發(fā)布時間：2020-05-06 09:42

【摘要】：先進儲能技術(shù)的應(yīng)用能夠有效促進可再生能源大規(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能技術(shù),以其大容量、低成本、長壽命等優(yōu)勢在電力儲能領(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。面對這類新型的電池技術(shù),有必要研究其工作特性并建立準確的電池模型,在線估計出其荷電狀態(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)估計問題開展了一系列工作,具體研究內(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,通過線性最小二乘估計離線辨識出其參數(shù)并進一步在Matlab/Simulink中搭建其仿真模型。通過對電池測試數(shù)據(jù)的仿真分析,判斷出Thevenin等效電路模型更符合液態(tài)金屬電池的實際動態(tài),因而更適合用于開展狀態(tài)估計的工作。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)擴展卡爾曼濾波(Adaptive Extended Kalman Filter,AEKF)和自適應(yīng)無跡卡爾曼濾波(Adaptive Unscented Kalman Filter,AUKF)算法在線估計包括電池狀態(tài)與模型參數(shù)在內(nèi)的狀態(tài)向量。在線估計參數(shù)能夠保證模型的忠實度,進而增強了SOC估計的可信度。同時自適應(yīng)估計算法可實時更新系統(tǒng)噪聲信息,從而提高了估計的穩(wěn)定性。利用實際電池測試數(shù)據(jù)進行的仿真實驗表明AUKF的估計精度最高。3.考慮到直接將模型參數(shù)加入到狀態(tài)向量會導(dǎo)致運算時出現(xiàn)高階矩陣,利用遞推最小二乘法在線估計Thevenin模型中的參數(shù)并與AUKF算法結(jié)合,從而實現(xiàn)對狀態(tài)與參數(shù)的并行估計。該方法能夠更高效地估計出所需的狀態(tài)變量。后續(xù)的動態(tài)工況測試實驗更加驗證了其優(yōu)越的性能。4.設(shè)計了針對液態(tài)金屬電池的BMS原理樣機,將其實際應(yīng)用于三節(jié)串聯(lián)液態(tài)金屬電池組進行功能測試,驗證了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)金屬電池特性及實驗平臺.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，當加熱到工作溫度（300 至 700℃）時態(tài)金屬和熔融鹽將自動分離成三層，從上到下依次是低密度的液態(tài)金屬負極、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)金屬電池的電化學過程由兩個液態(tài)層的不同電負性驅(qū)動：在放電過程中，負極的液態(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，同時電子通過外電路轉(zhuǎn)移到正極做功；充電過與之相反，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 移到負極并重新被還原為金屬 A，這被稱為脫合金過程，電子則通過外電路流向負。

中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 屬電池實驗平臺實驗所用電池為實驗室制備的 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]�？梢钥吹剑�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
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM912

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

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

相關(guān)碩士學位論文 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;2018年

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

3 汪威;面向電網(wǎng)應(yīng)用的新型液態(tài)金屬電池熱特性研究[D];華中科技大學;2016年

本文編號：2651069