基于分?jǐn)?shù)階阻抗模型的磷酸鐵鋰電池荷電狀態(tài)估計(jì)

孫國強(qiáng), 任佳琦， 成樂祥， 朱 瑛， 衛(wèi)志農(nóng)， 臧海祥

(1. 河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院， 江蘇省南京市 210098； 2. 國網(wǎng)南京供電公司, 江蘇省南京市 210019)

0 引言

為改善生態(tài)環(huán)境和應(yīng)對化石能源利用危機(jī)，以電能為核心和可再生能源開發(fā)利用為基礎(chǔ)的能源變革正蓬勃興起。電儲能系統(tǒng)作為關(guān)鍵裝備，具有響應(yīng)迅速、安裝便捷的特點(diǎn)，在電動汽車、抑制新能源發(fā)電出力波動和電網(wǎng)輔助服務(wù)等方面發(fā)揮了重要作用[1-6]。其中，鋰離子電池(以下簡稱鋰電池)因其能量密度高、安全可靠等特點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用。2017年，全球新增投運(yùn)的電化學(xué)儲能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模達(dá)914 MW，其中鋰離子電池占比超過90%。截至2017年底，中國電化學(xué)儲能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)389.8 MW，鋰離子電池的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占比最大為51%，且增長迅速。

荷電狀態(tài)(SOC)估計(jì)是儲能系統(tǒng)安全高效運(yùn)行的重要保障。文獻(xiàn)[7]依據(jù)鋰電池內(nèi)部帶電粒子的傳質(zhì)過程和離子濃度的擴(kuò)散過程并考慮電化學(xué)反應(yīng)中的熱行為建立模型，估計(jì)精度較高。但模型由多個(gè)偏微分方程組成，計(jì)算復(fù)雜。文獻(xiàn)[8-9]計(jì)及鋰電池充放電過程中的遲滯特性，建立二階RC網(wǎng)絡(luò)模型，并采用擴(kuò)展卡爾曼濾波有效減小鋰電池SOC估計(jì)誤差。但該方法將狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣泰勒展開并忽略高階項(xiàng)，可能導(dǎo)致截?cái)嗾`差。文獻(xiàn)[10-11]根據(jù)鋰電池電化學(xué)阻抗譜建立簡化分?jǐn)?shù)階阻抗模型，同時(shí)為了降低參數(shù)辨識復(fù)雜度，將描述鋰電池濃差極化的Warburg阻抗簡化為0.5階，這也在一定程度上限制了模型的準(zhǔn)確性。針對鋰電池的強(qiáng)非線性工作特點(diǎn)，文獻(xiàn)[12-14]利用無跡變換(unscented transformation,UT)近似計(jì)算狀態(tài)預(yù)測的后驗(yàn)均值和協(xié)方差，保證濾波精度為二階甚至更高。……