铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真
铅酸蓄电池动态模型参数辨识及仿真验证
铅酸蓄电池动态模型参数辨识及仿真验证李匡成;刘政【摘要】The process of lead-acid battery charging and discharging is a complicated physicochemical reaction. Meanwhile, the inner state of battery is inlfuenced by environment temperature, cycles and so on.Actual-time and accurate handling the state parameters can provide technology support to the smart charging equipment and the battery maintenance. Based on the battery dynamic model in this study, the dynamic parameters are identiifed. Through the experiment and simulation of charging and discharging for battery, verifying the effectiveness of dynamic model and accuracy of recognizing parameters.%铅酸蓄电池的充、放电过程是一个复杂的物理、化学反应体系，同时蓄电池的内部状态还受环境温度、循环次数等诸多因素的影响，实时、准确地掌控蓄电池的状态参数可以为智能充电设备和蓄电池的维护保养提供技术支持。
本文以蓄电池动态模型为基础，对动态参数进行辨识，通过充放电实验和仿真，验证了该动态模型的有效性和参数辨识的准确性。
【期刊名称】《蓄电池》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P170-173)【关键词】铅酸蓄电池;动态模型;参数辨识;荷电状态;等效电路【作者】李匡成;刘政【作者单位】装甲兵工程学院控制工程系，北京 100072;装甲兵工程学院控制工程系，北京 100072【正文语种】中文【中图分类】TM912.10 引言铅酸蓄电池主要的参数有荷电状态 SOC、静止电动势 Em、欧姆内阻 R0、极化电阻 R1 等，而这些参数受大量因素的影响，所以需要建立铅酸蓄电池等效电路模型，并对其中的参数进行参数辨识，以实现对蓄电池参数的准确估计，最后通过仿真验证参数辨识的准确性。
基于三阶动态模型的铅酸蓄电池建模与仿真
基于三阶动态模型的铅酸蓄电池建模与仿真摘要基于铅酸蓄电池内部化学反应的非线性、复杂性和对环境的敏感性等特点, 通过对铅酸蓄电池各类等效模型的研究和分析，本文采用三阶动态等效模型对铅酸蓄电池建模,并用MATLAB/Simulink 软件进行仿真验证。
关键词：铅酸蓄电池三阶动态模型仿真1 研究背景和意义目前应用的电池类别较多，如镍氢电池、铅酸电池和燃料电池等。
此中，通用汽车铅酸电池，便宜、能量是温和、高速率放电机能好、高温和低温机能好、效率高的优势，因此广泛普遍用在军事等行业。
由于铅酸电池具备广泛的应用远景，有必要深入研究铅酸电池的工作机理，但电池内在的电化学过程对环境敏感和复杂的非线性过程，这个过程要用数模来描述。
电池模型更好地反映电池充电和放电的，模型不要太复杂，方便工程使用。
2 铅酸蓄电池基本特性2.1 铅酸蓄电池的原理铅酸蓄电池的电极是由铅及其氧化物构成，其电解液是硫酸溶液,是由正负极板、隔板、电池槽、电解液以及接线端子等部分构成。
铅酸蓄电池的工作原理比较简单，包括正负极和电解质，正极活性物用二氧化铅()，负极活性物用铅()，电解液是用硫酸（)。
如图1-1所示为蓄电池工作原理。
在铅酸蓄电池的放电反应中，因为蓄电池电势差，负极板的电子会经过负载进到正极板由此就成了电流，同样电池的内部也在进行化学反应。
在电场的作用下，电解液的硫酸根离子()移到电池的正极，氢离子()移到电池的负极，从而在蓄电池内部就成了电流，导电通路就此构成，蓄电池便接连向外部放电。
相对地，充电过程是放电过程的反向过程，充电过程可以还原放电过程中消耗的正负极活性物质。
图1-1 铅酸蓄电池的工作原理2.2 铅酸蓄电池的基本特性2.2.1 蓄电池内阻特性当电流流过电池的内部,因为有内部阻力，所以电池的工作电压就会大于或者小于开路电压。
电池内阻的不固定性，往往影响因素如温度、电解液的浓度。
从文献知，铅酸电池内部阻力可以分成三个部分：欧姆极化内阻、电化学极化电阻和浓差极化电阻。
基于主成分分析的铅酸蓄电池建模与仿真
基于主成分回归分析法的铅酸蓄电池建模与仿真摘 要：铅酸蓄电池是坦克，装甲车普遍采用的启动和辅助电源，而蓄电池内部的电化学反应是一个队环境敏感的复杂的过程，本文通过主成分回归分析，建立了回归模型，并与目前应用比较广泛的三阶模型进行了相对误差的比较分析，为解决铅酸蓄电池的建模与仿真提供了新思路。
关键词：主成分回归；相对误差中图分类号：TH137；O241.5 文献标志码：A铅酸蓄电池是提供直流电源的一种常用装置，是坦克，装甲车普遍采用的启动和辅助电源，并广泛应用在混合动力汽车和纯电动汽车中，电池品质优劣直接影响到整车运行性能和可靠性。
铅酸蓄电池的参数包括环境温度、充电电流、平均电压和单格电压和电解液温度,同时随着使用时间增长，电池内阻变化、电池老化和充放电效率都会影响电池性能[1]。
