基于機(jī)理模型的鉛酸電池性能評估方法研究.pdf

1、鉛酸電池是目前應(yīng)用最為廣泛的二次電池之一，在電力系統(tǒng)、通信基站和電動汽車等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。全面準(zhǔn)確的電池性能評估是保證相關(guān)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。本課題基于電化學(xué)機(jī)理模型實現(xiàn)某商用閥控式密封鉛酸蓄電池的性能仿真評估和壽命預(yù)測，具體工作如下：
　　首先，針對鉛酸電池經(jīng)典機(jī)理模型的描述全面求解復(fù)雜的特點，結(jié)合實際應(yīng)用場景，對固相電勢平衡過程、開路電勢曲線和電極動力學(xué)過程進(jìn)行近似處理，得到簡化機(jī)理模型。之后研究模型的數(shù)值求解方法，對于偏

2、微分方程組，兼顧計算的復(fù)雜程度和計算精度，采用五階伽遼金法，同時根據(jù)邊界條件選取余弦函數(shù)作為基底，最終實現(xiàn)模型的準(zhǔn)確快速求解。
　　其次，為提高參數(shù)辨識的準(zhǔn)確度，對待辨識參數(shù)進(jìn)行敏感度分析，得到其可辨識性與放電倍率和放電深度的關(guān)系，為參數(shù)辨識過程的優(yōu)化提供依據(jù)，亦可用于評價辨識結(jié)果的置信水平，作為內(nèi)部健康特征提取的基礎(chǔ)。之后針對簡化機(jī)理模型待辨識參數(shù)較多的特點，采用合作型協(xié)同進(jìn)化遺傳算法實現(xiàn)參數(shù)辨識過程，對于算法早熟收斂和局部最優(yōu)

3、的問題，加入災(zāi)變算子和搜索空間擴(kuò)展算子，有效地改善了算法的性能。經(jīng)實驗驗證，采用該辨識方法得到的參數(shù)誤差很小，能夠準(zhǔn)確地模擬電池的電壓特性。
　　最后，基于簡化的機(jī)理模型和獲取的參數(shù)實現(xiàn)對某商用閥控式密封鉛酸蓄電池的典型特性的仿真，包括電池端電壓、放電容量和恒功率放電時間等。然后設(shè)計電池的循環(huán)壽命試驗，應(yīng)用單因素方差分析法提取表征電池健康狀態(tài)的內(nèi)部特征，并結(jié)合電池反應(yīng)機(jī)理分析其退化規(guī)律。之后采用狀態(tài)跟蹤領(lǐng)域內(nèi)具有獨特優(yōu)勢的粒子濾波