State of Charge Estimation in a High Temperature Sodium Nickel Chloride Battery Using Kalman Filter

• Main Author: Martinsson, Patrik
• Format: Others
• Language: English
• Published: Linköpings universitet, Institutionen för systemteknik 2008
• Subjects: Kalman Filter; Extended Kalman Filter; Filter Bank; High Temperature Battery; Automatic control; Reglerteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-11173

In today’s heavy industry there are applications demanding high power supply in certain periods of a working cycle. A typical case might be startup of heavy machinery or just keeping a certain point in a distribution network at a certain energy level. To deal with this different techniques might be used, one way is to introduce a battery as an energy reserve in the system. One battery studied at ABB for this purpose is the so called High Temperature Sodium Nickel Chloride battery and a model of this battery has been developed at ABB. When operating a battery of the mentioned type in an application it is important to keep track of the energy stored in the battery. Earlier tests has shown that this is difficult in a noisy environment. This master thesis investigates if a Kalman filter may be used to estimate the energy stored in the battery. The investigation is performed in steps, starting with a simplified model of the battery and then expanding to a more complete model. Evaluation of the methods and algorithms used is made by simulations and based on the assumption that there is a good model available. The model is special in such a way that it has a varying number of states despite that the number of outputs remains the same. Some comparisons with actual measurements are also made and an analysis of the parameters in the model along with an introduction to the system identification problem is discussed, assuming that the structure of the model is correct. === I dagens tunga industri finns applikationer som kräver höga effektuttag under vissa perioder av en arbetscykel. Ett typiskt fall kan vara uppstart av tunga maskiner eller att hålla en given spänningsnivå i en belastningspunkt i ett distributionsnät. För att hantera detta finns olika metoder, en möjlighet är att använda ett batteri som en energireserv. Ett högtemperaturbatteri har studerats på ABB för detta ändamål och en model av detta batteri har tagits fram. När ett sådant batteri används är det viktigt att kontinuerligt veta hur mycket energi som finns till förfogande i batteriet. Tidigare tester har visat att detta är svårt i en brusig miljö. I detta examensarbete kommer det undersökas om ett Kalman filter kan användas för att skatta energin i detta batteri. Undersökningen sker i steg och startar med en förenklad modell som sedan utvecklas till en mer komplett modell. Utvärdering av de metoder och algoritmer som används sker via simuleringar och baseras på antagandet att modellen är komplett och riktig. Denna modell är speciell på det sätt att den har ett variabelt antal tillstånd trots att antalet utsignaler är konstant. Viss jämförelse med de mätningar som finns tillgängliga görs och en inledande analys av de ingående modellparametrarna presenteras. Även en introduktion till det omfattande systemidentifieringsproblemet diskuteras, med antagandet att modellens struktur är korrekt.