然而车用蓄电池内部结构复杂,为了使电池发挥其最大功效,建立起一个准确有效的铅酸蓄电池的数学模型显得尤为重要。
目前电化专家建立的数学模型更多的是为设计电池本身服务且非常复杂。
对电池的应用，既要求模型可以较好地反映蓄电池的充放电过程，又要求模型不能过于复杂，便于工程应用。
三阶模型是目前应用比较广泛的铅酸蓄电池模型之一，但模型本身比较粗略，确定模型参数和经验公式并不十分准确，因此拟合精度难以保证。
为了消除解决这个问题，人们提出了一些改进的方法，其中的一种主成分分析回归方法比较有效，该方法采用了在自变量集合中提取成分的思想[2] 。
本文结合工程实际，利用主成分回归对铅酸蓄电池数据进行了相关分析和建模，取得了良好的效果。
1 主成分回归建模基本思想及流程1.1建模原理主成分回归建模的基本思想[3]是,首先对所有自变量进行主成分分析,即将原来众多具有一定相关性的指标,比如P 个指标,重新组合成一组新的线性无关的综合指标,代替原来的指标,提取主成分,再对所得的主成分进行回归。
设回归模型εββ++=X Y 01中若有某个变量，比如1X ,它的变差很小，则()0211≈-∑=n i i i X X。
面向电网仿真需求的铅酸电池储能直流侧模型
面向电网仿真需求的铅酸电池储能直流侧模型#吴刚1，黄际元1，李欣然2，崔曦文2，刘卫健2 (1.国网湖南省电力公司长沙供电分公司，湖南长沙410015;2.湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082)摘要：为在电网仿真中精确反映铅酸电池储能的动态特性，提出描述铅酸电池 储能直流侧运行特性的数字仿真模型。
该模型适用于单体元件及由若干单体元件串 联形成的电池包模块。
以实际电池包模块及单体元件的恒流充放电运行数据为基础， 采用改进的遗传算法辨识出模型参数，并对模型进行了有效性检验。
结果表明，模型 仿真数据与实际储能运行数据及特性相吻合，误差不大于5%，且对由单体元件串联而 成的电池包而言，可在一定程度上忽略单体元件之间的差异性。
关键词：铅酸电池，■单体元件，■电池包，■参数辨识中图分类号：TM 715文献标志码：A 文章编号：2095-8188(2017)13-0063-05 DOI: 10. 16628/ki. 2095-8188. 2017. 13.010吴刚（1984—）， 男，工程师，主要从 事电力系统节能调 度。
DC-Side Model of Lead-Acid Battery Storage for Power Grid SimulationWU Gang1 , HUANG Jiyuan1 , LI Xinran 2, CUI Xiwen2，LIU Weijian2(1. State Grid Hunan Electric Power Corporation Changsha Power Supply Company, Changsha 410015, China ；2. College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)Abstract ： In order to accurately reflect the dynamic characteristics of lead-acid battery storage for powergrid simulation^ digital simulation model was proposed to describe the DC-side performance characteristics of lead- acid battery storage. The model was suitable for a single element or a battery pack module formed by several single elements in series. Based on the operating data of constant current charge and discharge of the actual battery pack module and single elements, an improved genetic algorithm was used to identify the model parameters, and the validity of the model was tested. The results show that the simulation data of the model coincide with the running data and characteristics of the actual battery storage, with the error not more than 5% . And to a certain extent,the difference between the single elements can be ignored in the battery pack formed by single elements in series.Key words ： lead-acid battery ； single element ； battery pack ； identify parameters〇引言鉴于我国储能电池建模技术与工程应用现 状，规模化接人电力系统后必将成为影响电网运 行特性的重要因素[1]。
铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真
铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真
铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真报告
本报告通过模型仿真的方法，对铅酸蓄电池的动态等效电路进行分析。
在此报告中，我们首先概述了铅酸蓄电池及其动态等效电路的设计原理，然后介绍了模型的建立及仿真的步骤。
随后，我们根据仿真结果进行了相应分析，并给出了仿真实验的结论。
铅酸蓄电池是一种新型能源储存设备，具有充电快、容量大、使用寿命长等特点，已经被越来越多的人开始使用。
它的动态等效电路包括一个元件：电池，可以用于模拟铅酸蓄电池的供电特性。
为了实现模型仿真，首先建立了铅酸蓄电池动态等效电路仿真模型。
该模型包括一个输入源电压和一个电池元件。
将模型中的参量设置为实际测试环境，然后使用MATLAB/SIMULINK 进行仿真。
经过模拟，我们得到了负向和正向电池放电特性曲线，表明了铅酸蓄电池的动态特性。
通过对仿真结果的分析，可以发现，在正常工作范围内，铅酸蓄电池能够支持一定的功率密度。
随着电压的增加，其功率密度也会随之而降低。
而当电压超出其正常范围时，铅酸蓄电池效率会降低，这时候就需要对其进行恰当的保护。
通过本次模型仿真，我们可以认为：由于动态等效电路模拟了
铅酸蓄电池的工作特性，因此可以更好地了解电池的使用情况，并为之提供更加完善的设计。
综上所述，通过本次模型仿真，我们可以充分地分析和评估铅酸蓄电池的动态特性，以提高其使用效率。
阀控式铅酸蓄电池的等效电路模型和参数辨识
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ ｍｏ ｄ ｅ ｌｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｔ ｒ ａ ｎ ｔ ｔ ｏ ｏ ｌ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｌ Ｉ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ Ａ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ — ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｌ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ Ｉ
ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｉ ｖ ｅ， ｌ ｅ ａ ｄ — ａ ｃ ｉ ｄ ｂ ａ ｋ ｅ ｙ ｒ ｃ ｈ ａｒ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｃ ｅｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｕ ｒ ｓ Ｊ ｖ ｅ
（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｂ ｅ ｊ ｉ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｂ ｅ ｊ ｌ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ２ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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铅酸动力电池等效电路模型参数辨识方法研究
⑥
２ １ ＳｉＴ ｃ． ｎｒ． ０２ ｃ． ｅｈ Ｅ ｇｇ
铅 酸动 力 电池 等 效 电路 模 型 参 数 辨 识 方 法研 究
郭毅 锋
（ 广西工学院电子信 息与控制工程系 ， ＰＨ ４ ０ ６ Ｓ ｋ ５５ ０ ）
摘
要
针对传统铅酸动力 电池参数辨识方法缺 乏理论基 础以及辨识误 差较大 的问题 ， 出 了一种新 的 序列作 为激励 的 提
２ １ ３月 ２ ０２年 ６日收到 广西教育厅面上项 目（０ ９ １ Ｓ １ ） ２０ １Ｍ １４ 资助
作者简介 ： 郭毅锋 （ ９９ ） 男 ， １７ 一 ， 四川人 ， 师 ， 讲 研究方 向 ： 电动 汽车 自动检 测 与 控 制、 力 电池 管 理 及 充 放 电系 统 。Ｅ— ｉ：ｇｏ ｕ 动 ｍａ ｕ ｂ — ｌ
与
工
程
１ ２卷
ｅ（ Ｉ－ （ ） ｘ Ｌ …ｐ ， ｐ ｐ Ｉ
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（２ １）
式 中 ， 为估计 电压 ； ｏ 为前 一 时刻铅 酸 动力 电 Ｕ０ 。 池 开路 电压 ； 为 下一 时刻铅 酸 动力 电池 开路 电 Ｕ 压 ；Ｌ 为输 入 电流 ；Ｄ 流过 电路 中 模块 中电阻 ，， ，为 的极 化 电流 ；ｔ Ａ 为两 个 数 据 点 问 的 时 间增 量 ；
第 ｌ ２卷
第 １ ７期
２ １ ６月 ０ ２年
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ ． ２ Ｎ ． ７ Ｊ ｎ ０ ２ １ １ ｏ １ ｕ ．２ １
１７ — １１ （０ ２ １ －１５ ０ ６ １ ８５ ２ １ ） ７４ ６ —６
Ｓ ｉ ｃ ｅｈｏｏｙａ ｄＥ ￣ ｅｆ ｇ ｃ ｎｅＴ ｃｎｌｇ ｎ ｎ ｎｅ ｎ ｅ ｉ
基于EKF算法的蓄电池等效电路模型参数仿真研究
