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摘要：為克服放電后期電壓拐點(diǎn)對鋅溴液流電池（ZBFB）荷電狀態(tài)（ SOC）辨識精度的影響，研究基于主成分分析（PCA）的鋅溴液流電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法。以提高鋅溴液流電池 SOC 參數(shù)辨識精度為目標(biāo)，特別是解決鋅溴液流電池在放電后期特有的電壓拐點(diǎn)非線性特性，在兼顧實(shí)際算力限制與運(yùn)行速率要求的條件下，對鋅溴液流電池SOC參數(shù)辨識算法進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，所提方法兼顧空間維度特征提取以及系統(tǒng)降維建模，可有效改善電壓拐點(diǎn)處的電池 SOC的辨識精度，為鋅溴液流電池的長時(shí)儲能應(yīng)用提供理論與算法分析基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：鋅溴液流電池；主成分分析；荷電狀態(tài)估計(jì)；電壓拐點(diǎn)；長時(shí)儲能
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2023.12.006
概述
目前鋅溴液流電池（Zinc Bromine Flow Battery，ZBFB）以其高可靠性、長壽命在長時(shí)儲能領(lǐng)域得到初步應(yīng)用。鋅溴液流電池本身存在電壓急劇變化的拐點(diǎn)以及電解液的不規(guī)則流動，使得鋅溴液流電池荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）參數(shù)模型具有很強(qiáng)的非線性，具體表現(xiàn)為存在大量對 SOC辨識產(chǎn)生影響的擾動參數(shù)，特別是放電后期電壓拐點(diǎn)導(dǎo)致采樣失真，使得開路電壓與安時(shí)積分等常規(guī)方法難以被直接應(yīng)用，而 SOC又是影響 ZBFB優(yōu)化控制的基礎(chǔ)參數(shù)。因此研究一種可滿足 ZBFB放電后期電壓拐點(diǎn)處 SOC辨識與校正的方法勢在必行。
研究表明，數(shù)據(jù)降維與特征數(shù)據(jù)提取是提高 SOC辨識精度的可行路徑之一。而主成分分析（PrincipalComponent analysis，PCA）的主要功能表現(xiàn)在以去除噪聲和非特征為表征的數(shù)據(jù)降維。目前 PCA 已在鋰電池容量估算、剩余使用壽命預(yù)測、多信號特征融合及風(fēng)電場等值建模等領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。其特點(diǎn)為從特征數(shù)據(jù)捕捉層面提升數(shù)據(jù)處理的抗干擾性，從而可有效抑制放電后期電壓拐點(diǎn)導(dǎo)致的采樣失真與數(shù)據(jù)丟失對SOC辨識精度的影響。
本文以提高 ZBFB電壓拐點(diǎn)處 SOC辨識精度為研究目的，立足于合作企業(yè)所設(shè)計(jì)的 ZBFB 樣機(jī)，在ZBFB進(jìn)行 100% 充放電的條件下，開發(fā)一種基于安時(shí)積分分析的 PCA 優(yōu)化計(jì)算方法，用于提高 ZBFB 電壓拐點(diǎn)處的SOC參數(shù)的辨識精度。對ZBFB電壓線性變化與非線性變化部分分別采用安時(shí)積分與 PCA 進(jìn)行SOC 評估，從算法改進(jìn)層面有效克服電池放電過程中出現(xiàn)的電壓拐點(diǎn)對 SOC計(jì)算的影響，提高 SOC計(jì)算的精度與效率，從高精度 SOC辨識角度為推進(jìn)鋅溴液流電池在長時(shí)儲能領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考基礎(chǔ)。
