论文部分内容阅读
铅酸电池是目前应用最为广泛的二次电池之一，在电力系统、通信基站和电动汽车等领域发挥着重要作用。全面准确的电池性能评估是保证相关系统稳定运行的基础。本课题基于电化学机理模型实现某商用阀控式密封铅酸蓄电池的性能仿真评估和寿命预测，具体工作如下： 首先，针对铅酸电池经典机理模型的描述全面求解复杂的特点，结合实际应用场景，对固相电势平衡过程、开路电势曲线和电极动力学过程进行近似处理，得到简化机理模型。之后研究模型的数值求解方法，对于偏微分方程组，兼顾计算的复杂程度和计算精度，采用五阶伽辽金法，同时根据边界条件选取余弦函数作为基底，最终实现模型的准确快速求解。 其次，为提高参数辨识的准确度，对待辨识参数进行敏感度分析，得到其可辨识性与放电倍率和放电深度的关系，为参数辨识过程的优化提供依据，亦可用于评价辨识结果的置信水平，作为内部健康特征提取的基础。之后针对简化机理模型待辨识参数较多的特点，采用合作型协同进化遗传算法实现参数辨识过程，对于算法早熟收敛和局部最优的问题，加入灾变算子和搜索空间扩展算子，有效地改善了算法的性能。经实验验证，采用该辨识方法得到的参数误差很小，能够准确地模拟电池的电压特性。 最后，基于简化的机理模型和获取的参数实现对某商用阀控式密封铅酸蓄电池的典型特性的仿真，包括电池端电压、放电容量和恒功率放电时间等。然后设计电池的循环寿命试验，应用单因素方差分析法提取表征电池健康状态的内部特征，并结合电池反应机理分析其退化规律。之后采用状态跟踪领域内具有独特优势的粒子滤波算法，基于机理模型和内部健康特征的退化规律建立铅酸电池寿命预测的状态空间模型，实现电池剩余寿命的预测，给出电池失效的点估计值，并以置信区间和概率密度分布直方图的形式表达预测结果的不确定性，实验结果显示，该方法能够较好的预测电池的剩余使用寿命。