發(fā)布時(shí)間：2020-05-06 09:42

【摘要】：先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用能夠有效促進(jìn)可再生能源大規(guī)模并網(wǎng),提高電力系統(tǒng)效率。液態(tài)金屬電池作為一種新興的電池儲(chǔ)能技術(shù),以其大容量、低成本、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)在電力儲(chǔ)能領(lǐng)域展現(xiàn)了可觀的潛力。為了安全高效地利用液態(tài)金屬電池,穩(wěn)定可靠的電池管理系統(tǒng)(Battery Management System,BMS)是至關(guān)重要的。面對(duì)這類新型的電池技術(shù),有必要研究其工作特性并建立準(zhǔn)確的電池模型,在線估計(jì)出其荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC)與健康狀態(tài)(State of Health,SOH)等變量,進(jìn)而為BMS的操作提供依據(jù)。本文圍繞液態(tài)金屬電池的狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題開(kāi)展了一系列工作,具體研究?jī)?nèi)容和成果可總結(jié)如下:1.為液態(tài)金屬電池建立了復(fù)合模型與Thevenin模型,通過(guò)線性最小二乘估計(jì)離線辨識(shí)出其參數(shù)并進(jìn)一步在Matlab/Simulink中搭建其仿真模型。通過(guò)對(duì)電池測(cè)試數(shù)據(jù)的仿真分析,判斷出Thevenin等效電路模型更符合液態(tài)金屬電池的實(shí)際動(dòng)態(tài),因而更適合用于開(kāi)展?fàn)顟B(tài)估計(jì)的工作。2.基于液態(tài)金屬電池的Thevenin模型建立其狀態(tài)空間。先后利用自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波(Adaptive Extended Kalman Filter,AEKF)和自適應(yīng)無(wú)跡卡爾曼濾波(Adaptive Unscented Kalman Filter,AUKF)算法在線估計(jì)包括電池狀態(tài)與模型參數(shù)在內(nèi)的狀態(tài)向量。在線估計(jì)參數(shù)能夠保證模型的忠實(shí)度,進(jìn)而增強(qiáng)了SOC估計(jì)的可信度。同時(shí)自適應(yīng)估計(jì)算法可實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)噪聲信息,從而提高了估計(jì)的穩(wěn)定性。利用實(shí)際電池測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)表明AUKF的估計(jì)精度最高。3.考慮到直接將模型參數(shù)加入到狀態(tài)向量會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算時(shí)出現(xiàn)高階矩陣,利用遞推最小二乘法在線估計(jì)Thevenin模型中的參數(shù)并與AUKF算法結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)與參數(shù)的并行估計(jì)。該方法能夠更高效地估計(jì)出所需的狀態(tài)變量。后續(xù)的動(dòng)態(tài)工況測(cè)試實(shí)驗(yàn)更加驗(yàn)證了其優(yōu)越的性能。4.設(shè)計(jì)了針對(duì)液態(tài)金屬電池的BMS原理樣機(jī),將其實(shí)際應(yīng)用于三節(jié)串聯(lián)液態(tài)金屬電池組進(jìn)行功能測(cè)試,驗(yàn)證了BMS的可行性以及AEKF算法在該系統(tǒng)中的有效性。
【圖文】：

2 液態(tài)金屬電池特性及實(shí)驗(yàn)平臺(tái).1 液態(tài)金屬電池工作原理如圖 2-1 所示，液態(tài)金屬電池通常由兩個(gè)液態(tài)金屬電極與中間層的熔鹽電解質(zhì)構(gòu)們分別有著不同的密度且相互不混溶。因此，當(dāng)加熱到工作溫度（300 至 700℃）時(shí)態(tài)金屬和熔融鹽將自動(dòng)分離成三層，從上到下依次是低密度的液態(tài)金屬負(fù)極、中密熔鹽電解質(zhì)和高密度的液態(tài)金屬正極[23, 45]。液態(tài)金屬電池的電化學(xué)過(guò)程由兩個(gè)液態(tài)層的不同電負(fù)性驅(qū)動(dòng)：在放電過(guò)程中，負(fù)極的液態(tài)金屬 A（較輕的金屬或合金）發(fā)化反應(yīng)，失去電子變成金屬離子 An+，隨后溶解在熔鹽電解質(zhì)中并與正極的液態(tài)金（底部的較重金屬或合金）合金化，同時(shí)電子通過(guò)外電路轉(zhuǎn)移到正極做功；充電過(guò)與之相反，正極合金 AB 中的金屬 A 在正極與電解質(zhì)的界面處被氧化成 An+，隨后 移到負(fù)極并重新被還原為金屬 A，這被稱為脫合金過(guò)程，電子則通過(guò)外電路流向負(fù)。

中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 屬電池實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)所用電池為實(shí)驗(yàn)室制備的 Li||Sb-Sn 液態(tài)金屬電池，它 LiF-LiCl-LiBr 熔鹽電解質(zhì)組成[25]。圖 2-2（a）展示了液b）則給出了其電池結(jié)構(gòu)[46]。可以看到，液態(tài)金屬電池主集流體等一般電池都有的部件之外，其電極中間層采用的鹽，，此外電池外殼還安裝有耐高溫與腐蝕的陶瓷絕緣部件
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 蔣凱;李浩秒;李威;程時(shí)杰;;幾類面向電網(wǎng)的儲(chǔ)能電池介紹[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2013年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 朱方方;液態(tài)金屬電池建模及均衡控制研究[D];華中科技大學(xué);2018年

2 王大磊;液態(tài)金屬電池建模及SOC估計(jì)[D];華中科技大學(xué);2017年

3 汪威;面向電網(wǎng)應(yīng)用的新型液態(tài)金屬電池?zé)崽匦匝芯縖D];華中科技大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2651069