基于HPPC-FFRLS的锂电池等效模型参数在线辨识

目的为了实现锂离子动力电池的高精度状态监测与分析,方法针对锂离子动力电池二阶RC等效电路模型的参数在线辨识展开研究。搭建锂离子动力电池二阶RC等效电路模型;利用开路电压法与安-时积分算法相结合的方式进行电池荷电状态(SOC)评估;通过HPPC测试实验数据进行等效电路模型的离线参数辨识;以离线辨识结果作为系统状态初值,结合带遗忘因子的递推最小二乘算法(FFRLS)对锂离子动力电池二阶RC等效电路模型参数进行在线辨识;利用Simulink搭建电池状态监测和充放电控制仿真系统,对基于在线辨识参数的模型进行仿真测试;利用可编程电源和电子负载搭建实验平台。结果对比在线辨识参数的系统仿真输出、离线辨识参数的系统仿真输出和实验数据,结果表明:基于HPPC-FFRLS在线辨识的模型仿真输出的误差相对于HPPC实验法减小了50%;在线辨识策略克服了环境温度、电池老化、充放电倍率等因素对参数的影响;仿真初期系统波动明显减小,等效模型系统动态跟踪具有更高的精度,鲁棒性更好。结论基于HPPC-FFRLS的锂电池等效模型在线辨识保证了模型参数的有效性,简化运算量的同时提高了模型精度。

引入PID反馈的SHAEKF算法估算电池SOC

电池荷电状态(SOC)的估算精度是电动汽车电池组的重要指标。为提升SOC估算精度,在融合Sage-Husa扩展卡尔曼滤波(SHEKF)算法与自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)算法的基础上,增加比例积分微分(PID)反馈环节,形成改进算法。采用粒子群优化(PSO)算法对二阶RC等效电路模型进行参数辨识;用开源电池数据集对模型和算法进行实验和分析。改进的SHAEKF算法在电池动态应力测试(DST)、北京动态应力测试(BJDST)和美国联邦城市驾驶(FUDS)等工况下的平均估计误差都在1%以内,与单纯的融合算法SHAEKF算法相比,最大误差可减小5%。

基于动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估计

锂离子电池具有无记忆效应、轻量化、环保等特点,因此常作为电动交通工具、电子设备的能源来源,并适用于各种规模的能源存储。在锂离子电池管理系统中,电池的荷电状态(state of charge,SOC)是最关键的指标之一,其准确估计对于实现电池系统的高效能量管理和优化控制至关重要。因此本文提出了一种基于动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波的SOC估计方法。首先,通过间歇放电实验获取电池不同SOC下的开路电压,并进一步拟合得到电池的OCV-SOC曲线,接着采用二阶RC等效电路模型对锂离子电池建模,然后通过混合功率脉冲特性工况测试对电池模型参数进行辨识。由于实际应用中锂离子电池为非线性系统且SOC估计精度容易受到噪声的影响,本文在卡尔曼滤波算法的基础上采用无迹变换处理,加入噪声自适应过程,以实现噪声特性自适应估计,动态调整测量噪声与过程噪声,提高算法鲁棒性以及估计精度。最后选取DST与FUDS工况进行验证,结果表明在不同工况下动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波算法的估计平均绝对误差、最大绝对误差以及均方根误差相较于自适应无迹卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波算法均有降低,其平均绝对误差小于0.59%。本文提出的动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波算法能够更准确地估计锂离子电池SOC。

基于高阶EKF的锂电池SOC测算精度研究

锂电池荷电状态是电池管理系统运行的前提和核心任务,为能够准确跟踪测算电池SOC值,以18650-20R型锂电池为主要研究对象,建立二阶Thevenin等效电路模型,经脉冲特性实验对电路模型参数进行辨识,在恒流、脉冲放电及Fuds工况下验证模型的准确性,并在此基础上实现了利用一阶、二阶及高阶EKF算法对电池荷电状态的估计。最后通过Matlab仿真结果验证,高阶EKF在锂离子电池动静态SOC测算时均具有更高的测算精度。

