A comparative study of the LiFePO4 battery voltage models under grid energy storage operation

储能 电压 荷电状态 控制理论(社会学) 卡尔曼滤波器 电池(电) 磁滞 磷酸铁锂 工程类 计算机科学 功率(物理) 电气工程 物理 控制(管理) 量子力学 人工智能
作者
Zhihang Zhang,Yalun Li,Hewu Wang,Languang Lu,Xuebing Han,Desheng Li,Minggao Ouyang
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:75: 109696-109696 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.est.2023.109696
摘要

Lithium iron phosphate (LFP) batteries are widely used in energy storage systems (EESs). In energy storage scenarios, establishing an accurate voltage model for LFP batteries is crucial for the management of EESs. This study has established three energy storage working conditions, including power fluctuation smoothing, peak shaving, and frequency regulation. Four voltage models for commercial LFP batteries are developed, including the second-order resistor-capacitor equivalent circuit model, hysteresis voltage reconstruction model (HVRM), one-state hysteresis voltage model, and back-propagation neural network model. To evaluate model suitability in energy storage working conditions, we compare terminal voltage simulation accuracy, SOC estimation accuracy using the extended Kalman filter algorithm, and SOC calculation time. Overall, among the four models, the HVRM proves more suitable for energy storage scenarios, offering guidance for selecting an LFP voltage model in such conditions. Using the hysteresis model, we analyze the hysteresis open-circuit voltage (OCV) variations of LFP batteries in three energy storage scenarios. Research findings indicate that under frequency regulation, OCV exhibits high-frequency, small-amplitude variations, while under power fluctuation smoothing and peak shaving scenarios, OCV takes on a cyclic pattern. Considering the hysteresis OCV enhances Kalman gain matching, thereby improving SOC estimation accuracy.
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