素，并通过构建实验进行验证。
2 模型分析超级电容器蓄电池混合电源是将超级电容器和蓄电池并联起来作为脉动负载的电源。
研究者为了使分析过程简化，可以将蓄电池的模型简化为理想电压源与等效串联内阻的串联结构。
基于PVSYST的光伏系统设计仿真研究_⽅庆⼭⽬前，开发利⽤以太阳能为主体的新能源已成为社会的共识，太阳能光伏发电技术的应⽤是其中重要的⼀部分。
光伏发电系统主要包括独⽴光伏发电系统、并⽹光伏发电系统和互补光伏发电系统三种形式。
⽆论哪⼀种光伏发电系统，在进⾏系统设计时重点都是光伏系统的容量设计，包括确定光伏⽅阵的倾斜⾓和太阳能电池⽅阵的容量。
在进⾏容量设计时，需要考虑安装场所的辐射参数、负载电⼒消耗、阴影影响、组件安装布局等因素。
借助PVSYST 软件进⾏光伏发电系统的设计，可以缩短设计周期，基于PVSYST 的光伏系统设计仿真研究⽅庆⼭，谢义（安徽电⼦信息职业技术学院，安徽蚌埠233060）[⽂章编号]1671－802X(2014)05－0008－04［摘要］介绍了PVSYST 软件的基本功能，以⼀种家⽤独⽴光伏发电系统为例，研究了利⽤PVSYST 软件进⾏光伏系统设计的步骤和⽅法，并对仿真设计结果进⾏了总结分析。
提出了⼀种基于PVSYST 软件设计光伏发电系统的⽅法，对缩短系统设计周期，降低设计成本，有较⾼的应⽤价值。
［关键词］光伏系统；PVSYST ；仿真研究［中图分类号］TK514［⽂献标识码］AA Simulation Study of Photovoltaic System Design Based on PVSYSTFANG Qing-Shan,XIE Yi（Anhui Vocational College of Electronics &Information Technology,Bengbu 233060,Anhui ）Abstract ：Based on the design procedures of photovoltaic power generating system,a simulation study of the PVSYST software is conducted.The basic functions of the PVSYST software are introduced.Taking a domestic independent photovoltaic power generation system as an example,the procedures and methods to design a photovoltaic system based on the PVSYST software are studied,and the final simulation design results are analyzed.Through the simulation study,a method to design the photovoltaic power generating system is proposed.The method helps cut the time needed for designing the system,reduce the design costs and offer good application values.Key words ：photovoltaic system;PVSYST;simulation study＊［收稿⽇期］2014－07－16［作者简介］⽅庆⼭（1976-），男，安徽巢湖⼈，副教授，研究⽅向：光伏系统设计。
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。图中可以看出，放电深度越大，恢复电压越低。
2.1.4、温度依赖特性 电池放电时的容量和端子电压不但和放电电流有关，而且和电池温度有关，如图2－5，由图中可以看出蓄电池容量与端子电压都是随着温度降低而减小的。
2.2 保存特性 电池和一般电源不同，即使放置不用，也会由于自放电特性损失一部分容量，而容量损失速度与环境温度有关。基本上，我们可以理解为内部一个很小但恒定的放电电流起作用。如图2－6
2.3充电特性 电池充电的特性很大程度上影响充电电路的工作状态，将是我们分析的重点之一，这里首先介绍充电的一些基本特性 2.3.1 放电过程对于充电过程的影响 即使在同样的充电电压条件下，电池的充电过程也受到放电历史的影响，主要是电量问题，而表现则为电压和容量上升过程的差异，如图2－7 2.3.2 浮充电流 当电池完成充电过程以后，处于满充状态，仍然需要一定的注入电流。以补偿内部自放电电流。而且这种自放电电流和开路保存时不同，是受到充电电压影响的。详细分析在以后章节。 2.3.3气泡效应 当充电电压超过某个门限以后，电池内部会产生气泡效应，电路上面的表现就是满充以后的注入电流在浮充电流基础上进一步加大，这是电池处于过充电状态的标志，实际中此时应该采取保护措施，否则电池寿命会缩短。气泡效应的详细分析也将在以后章节说明。
三 电池仿真模型
saber中提供了蓄电池的仿真模型，该模型有一系列参数，但是由于蓄电池很复杂，确定这些参数需要通过一系列的仿真过程，才能建立一个逼近真实的模型。仿真的基本原则，就是利用厂家提供的datasheet和仿真结果，设定和调整这些参数，使得蓄电池的上述各种特性和实际符合。本章的主要目的，就是介绍这些参数的含义以及它们对于蓄电池特性的影响。
3.1仿真电路 下图为一个标准的蓄电池测试电路，目的在于测试第二章中各种基本特性，并在此基础上调整电池模型参数。 图中的放电开关开通，测试电压恒流放电各种特性，通过参数扫描方法，改变放电电流，温度，可以测试电池的容量变化特征。而设定放电保护电压，则可以控制放电深度并测试恢复特性。 充电开关开通，可以通过改变充电电压测试电池的浮充电流和气泡效应。 充电开关和放电开关同时关断，可以测试电池的保存特性。