基于阻尼特性分析的跳闸回路抗一点接地误动防护

受跳闸线圈、继电器的电阻及电感与直流系统对地电容影响,变电站断路器跳闸回路在发生一点接地后构成RLC二阶电路,一点接地电流的振荡可能导致线圈或继电器误动并引发断路器跳闸。剖析了跳闸回路的组成与发生一点接地的风险,分析了跳闸回路电阻、电容、电感在常规取值范围内对接地电流的影响,并通过粒子群算法优化、多维度变量分析等方法提出了跳闸回路的电阻、电容、电感在保证一点接地不误动情况下的取值范围。论证了进一步规范继电器电阻及电感值、优化继电器动作电流、管控直流系统等效对地电容的必要性,为变电站设备元件选型与直流系统对地电容常态化管控提供了指导参考。

基于二阶电路的开关柜局部放电检测方法

为了实现高压开关柜局部放电脉冲的高灵敏度带电检测,提出一种基于二阶电路的开关柜局部放电检测方法。首先,构建了包含带电显示装置与检测阻抗的脉冲检测电路,并测量分析了传感、显示单元的电气参数;然后,提出了适用于带电检测的二阶电路,研究了二阶电路以及带电显示装置的电容、电感参数对安全可靠性和检测灵敏度的影响;最后,利用一台10 kV铠装式开关柜与带电显示装置对该方法进行了测试。结果表明:二阶电路检测阻抗不影响开关柜与带电显示装置的安全运行,其检测灵敏度是安装在开关柜接地线上高频CT(电流互感器)的1.6倍。

贝塞尔函数的光伏模块最大功率跟踪系统

针对传统光伏模块最大功率跟踪系统建模复杂和响应时间慢的问题,提出了一种基于贝塞尔函数的光伏模块最大功率跟踪方法。采用二阶贝塞尔函数对光伏模块输出特性进行拟合,引入变步长扰动观察法,通过实时调整步长以改善最大功率跟踪的响应时间,构建基于Boost电路的实验平台,模拟和实验验证在不同工况和负载条件下的系统性能。结果表明,在工况和负载变化时,电压平均相对误差小于2.5%,跟踪时间缩短了61%。该研究证明了所提出的贝塞尔函数模型不仅简化了光伏模块的建模过程,而且提高了系统精度和响应速度。

基于转子磁链观测器的五相容错PMSM开路故障下的无位置传感器控制

五相容错永磁同步电机(PMSM)开路故障模型的不对称性,影响了其无位置运行性能。该文提出一种基于转子磁链观测器的无位置控制策略。首先,该策略在容错模型基础上,构建基于指数趋近律的滑模观测器(SMO)以获取反电动势信号;其次,为抑制所观测反电动势中直流偏置、低频和高频谐波对转子位置观测精度的影响,设计一种改进型二阶广义积分器(ISOGI),并将其和SMO级联构成转子磁链观测器;然后,采用锁相环技术从转子磁链中提取转子位置信息;最后,将该转子磁链观测器和容错控制策略相结合。实验结果表明,该策略提高了转子位置观测精度,实现了PMSM开路故障下的无位置高性能运行。

混合电动汽车锂离子电池状态融合估计策略

锂电池荷电状态及健康状态是电池管理系统的核心参数。以三元锂电池为研究对象,利用二阶RC等效电路实现对电池性能表征,改进扩展卡尔曼滤波算法,提出一种新型双自适应卡尔曼滤波算法,实现三种工况下荷电状态与健康状态联合估算。以安时积分估算结果作为参考,提出的荷电状态估算方法较扩展卡尔曼滤波算法,精度有显著提高。在HPPC工况下,平均误差减少1.529%,最大误差减少2.162%;在BBDST工况下,平均误差减少0.228%,最大误差减少3.580%;在DST工况下,平均误差减少0.436%,最大误差减少5.997%。以遗忘因子最小二乘法估算结果作为参照,健康状态的估算结果有效模拟了实际情况,HPPC工况下偏差在4%以内,BBDST工况下偏差在3%以内,DST工况下偏差在6%以内,能有效追踪电池状态变化。

基于GeoGebra的数学教学研究——导数动态图与电路问题

采用Geogebra软件制作导数动态图,设计数学实验课的最值教学内容,让学生学会作导数概念的动态图形,在作图中理解导数概念,并运用软件求解二阶电路的全响应问题,在实验中了解实际应用的最值与电路问题。