基于EKF算法的蓄电池等效电路模型参数仿真研究李匡成;刘岩;刘政【摘要】蓄电池在充放电过程中，其内部存在着复杂的电化学反应，导致蓄电池荷电状态（S O C）及各个参数是多维、非线性的关系。
因此，本文基于7-HK-182型铅酸蓄电池建立等效电路模型，进行参数辨识。
在此基础上，采用扩展卡尔曼滤波（EKF）算法，利用 Matlab软件对蓄电池SOC及各个参数进行实时仿真，通过仿真与实验结果对比验证了 EKF算法的实时性与准确性。
%In the process of charging and discharging of the battery, there is a complex internal electrochemical reaction, which is resulting in the state of charge of the battery and the various parameters that are multidimensional nonlinear relationships. Thus, this paper builds the equivalent circuit model which is based on 7-HK-182 lead-acid battery to identify the parameters. On this basis, by using extended Kalman iflter (EKF) algorithm and Matlab software real-time simulation on various parameters of SOC of the battery, we verify the real-time and accuracy of EKF algorithm through comparing the simulation with experimental results.【期刊名称】《蓄电池》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P261-264,274)【关键词】铅酸蓄电池;等效电路模型;EKF算法;荷电状态【作者】李匡成;刘岩;刘政【作者单位】装甲兵工程学院控制工程系，北京 100072;装甲兵工程学院控制工程系，北京 100072;装甲兵工程学院控制工程系，北京 100072【正文语种】中文【中图分类】TM912.9铅酸蓄电池的参数主要有荷电状态(SOC)、欧姆内阻、端电压、静止电动势、极化内阻、极化电势等，其中荷电状态反映了电池的剩余容量，其定义为电池剩余容量占电池容量的比值[1-2]。
3000AH铅酸蓄电池内阻模型仿真
3000AH铅酸蓄电池内阻模型仿真对于一个3000AH的铅酸蓄电池，其内部电阻中等效的电容值大概为1.5*30=45F，等效内阻模型如图1所示。
图1电池内阻等效模型
从图1可以看出，3000AH的铅酸蓄电池的内阻是非常小的，在图1中的内阻值不代表具体的电池内阻，只是一个假设，假设电池的内阻是这么多，具体的电池，每块电池的内阻都是不同的。
但是这么小的电池内阻，如何测量呢？
下面就介绍一种交流法测电池内阻的方法。
就是将一个一定频率，一定大小的电流（这里我们给定的电流频率是100Hz，峰峰值是400mA），从电池的正极流入，负极流出，然后来采集电池两端产生的交流电压信号，将采集到的电压值与电流值相除，就得到电池内阻的大小。
具体的电路如图2所示。
通过仿真，我们可以看到流过电池的电流的有效值，见图3所示。
电池两端的电压信号，经过AD620进行放大，放大倍数为100倍，放大后的电压值如图4所示。
这样我们就可以得到电池的内阻值：
r=(128.749/100)/282.843= 0.00455mΩ
图2 3000AH电池等效内阻测量电路
图3 电流有效值
图4放大100倍后的电压值。
蓄电池仿真研究
蓄电池仿真研究一背景铅酸蓄电池是电力系统中一种常用的器件,在以前的仿真中,我们是把它一个电压源替代,但是实际上,电压源是无法准确描述蓄电池的各种工作特性的,尤其对于类似于UPS系统开发中，准确描述蓄电池特性是很重要的，例如放电工作时的端电压变化趋势对于检测电路正常工作，充电时的注入电流变化过程决定充电器的负载特性，等等。
本文的主要目的是介绍运用仿真工具分析蓄电池特性，以及蓄电池仿真模型中各种参数的理解和设置方法。
二蓄电池的基本特性铅酸蓄电池作为一个电化学设备，完整描述其性能是极其复杂的，描述其内部过程是化学领域的任务，我们这里关心的是它在电路中表现出来的外部性能，主要有以下一些。
2.1放电性能当蓄电池给电路供电的时候，处于放电状态，它具有以下一些基本特性。
2.1.1容量限制蓄电池是通过活物质反应产生电荷，当它放电时，这些活物质被消耗，在消耗到一定度以前，蓄电池端电压会维持在某个电平附近（有轻微下降），当超过这个限度，电压会急剧下降。
一般我们用电池以某个恒定电流放电的电压-时间曲线来表示，如图2－1。
通常，我们用一个电压和时间的曲线表示这种放电特性，电压急剧下降的转折点称为“拐点（knee point）”，表示这个时候活物质已经接近消耗殆尽，此时的对应电压称为放电终止电压，在应用中应该设置保护电路防止电池过放电，对应的时间则称为在该放电电流下的放电时间。
2.1.2 放电电流的影响通常电池的容量用安时（A.h）来表示，字面含义可以理解为指放电时间和放电电流的乘积，但是实际上，电池的容量是会随着放电电流而变化的，而且，电池的端电压的也是随着放电电流大小而变化的。
不同放电电流时的端电压--时间关系可以用图2－2表示。
