[發明專利]一種實現鋰離子電池等效溫度在線估計的方法

有效

• 申請號: 201910029488.3
• 申請日: 2019-01-13
• 公開（公告）號: CN109633454B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 宋晨路;徐濤;劉涌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種實現鋰離子電池等效溫度在線估計的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)根據電池不同真實溫度下電化學阻抗譜分析，建立鋰離子電池電荷轉移電阻R_{ct_0}與電池真實溫度T_r關系模型，記為R_{ct_0}＝f(T_r)；

2)在實際工況條件下，引入SOC修正系數f_s和電流倍率修正系數f_i，分別用于修正SOC和電流倍率對電荷轉移電阻的影響，建立適用于工況下的電荷轉移電阻R_ct與電池溫度T關系模型，記為R_ct＝f_s*f_i*f(T)；

其中，引入電流倍率修正系數f_i用于修正電流倍率對電荷轉移電阻的影響，具體如下：

利用電化學反應動力學butler-volmer方程，推導得到電流倍率修正系數f_i表示如下：

其中，i為電流，S為反應表面積，T為電池溫度，i₀為交換電流密度，i₀是反應平衡電位下，反映電極絕對反應速率的一個量，與溫度的關系滿足阿倫尼烏斯公式；采用離線測量的方法，建立交換電流密度i₀與電池溫度T的關系表達式i₀(T)，具體步驟如下：

a、將同一個鋰離子電池在兩個不同測試溫度T₁、T₂下擱置足夠時間，分別測試不同電流倍率下的電荷轉移電阻R_ct(i,T₁)、R_ct(i,T₂)；

b、分別計算兩個溫度下，不同電流倍率下的電流倍率修正系數f_i(i,T₁)＝R_ct(i,T₁)/R_ct(i→0,T₁)、f_i(i,T₂)＝R_ct(i,T₂)/R_ct(i→0,T₂)，R_ct(i→0,T)表示溫度T下電流i趨于0時的電荷轉移電阻值；再利用公式(2)的f_i表達式分別擬合得到溫度T₁、T₂下交換電流密度i₀(T₁)、i₀(T₂)；

c、分別將T₁、i₀(T₁)和T₂、i₀(T₂)代入阿侖尼烏斯公式，得到系數A_i、B_i，從而獲得交換電流密度i₀與電池溫度T的關系表達式i₀(T)：

3)將電池等效電路模型中的電荷轉移電阻用R_ct＝f_s*f_i*f(T)替代，以電池溫度T作為狀態變量，利用擴展卡爾曼濾波算法估算得到電池溫度T，以此作為電池工況下的等效溫度，實現電池等效溫度的在線估計。

2.如權利要求1所述的實現鋰離子電池等效溫度在線估計的方法，其特征在于：步驟1)中，對鋰離子電池不同真實溫度下的電化學阻抗譜分析前，電池需在測試溫度下擱置足夠時間，測試溫度可視為電池真實溫度。

3.如權利要求1所述的實現鋰離子電池等效溫度在線估計的方法，其特征在于：步驟1)中，通過對鋰離子電池不同真實溫度下的電化學阻抗譜分析，得到電荷轉移電阻R_{ct_0}在不同電池真實溫度的值，再利用阿倫尼烏斯方程對其擬合，得到R_{ct_0}與電池真實溫度T_r關系模型的表達式：

其中，T_r表示電池真實溫度，R_{ct_0}表示電化學阻抗譜分析所得電荷轉移電阻，A、B為擬合系數。

4.如權利要求1所述的實現鋰離子電池等效溫度在線估計的方法，其特征在于：步驟3)中，利用擴展卡爾曼濾波算法估算電池溫度T的具體步驟如下：

狀態方程為：令x_k＝T_k

x_k＝x_k-1+ω_k (4)

量測方程為：

y_k＝U_0,k＝OCV_k+U_ct,k(x_k)+U_p,k+R_b*i_k+ν_k (5)

其中U_ct表示R_ct兩端電壓值，其表達式為：

其中下標k表示第k個時刻，x表示狀態變量，y表示量測值，τ表示與R_ct相關時間常數，i表示電流，U₀表示電池端電壓，OCV表示電池開路電壓，U_p表示極化電壓，R_b表示歐姆內阻，ω表示過程激勵噪聲，v表示觀測噪聲；

在擴展卡爾曼濾波算法中，根據電池等效電路模型計算得到電池端電壓的估計值，再與實測電池端電壓做差值后，乘以卡爾曼增益得到下一時刻電池溫度估計值，以此作為電池等效溫度，實現電池等效溫度的在線估計。