基于多时间尺度锂电池在线参数辨识及SOC和SOH估计

电池的荷电状态和健康状态是衡量电池续航和寿命的重要指标,为解决电池参数的时变性问题,提高电池SOC(State of Charge)估算精度,减少硬件计算量,提出一种多时间尺度在线参数辨识双扩展卡尔曼滤波联合算法。以18650三元锂电池为研究对象,采用基于二阶RC等效电路模型的多时间尺度DEKF算法,针对电池参数的慢变特性和状态的快变特性进行双时间尺度在线参数辨识和SOC估算;通过联邦城市驾驶计划(FUDS)测试验证,得出多时间尺度DEKF算法和传统离线辨识EKF算法对SOC估计的平均绝对误差分别为0.97%和2.46%,均方根误差为1.19%和2.69%,容量估计值对参考值最大误差仅为0.007 72 Ah;实验结果表明:所提出的多时间尺度DEKF算法,具有更好的鲁棒性和SOC估算精度并能实时反应SOH变化趋势。

基于LM-RLS和渐消因子EKF算法的锂电池SOC估计

为提高复杂工作环境下锂电池荷电状态估计精度,以三元锂离子电池为研究对象,采用限定记忆递推最小二乘法与渐消因子扩展卡尔曼滤波算法相结合进行荷电状态估计。以有限组数据计算当前时刻模型参数,解决数据饱和问题。在扩展卡尔曼滤波算法中加入渐消因子,弱化旧数据的影响,实时调整误差协方差矩阵。为验证算法的合理性,建立二阶RC等效模型,对不同工况进行荷电状态估计。验证结果表明,算法估计精确度高且稳定性好。系统稳定后,HPPC、BBDST工况中的荷电状态最大估算误差分别为0.0144和0.0085,且波动范围较小,验证了改进算法估计锂电池荷电状态时的良好性能。

千米钻机电控系统二次回路瞬态干扰分析与抑制

千米钻机电控系统工况复杂、负载多变,并且融合多个一次回路,从而使瞬态干扰频谱分布随机性高,易出现模态混叠现象。为提升智能感知精度,千米钻机电控系统二次回路往往采用高带宽增益运算放大器,已有适用于二次侧端口设备的模型不再适用于小信号检测电路的稳定性分析。千米钻机电控系统瞬态干扰频域分布范围广泛,要求电路在很宽的频域内有较强的抗干扰能力。传统抗干扰措施存在频带较窄、高频抑制作用不佳的缺陷;多级RC、LC滤波电路存在阻抗不匹配、体积大的问题。针对上述问题,以15000型千米钻机电控系统的二次回路信号采集电路为研究对象,对二次回路中瞬态干扰进行分析。采用无参尺度空间表达的经验小波变换(EWT)算法,利用尺度空间变换划分得到频谱分割点,进而提取出具有紧支撑框架的模态分量,引入模态分量的峭度指标特征划分瞬态干扰信号与白噪声信号,确定瞬态干扰的频域分布。通过构建电控系统二次回路含寄生参数的小信号电路等效模型,探寻反馈回路引脚寄生电容与触发振铃或自激振荡的干扰信号频率阈值的规律,分析瞬态干扰频域特征对电路稳定性的影响。结果表明:在输入输出存在30 pF引脚寄生电容时,传导进入瞬态干扰信号使稳定性下降,且引起失稳的触发频率随引脚寄生电容增加而降低。利用铁氧体磁珠类似并联谐振的高阻特性,设计了一种二阶滤波电路。实验室试验结果表明:当干扰经过含铁氧体磁珠的二阶滤波电路后,在信号采样电路敏感的0.2 MHz以上频段,干扰幅值均抑制在-35 dBV以下,信号采样电路无异常输出。工业样机运行数据中敏感频段干扰幅值均抑制在-35 dBV以下,与实验室试验结果基本一致,满足抗干扰要求。

锂离子电池电解液泄漏试验及参数化表征

为了给锂离子电池电解液泄漏故障诊断方法的确立提供基础,寻找与电池漏液密切相关的参数,设计了电解液泄漏故障模拟试验,对漏液电池和正常电池进行直流阻抗测试和电化学阻抗谱测试,基于二阶等效电路模型参数和弛豫时间分布方法对电池的动力学特性进行分析,提出了表征漏液故障的直流阻抗与交流阻抗参数集,为锂离子电池漏液故障诊断提供了依据。