从这个图中得出电池的放电时间和放电电流的关系如图2－3仿真结果可以看出，电池的放电时间和放电电流并非一个线性关系，容量是随着放电电流的加大而减小的。
2.1.3、恢复特性通常，蓄电池放电时会有一个放电终止保护电压，电池端子电压低于这个值，就应该终止放电，蓄电池在放电终止以后，电压会自动回升到某个值，即所谓的“恢复”特性，恢复后的电压和放电程度有关，如图2－4，是通过设定不同放电终止电压，可以看到不同放电深度的恢复特性。
铅酸蓄电池内阻参数等效电路建模及其仿真
• 84•蓄电池是工业生产、通信、交通等领域的重要后备电源,蓄电池的可靠性直接关系到用电设备的稳定与安全。
蓄电池内阻是对蓄电池最有效、测量最便捷的性能参数。
蓄电池内阻变化可以反映出电池容量的变化，蓄电池性能劣化状况可以从蓄电池内阻的改变表现出来。
为了分析电池内阻、工作温度、电池电量及电池开路电压间的关系，采用Simulink 建立单体铅酸蓄电池等效电路模型并对模型进行仿真，根据仿真结果分析了各因素之间的关系，仿真结果表明温度、电池电量、电池健康状态均会对电池内阻产生影响，检测电池内阻能有效的检测电池的劣化状况，能够通过电池内阻的变化估计电池性能。
蓄电池电流、电压、温度、内阻是蓄电池的重要参数，蓄电池容量降低，其内阻会升高，通过检测蓄电池内阻参数，能够快速检测蓄电池的劣化程度、容量状态等，蓄电池内阻增大标志着蓄电池性能的劣化。
通过对蓄电池组中的单体蓄电池进行内阻测试可以准确地掌握每个单体蓄电池的性能状态。
电池单体模型主要有等效电路模型和电化学模型，电化学模型表示了电池内部的化学反应过程，电化学模型系统级仿真相对比较复杂。
等效电路模型是通过一组线性或者非线性方程来模拟电池内部电路结构，由电压源、电流源、电阻、电感、电容等理想元件构成。
用理想电路元件构建电池模型来模拟电池行为是较好的电池仿真方法。
1 铅酸蓄电池内阻等效电路模型的建立1.1 电池等效电路简单模型等效电路简单模型将电池等效为电压源E 和等效电阻R 构成，如图1所示。
等效内阻R 恒定不变，R 的值通过电池电压和电流计算得到，即直流法测量内阻，由于电池内阻会受到复杂因素影响，R 的值会出现变化。
如电池电解液温度、电解液浓度、电池容量、电池使用时间等均会影响电池内阻，此模型不能有效的对电池进行仿真。
图1 简单电池等效模型1.2 戴维南模型如图2所示，电池内阻分为极化内阻和欧姆内阻两部分称为戴维南模型。
极化电阻及欧姆电阻大小与电池电量、电解液浓度、电流大小有密切关系。
铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真的报告,800字
铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真的报告，800字这篇报告将关注铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真。
我们将使用双型滤波技术进行仿真，并进行模型的参数估计。
我们将考虑建立和验证铅酸蓄电池模型的问题。
最后，我们将介绍参数估计的结果以及模型的验证。
一、概述铅酸蓄电池是一种常见的可充电电池，用于储存能量和提供电力。
为了研究其动态特性，在本文中，我们探究了铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真。
在讨论了相关理论基础之后，我们将使用双型滤波技术对铅酸蓄电池模型进行仿真。
二、理论基础为了完成铅酸蓄电池模型的仿真，我们首先需要重点考虑铅酸蓄电池动态模型的理论基础。
根据电池的结构，该模型由“充电/放电”和“漏电”两部分组成，如图1所示。
图1 铅酸蓄电池动态模型充电/放电部分由一个RC滤波网络和一个负反馈小信号放大器组成。
该RC网络只允许有限的电流流过，从而决定负载电压的有效输出，而放大器通过改变小信号幅值来控制电池的充放电电流。
漏电部分则由一个小信号参考电压控制的小信号反馈放大器组成。
反馈放大器的作用是将小信号从充/放电部分输出的电压作为输入，并控制电池的漏电截止时的电压。
三、仿真模型在研究理论基础之后，我们介绍了仿真模型。
我们使用双型滤波技术来仿真铅酸蓄电池模型。
在该技术中，我们利用可变低通和高通滤波器对模型参数进行估计，以建立模型并进行验证。
首先，我们需要根据输入向量d(t)，即负反馈小信号，估计电池模型的参数。
此外，我们需要学习其他参数，例如放大器的增益和小信号参考电压的值。
然后，我们利用这些参数建立模型，并根据该模型对电池的性能进行仿真，以确定动态行为。
四、参数估计结果根据上述步骤，我们成功估计了铅酸蓄电池模型的参数。
表1显示了参数估计结果。
表1 参数估计结果五、模型验证最后，我们根据上述步骤验证了所建立的铅酸蓄电池模型。
为了使用仿真结果对模型进行验证，我们使用实际测量值和仿真结果进行比较。
表2显示了实际和仿真结果的比较，其中误差小于±5%，证明模型的准确性。
大容量动力铅酸蓄电池建模方法
大容量动力铅酸蓄电池建模方法杨占录;张国庆;王宗亮【摘要】This paper introduces the battery＇s modeling method based on electrochemical mechanism, electrochemical empirical formula, equivalent circuit, and artificial neural networks. It reviews other modeling methods used for the battery, and compares the merits and shortcomings of those model methods.%分别介绍了基于电化学机理、电化学经验公式、等效电路以及基于神经网络的蓄电池建模方法，并对当前正在使用的其他蓄电池建模方法进行了概述。
