理想电压源,输出电压等于OCV,且不随电流变化,显然是误差最大的模型。
Z表示SOC。
该模型,采用与SOC相关的OCV改进模型,相当于理想的电压源由值等于OCV(z(t))的受控电压源代替,减小了模型误差,如果再考虑温度T,OCV(z(t),T(t))则误差进一步减小。(查表法和插值的方法容易处理)
这符合我们对于电池的认知,输出电流,有压降是很自然的,模型精度进一步提高,注意电池的电阻通常是电池SOC的函数,同时也是是电池内部温度的函数。如果在R0中考虑这些Z和T的依赖性,则继续提高模型精度。
极化是指由于电流通过电池而导致电池的输出电压远离OCV的任何偏离。前面的等效电路模型中,通过i(t)×R0项建模了瞬时极化。但真实的电池具有更复杂的行为,例如,输出电流时,电压极化随着时间缓慢地变化,停止输出电流后计划随着时间缓慢衰减。
因此,增加RC并联电路
针对的RC电路的时间常数概念可以参考,知乎用户:如何理解“时间常数(time constant)”这个概念?
通过调整RC的值,可以近似电压随时间的曲线变化。同样,使用两个或更多个RC并联子电路的电路中可以进一步提高模拟精度。一般来说两个RC可以得到足够的精度同时没有过大的计算能力要求。
同样,注意到电池的扩散电压响应通常是电池的SOC及其内部温度的函数。如果将R1和C1建模为z(t)和T(t)的函数,则可以更近一步的提高模拟精度。
实际电池使用中,可以发现如果我们将电池放电至50%SOC然后停止放电,则平衡后的电压低于OCV;而如果将电池充电至50%SOC然后停止充电,则平衡后电压高于OCV。这些观察结果表明电池端电压存在滞后现象。(LFP更加明显)这会导致每个SOC都有一系列可能稳定的静止电压值。(模拟精度收到严重的挑战)
显然,滞后电压同SOC以及电池温度也存在相关性,考虑这个相关系进一步提升模型精度
通过优化模型和参数值,测量和预测的电池电压可以有非常好的一致性。这对于许多BMS的控制算法开发而言已经是足够强大了。