基于MSUKF的锂离子电池SOC估算研究

快速、准确地估算锂离子电池的荷电状态(SOC)是电池管理系统的关键技术之一,有利于延长电池使用寿命并提高使用的安全性。以三元锂电池为研究对象,采用二阶阻容(RC)等效电路模型构建锂离子电池模型,通过递推最小二乘法(RLS)对等效模型参数进行在线辨识,并结合多新息无迹卡尔曼滤波(MSUKF),形成RLS-MSUKF算法,以实现锂离子电池SOC估算。采用多时刻的新息信息对估算值进行校正,以减少误差积累、增强算法的收敛性及提高锂离子电池SOC估算的精度,并在混合脉冲功率特性(HPPC)测试工况下对锂离子电池进行SOC估算。试验结果表明,HPPC工况下的SOC误差稳定控制在0.78%以内,验证了改进算法的良好性能。该算法为优化锂离子电池SOC估算提供了依据,对锂离子电池SOC估算研究具有启发意义。

基于MATLAB和EKF的锂离子电池SOC估算算法研究

本文研究锂离子电池参数估计和荷电状态的估算方法。基于电池模型的优缺点及对电池动静态特性的反应,使用MATLAB/Simulink建立电池的二阶等效电路模型,并使用Parameter工具箱对电池参数进行辨识,建立动态准确的电池模型。接着,针对所建立的电池模型方程,选择扩展卡尔曼滤波对电池荷电状态进行估算。经过优化后,实验结果表明,本文提出的估算方法最大绝对误差为1.8%,均方根误差为0.74%。该方法能够在2%误差之内准确地估算电池的荷电状态,具有很好的实用性,可以有效地用于电池系统的设计和运行控制。

基于在线参数辨识和EKF的锂电池SOC估算

为了准确估算锂电池的剩余荷电状态(State of Charge,SOC),在2阶RC等效电路模型基础上,采用带遗忘因子递推最小二乘法(Forgetting Factor Recursive Least Square,FFRLS)对电池模型进行在线参数辨识,提高模型精度,联合扩展卡尔曼滤波算法(Extended Kalman Filter,EKF)对锂电池的SOC进行估算。在MATLAB环境下进行模拟仿真,仿真结果表明:FFRLS算法辨识后电池模型得仿真电压与实际电压得最大误差为0.029,平均误差约为0.0006,联合EKF对SOC的估算误差在绝对值3%以内,其中最大误差绝对值为2.6%。

一种储能电池的数据解析及模型验证方法

随着新型能源系统构建,大量储能电池接入系统,运用物联网、大数据等技术提升其管理水平势在必行。基于储能电池运行特性分析,提出了一种数据解析及模型验证方法。分析了储能电池的数据采集及传输方式,研究了控制器局域网络(CAN)报文的帧解析及数据提取方法,给出了具体算法流程。结合电池二阶等效电路模型,研究了储能电池数据模拟方案,包括开路电压查表获取方法及动态电压迭代算法。研究了个人计算机(PC)侧工具开发方案,包括界面设计及功能布局。实例应用结果表明,该方法可用于储能电池数据解析及模型验证。

不同温度下的锂电池SOC联合估算

为准确估算电动汽车的荷电状态,针对扩展卡尔曼滤波算法存在噪声、鲁棒性差等问题,基于二阶RC等效电路模型,在不同温度下进行脉冲放电实验和最小二乘法离线辨识,再提出双自适应鲁棒扩展卡尔曼滤波(DAREKF)算法对模型参数和SOC进行在线联合估算。仿真结果表明:在常温条件下与AREKF算法相比,所提算法可以使SOC估算误差保持在1.14%以内;在低温条件下,越接近0℃,该算法的误差越小。

基于Multisim的电路原理课程仿真实验设计

介绍MultiSim仿真软件在电路原理实验教学中的应用,通过引入Multisim仿真和虚拟仪器,将电路原理课程教学分为理论教学、计算机仿真和实验3个环节,设计了电路定理验证、动态电路暂态和稳态响应、一阶电路和二阶电路、三相电路等仿真实验项目。实践证明,计算机仿真实验能够使电路理论和实验联系更加紧密,有利于提高学生实验的自主性,从而提高电路原理课程的教学质量。