对建模方法的优缺点进行了对比。
【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】3页(P35-37)【关键词】铅酸蓄电池;数学模型;等效电路;神经网络【作者】杨占录;张国庆;王宗亮【作者单位】海军潜艇学院,山东青岛266042;海军潜艇学院,山东青岛266042;海军潜艇学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TP912.90 引言随着传统能源供应的日益紧张以及人们环保意识的提高，各大汽车制造商竞相推出或准备推出电动汽车。
大部分电动汽车使用大容量动力电池，其中就有铅酸蓄电池。
所有电动汽车都有电池管理系统（BMS），BMS对电池的当前状态进行检测，并根据使用情况对未来的状态做出预测，这就需要建立蓄电池的数学模型。
本文介绍几种常见的蓄电池模型建立方法。
1 基于电化学机理的建模方法蓄电池内部电解液所含有的活性物质，其浓度损失百分比可表示为：式中：C*为初始浓度；C(t)为电解液中t时刻活性物质的浓度；时间t的取值范围[0，L]，L为放电总时间，s(t)为t时刻的荷电状态SOC。
基于Simulink-s函数的铅酸蓄电池动态模型仿真
基于Simulink-s函数的铅酸蓄电池动态模型仿真邹益民【摘要】介绍了一种基于铅酸蓄电池的三阶动态模型,并对其采用Simulink的S 函数进行了仿真研究.考虑到铅酸蓄电池充放电特有的非线性及温度特性,建立了蓄电池的荷电状态、放电深度与充放电电流电压之间的动态关系.Simulink中可用S-Function方便灵活地构建各种自定义仿真模型,使用Simulink中的S-Function builder模块快速构建了蓄电池动态模型.仿真结果表明,铅酸蓄电池的三阶动态模型完全能够满足应用需求.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2015(037)002【总页数】3页(P33-34,50)【关键词】Simulink;s-函数;铅酸蓄电池;动态模型;仿真【作者】邹益民【作者单位】南京铁道职业技术学院通信信号学院,江苏南京210031【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言独立运行的光伏系统中，常使用蓄电池作为贮能环节，由于铅酸蓄电池具有较高的性价比，故得到了广泛应用。
蓄电池的充放电控制技术直接关系到光伏系统的性能及使用寿命，故对蓄电池充放电过程理论模型的研究具有十分重要的意义。
MATLAB/Simulink在系统的建模，仿真和分析中得到广泛应用［1-2］。
尽管Simulink已为用户提供了丰富的内置模块库，但在实际仿真应用中，仍常会遇到一些特殊的功能模块在其内置模块库中无法直接获取。
Simulink中的S函数(S-Function)即提供了此种机制，它允许用户使用MATLAB、C等语言，方便地创建任意可由算法描述的用户自定义模块［3］。
本研究来源于江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目《基于光伏技术的LED铁路信号灯研制》，本论文重点探讨利用Simulink的S函数，快速构建蓄电池动态仿真模型，并据此研究蓄电池的充放电特点。
1 铅酸蓄电池建模铅酸蓄电池内部的电化学反应是一个非常复杂的非线性过程，对其建模比较困难。
铅酸电池充放电过程中的模拟与分析
铅酸电池充放电过程中的模拟与分析铅酸电池是一种常见的蓄电池，被广泛应用于汽车、UPS等领域。
在使用铅酸电池时，一般需要进行充电和放电过程，这就需要对其进行模拟与分析。
一、铅酸电池的充电过程在铅酸电池的充电过程中，电池内部化学反应会导致正负极之间的极板上生成铅和铅氧化物。
电池内部产生的化学反应可以用以下方程式表示：正极：PbO2 + H2SO4 + 2e- → PbSO4 + 2H+ + H2O负极：Pb + H2SO4 + 2H+ → PbSO4 + 2H2O + 2e-整体化学反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O其中，正极产生的氧化反应是吸收电荷的反应；负极产生的还原反应是放出电荷的反应。
因此，在铅酸电池的充电过程中，电荷流是从电源的正极流入电池的负极，电池内的化学反应就会不断发生，将电能储存为化学能。
在充电过程中，电池的电压会逐渐升高。
在充电电流施加之初，由于电解液中的还原剂浓度较低，电池的电压变化比较缓慢。
当充电时间延长，还原剂的浓度逐渐增加时，电池电压的变化就会更加明显。
另外，当电池充满电之后，虽然电流依旧存在，但是电池的电压会保持在充满电压值左右。
二、铅酸电池的放电过程在铅酸电池的放电过程中，铅酸会从负极的极板上生成铅，同时氢气从正极上氧化。
电池内部的反应式如下：正极：PbO2 + H2SO4 + 2H+ + 2e- → PbSO4 + 2H2O负极：Pb + H2SO4 → PbSO4 + 2H+ + 2e-整体化学反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O放电过程中，电池内部的化学反应可以将存储的化学能转化为电能。
这时，电荷流的方向是从电池的负极流向电源的正极，因为电荷释放的反应是在负极上发生的。
在放电过程中，电池的电压也会随着时间的流逝而降低。
放电的初始电流是比较大的，但是随着反应的进行，电流会逐渐减小，直至电池放空电。
(完整)Simulink-电池模型