3.2 模型参数 SABER提供的蓄电池的参数有很多个，大概可以分为以下几组， 3.2.1基本参数 tnom 标称温度，因为蓄电池多数参数都是温度相关的，所以在定义的时候必须首先定义标称温度，缺省为25度，后面的参数定义如果未加说明，均表示是在25度的值。 ah_nom 电池额定容量，以安时表示， Inmo 放电电流。 Tend 放电时间。 以上三个参数定义电池的额定容量，因为电池的额定容量是和放电电流相关的，一般用多少小时放电率来表示，不同放电电流下，放电时间和放电电流的乘积并非一个常数。但必须满足以下等式 ah_nom=inom*tend. 以某型号电池为例。 在ah_nom =10A时， tend =10hour. ah_nom=100A.hr 在ah_nom =30A时， tend =2.5hour. ah_nom=75A.hr. 通常蓄电池的额定容量时以时小时放电率或者二十小时放电率定义的，电流变化与容量变化也可以在一般电池的手册上面查到。 N_cell 电池单体的个数。 一般电池由多个电压在2.2V左右的单体串联组成，这个参数决定输出电压范围。
3.2.2 放电参数 以下这些参数是和放电特性有关的参数，下面将说明如何应用它们。 Sg_full 满充状态的酸液比重。由蓄电池的原理我们知道，当充电时，电解液浓度会加大，放电时，电解液浓度变小，这个参数表示的就是电池处于满充状态时，酸液比重大小。这个参数决定电池的开路电压。 在仿真电路中，改变电池模型的这个参数，并通过参数扫描分析，可以得到不同比重时开路电压以及相互关系，如下图 把上图和dadasheet上面的参数对比，即可确定合理的比重。 Sg_disc 完全放电后的酸液比重。 Fah_max 最大安时比例。 在仿真中，我们接通放电开关，设定放电电流进行仿真，可以得到电池的放电曲线，和厂家数据进行比较， 如同第二章中描述的，我们主要关心三个数据，放电斜率，放电终止电压，放电终止时间（后面两个分别是拐点的对应坐标）而Sg_disc和Fah_max会影响这几个参数。通过改变它们并分析在恒定电流（一般设定为10小时放电率）放电时的电压---时间变化情况，可以得到需要的值。 仿真结果图3－3表明sg_disc对于放电过程的影响---加大sg_disc时的放电终止电压上升。
仿真结果图3－4表明fah_max对于放电过程的影响。从图中可以看出，加大该参数基本不会影响放电终止电压，但是会减小放电斜率，使得放电终止时间变长，也就是加大了电池容量。 3.2.3 自放电参数 前面提到，电池存放过程中，也会有自放电现象，一般的厂家，都会提供自放电曲线，如图3－5。
由图中我们可以看出。 1：自放电过程中，容量的下降和时间是一个线性关系。 2：自放电速度和温度相关。 因此 蓄电池模型中也是提供了两个参数，来描述这两种特性。 Self_disc 标称自放电率，即25度时候的放电速度，单位为 %/day（每日损失容量百分比）。 例如从某电池自放电曲线中查到25度时候，60天容量下降10.5%，则该电池 Self_disc＝10/60=0.175(%/day) Dtemp_sd 温度系数，这个值决定了不同温度下自放电速度的差异。 蓄电池一般如下公式： dtemp_sd=(temp2-temp1)/ln(Self_disc temp1/ Self_disc emp2)
其中temp1,temp2分别代表不同温度，Self_disc temp1、Self_disc temp2代表对应温度时的自放电速度。 例如。某电池5摄氏度时的Self_disc=0.033, 30摄氏度时的Self_disc=0.216 则该电池的温度系数Dtemp_sd＝(30-5)/ln(0.216/0.033)=13.3 3.2.4 充电参数 最常用的充电方式为限流恒压充电，因为整个过程中电流和电压都在不断变化，也是这里分析的重点，而恒流充电相对简单，这里忽略。 与充电过程相关的参数主要有以下四个 I_flt 标称浮充电流（25度，满充时的浮充电流），单位是 A/A.hr。 V_flt 标称满充单体电压 （定义标称浮充电流时电池中一个单体电压），单位是V/cell。 Vthrs_gas 气泡效应门限电压（单体电压超过此门限将发生气泡效应），单位是V/cell。 Dv_gas 与气泡效应相关的参数，确定气泡效应时电流与电池单体电压的关系。单位为V/cell。 通常电池充电会经历一个电压逐步上升，电流逐步下降的过程，当电流减小到某个程度，进入满充状态，以后电压和电流都维持恒定，如图3－6
由于电池的自放电效应，使得即使电压满充以后，还必须维持一定的注入电流，而满充以后的现象， 按照满充时单体电压的范围，会出现三种不同的过程，分析如下： 1：当满充时电池单体电压 V_cell < (2*V_flt- Vthrs_gas)时，浮充电流为0，电池内部只有固有的自放电电流。 2：当满充时电池单体电压 (2*V_flt- Vthrs_gas) I_flt到2×I_flt之间线性增加。 3：当满充时电池单体电压V_cell> Vthrs_gas，浮充电流维持在常数，但是产生气泡效应，产生气泡电流。 下面通过仿真实例分析 浮充电流 充电电压满足(2*V_flt- Vthrs_gas) I_float= 2*6*I_flt（V_cell-V_float_th）/( Vthrs_gas -2 V_float_th) 其中V_float_th表示浮充电流开始产生的门限电压，V_float_th＝2*V_flt- Vthrs_gas 以某个额定容量为6安时(标称放电电流为1A)的电池为例，其在25摄氏度时标称满充电压为V_flt ＝2.275V/cell,此时浮充电流为20mA,则可以得到，气泡效应门限电压Vthrs_gas＝2.39V/cell