Simulink 自带电池模型翻译说明(部分内容）电池通用的电池模型。
路径Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Electric Drives / Extra Sources说明该电池模块实现了用参数化通用动态模型来表示当下最流行的可充电电池类型。
下图为该电池模块的等效电路。
对于铅酸蓄电池，采用以下数学模型： 放电模型(*i 〉0）:**110()(,,,)(0)()t t t t Q Q Exp s f i i i Exp E K i K i Laplace Q i Q i Sel s -=-⋅⋅-⋅⋅+⋅-- 充电模型（*i <0）：**120()1(,,,)()0.1()t t t t Q Q Exp s f i i i Exp E K i K i Laplace i Q Q i Sel s s-=-⋅⋅-⋅⋅+⋅+⋅-式中，— E 0为常数电压，V 。
- Exp （s ）为指数区域特性，V 。
- Sel （s)代表电池模型，Sel （s)=0为放电过程，Sel(s)=1为充电过程。
- K 为极性常数，V/Ah ，或者极性内阻，Ω。
— i*为低频电流特性，A 。
— i 为电池电流。
- i t 为提取容量，Ah - Q 为最大电池容量，Ah其他电池数学模型略。
充放电特性（仅铅酸电池)根据放电特性，可以修改等效电路的参数来表示特定的电池类型。
一个典型的放电曲线包含三部分。
第一部分表示电压以指数下降时该区域电量，下降的宽度取决于电池类型.第二部分表示电池达到标称电压前的可用电量。
第三部分表示电压迅速下降时电池可用电量。
当电池电流为负值时，按照以下充电特性充电。
温度影响衰老效应略参数:●Parameters Tab●Discharge Tab●Temperature Tab●Aging TabParameters TabType(类型)：有四种类型，选择需要的类型。
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铅酸蓄电池动态等效电路的模型仿真张亮【摘要】分析了铅酸蓄电池的三阶动态模型,并在Simulink中建立了其数学模型.通过对铅酸蓄电池动态过程的仿真实验,分析了其在充电、放电过程中的机理与特性.仿真结果表明,该模型能较精确地反映铅酸蓄电池的放电特性,为后续的应用研究提供借鉴.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)004【总页数】5页(P342-346)【关键词】铅酸蓄电池;储能技术;三阶动态模型;仿真建模【作者】张亮【作者单位】上海振华重工股份有限公司陆上重工设计研究院,上海200125【正文语种】中文【中图分类】TM912;TM743Keywords:lead-acidbattery;energystoragetechnology;third-orderdynamicmodel;simulationmodel将大规模铅酸蓄电池储能装置应用到新能源发电系统中是平抑风电出力波动,改善风电并网性能,提高风电可调度性的有效途径.[1-3]与其他类型蓄电池相比,铅酸蓄电池技术成熟且性能良好,具有成本低廉、比能量适中、高低温性能良好、效率较高的特点,在各个领域得到了广泛应用,因此对铅酸蓄电池的动态特性和运行规范有必要进行深入研究.[4-5]铅酸蓄电池的充放电过程是电能与化学能相互转换的过程,且内部的电化学反应是一个复杂的动态非线性过程.在电气研究领域中,希望采用常见的电气元件对铅酸蓄电池的等效电路进行精确模拟,从而能够准确、清楚地描述铅酸蓄电池的充放电特性.文献[6]介绍了一种基本电路模型,该模型考虑了电池内部的等效内阻,由理想电压源和一个定值内阻构成;文献[7]提出了一种Thevenin模型,该模型能较全面地反映电池的动静态特性,但该模型将欧姆内阻作为常数,未考虑不同SOC对内阻的影响,也没有考虑温度、电池老化和自放电等因素的影响.本文介绍了一种铅酸蓄电池的三阶动态模型,研究了该数学模型的物理意义,并在 Simulink中对铅酸蓄电池进行了建模与仿真,并对铅酸蓄电池的充放电过程进行了分析,验证了模型的准确性和有效性.铅酸蓄电池的工作原理就是通过内部的电化学反应将电能与化学能相互转化,以实现充放电功能.该电化学反应式为蓄电池充放电特点如表1所示.图1为铅酸蓄电池的初等模型.该初等模型由理想电源E0和等效内阻r组成,且等效电路的端电压为U,流过电池的电流为I.其简单之处在于没有考虑由电解液浓度变化,以及电池的SOC值等因素而引起电池内阻的变化情况.[8-9]图2为铅酸蓄电池的动态模型.该模型的主反应支路由RC支路和理想电池E组成,电流Ip的流向是寄生支路.主反应支路中具有电极反应、能量散发以及欧姆效应,而寄生支路则是考虑了充电时的析气反应.[10]在图2所示的动态模型的基础上,出现了三阶动态模型,其结构如图3所示.该模型中包括2个由RC网络构成的主反应支路和1个寄生支路.通过对铅酸蓄电池各种等效电路的分析与对比,以三阶动态模型为基础对铅酸蓄电池进行建模,并在Simulink中进行仿真验证.模型由主反应支路与寄生支路构成,并具有电极反应、能量散发、欧姆效应以及析气反应的性质.此外,模型的输入量为温度Ta和电流I,输出量为电池电压U0,放电电量Qe和电解液温度T.考虑到铅酸蓄电池中寄生支路的析气反应等副作用,在仿真模型中应减小Ip和Upn的值,从而降低寄生支路对主反应支路的影响.模型的输入输出关系如图4所示.仿真实验的初始化数据是以航空7-HK-182型铅酸蓄电池的相关数据为依据.实验参数如表2所示.[11]应用Matlab/Simulink对铅酸蓄电池进行放电等效电路的仿真建模,其模型的仿真结构如图5,图6,图7所示.动力学方程如下式中:I1——电池放电电流;τ1——经验参数,取值为7 200s;Ps——热源功率;Ta——环境温度;RT——电池与空气之间的等效电阻;CT——蓄电池比热容.根据式(1)至式(3)的输出值得到铅酸蓄电池等效SOC和DOC计算公式为:通过仿真模型的模拟,对铅酸蓄电池进行放电特性仿真.其SOC和DOC的波形如图8所示.由图8可以看出,在放电初期,由于电池处于饱和状态,其相应的充满程度为100%(放电仿真模型中整个寄生支路被忽略,故默认电池在放电之前自放电为零).随着时间的推移,放电开始,电池容量也随之减少.当电池放电到一定程度后,由于其活性物质的减少,放电电压达到放电终止电压U=2.88V(深度放电将影响铅酸蓄电池的容量及使用寿命),其放电过程结束,而电池内部容量及相对充满程度也随之降低.铅酸蓄电池对外放电的电压波形如图9所示.由图9可知,铅酸蓄电池的电压幅值随放电时间的推移而缓慢下降.若改变模型的原始数据I1,使I1减小至原来的1/2,再进行仿真实验,其铅酸电池的主要参数曲线如图10所示.由图8至图10的2组仿真结果可知,铅酸蓄电池的SOC和DOC曲线是随着放电电流大小呈线性变化的,当放电电流减小为原来的一半时,放电初始阶段的放电电压变化缓慢,其最终所体现的电池剩余容量相同.由此可见,电池内部可参与反应的活性物质是影响铅酸电池放电特性的重要因素.铅酸蓄电池放电电流越小,其对外电压变化越平缓,极化程度越低,从而使得工作电压下降较少.铅酸蓄电池本身是一个具有复杂物理体系与化学反应的整体,在很多铅酸蓄电池的等效模型中定义了各种参数,通过对所含参数的分析与设定,才能验证模型的有效性.本文所采用的三阶动态模型考虑了电池的非线性状态对蓄电池的影响,通过对电池的端电压、电极反应、荷电状态等状态量的描述,在现有数据的基础上,对铅酸蓄电池进行了仿真建模,较准确地反应了铅酸蓄电池的充放电特性,对铅酸蓄电池的后续研究具有重要意义.[1] 严干贵,谢国强,李军徽,等.储能系统在电力系统中的应用综述[J].东北电力大学学报,2011,31(3):7-12.[2] 张宇,俞国勤,施明融,等.电力储能技术应用前景分析[J].华东电力,2008,36(4):91-93.[3] 谢石骁,王乔来.混合储能系统在分布式发电系统中的应用 [J].华东电力,2011,39(7):1 179-1 182.[4] 王育飞,王辉,符杨,等.储能电池及其在电力系统中的应用 [J].上海电力学院学报,2012,28(5):417-422.[5] 李军徽,焦健,严干贵.铅酸蓄电池三阶动态模型的仿真研究 [J].东北电力大学学报,2013,33(1):103-108.[6]CHANHL,SUTANTO.Anewbatterymodelforusewithbatteryenergystoragesystemsandelectricvehiclespowersystem[C].IEEEPowerEngineeringSocietyWinterMeeting,2000:1-4.[7] 王治国,高玉峰,杨万利.铅酸蓄电池等效电路模型[J].装甲兵工程学院学报,2003,17(1):78-81.[8] 蒋凯,李浩秒,李威,等.几类面向电网的储能电池介绍[J].电力系统自动化,2013,37(1):47-53.[9] 金晓东,丁明,茹美琴.分布式发电系统中的蓄电池模型[J].仪器仪表用户,2008,15(2):88-90.[10] 张彦琴,胡博,冯能莲,等.混合动力汽车铅酸电池模型和试验研究[J].北京工业大学学报,2011,37(12):1 869-1 873.[11] 郭占玺,黄贵.某型航空电源车前、后发动机启动及控制系统改用一组电源的实现[J].移动电源与车辆,2009,11(2):38-40.谢国强,李军徽,等.储能系统在电力系统中的应用综述[J].东北电力大学学报,2011,31(3):7-12.[2] 张宇,俞国勤,施明融,等.电力储能技术应用前景分析[J].华东电力,2008,36(4):91-93.[3] 谢石骁,王乔来.混合储能系统在分布式发电系统中的应用 [J].华东电力,2011,39(7):1 179-1 182.[4] 王育飞,王辉,符杨,等.储能电池及其在电力系统中的应用 [J].上海电力学院学报,2012,28(5):417-422.[5] 李军徽,焦健,严干贵.铅酸蓄电池三阶动态模型的仿真研究 [J].东北电力大学学报,2013,33(1):103-108.[6]CHAN HL,SUTANT O.Anewbatterymodelforusewithbattery energy storage systemsandelectric vehicles power system [C].IEEE PowerEngineeringSocietyWinterMeeting,2000:1-4.[7] 王治国,高玉峰,杨万利.铅酸蓄电池等效电路模型[J].装甲兵工程学院学报,2003,17(1):78-81.[8] 蒋凯,李浩秒,李威,等.几类面向电网的储能电池介绍[J].电力系统自动化,2013,37(1):47-53.[9] 金晓东,丁明,茹美琴.分布式发电系统中的蓄电池模型[J].仪器仪表用户,2008,15(2):88-90.[10] 张彦琴,胡博,冯能莲,等.混合动力汽车铅酸电池模型和试验研究 [J].北京工业大学学报,2011,37(12):1 869-1 873.[11] 郭占玺,黄贵.某型航空电源车前、后发动机启动及控制系统改用一组电源的实现[J].移动电源与车辆,2009,11(2):38-40.。