[發明專利]一種基于電壓滯后效應的鋰電池建模方法和系統

有效

• 申請號: 201910355957.0
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110208704B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 楊世春;何瑢;華旸;郭斌;閆嘯宇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/388
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 高麗萍

本發明提供了一種基于電壓滯后效應的鋰電池建模方法和系統，該方法包括：步驟A：對鋰電池進行某溫度下的恒流恒壓充電和不同溫度、倍率下的脈沖充放電測試實驗，獲取鋰電池充放電端電壓與鋰電池荷電狀態之間的函數關系，進而分析確定開路電壓中的滯后電壓響應；步驟B：建立鋰電池綜合模型，所述鋰電池綜合模型融合了具有由鋰電池荷電狀態獲取的鋰電池開路電壓的二階非線性的等效電路模型以及描述動態滯后電壓的滯后模型；步驟C：分別對鋰電池綜合模型中的動態參數進行辨識；步驟D：將所獲得的動態參數進行仿真驗證。該建模方法為鋰電池模型的精度與實時性提供保障，能夠為基于模型的SOC估計方法提供更精確的信息，進一步提高了BMS的性能。

技術領域

本發明涉及電動汽車動力電池管理技術領域，具體涉及一種基于電壓滯后效應的鋰電池建模方法和系統。

背景技術

近百年來隨著道路上汽車數量的暴增，給自然環境、工作生活帶來了越來越多的危害：能源危機、霧霾頻發、交通堵塞等，汽車反而成為了社會進一步發展的障礙。在能源和環境的雙重危機下，結合國情與汽車產業發展現狀，我國不斷推廣電動汽車(包括純電動汽車EV、插電式混合動力汽車PHEV)和燃料汽車FCEV等環保類型的汽車，致力于實現零排放、零污染和能源轉型。

鋰離子電池由于其能量密度高、成本低、循環壽命長已經廣泛應用在電動汽車上作為能量存儲單元，為了保證電池組的安全可靠，需要動力電池管理系統(BMS)監控電池運行過程中的實時狀態以控制充放電過程。同時，一個安全可靠的BMS還可以通過電池均衡，提高續航里程，延長電池使用壽命，否則，將會對電池造成不可逆的損害。通常，BMS采用模型來描述動力電池在使用過程中的變化特征，通過所建立的數學模型可以表示電池內部的化學反應原理和外部電壓電流之間的關系，獲取電池荷電狀態信息(SOC)，得到剩余續航里程，避免過充過放，因此精確的鋰離子電池模型可以為基于模型的SOC估計方法提供更精確的信息，對于BMS的性能至關重要。SOC的不準確會降低用戶滿意度，是企業亟待解決的技術難題。

由于電化學電池非線性特征明顯，目前廣泛使用的有3種電池模型：電化學模型、等效電路模型(ECM)和黑箱模型(數據驅動模型和神經網絡模型)。其中ECM由于未知參數少、計算簡單應用較為廣泛。模型中包含有：被控電壓源表示電池開路電壓(OCV)，歐姆電阻表示直流內阻和RC并聯電路表示電池內部極化反應。其中OCV-SOC關系對SOC估計過程中初值的獲取至關重要，然而，由于電池OCV-SOC曲線平坦，存在滯后電壓響應，直接影響電池模型的準確性與實時性，即使是較小的OCV誤差也會增大SOC估計誤差。

由于OCV-SOC關系通常是根據先驗的充放電測試確定的，因此必須保證實驗的精確同時進行參數校準，基于容量增量的分析方法已被用來測量OCV和OCV滯后，但是當初始SOC值不正確，會抵消充電和放電的OCV-SOC曲線，得到的滯后電壓部分通常存在較大誤差。因此，準確估計OCV之后電壓對SOC估計至關重要，而現有的OCV測試都沒有考慮時間對于滯后參數間耦合的作用，因此本發明除了建立了電池的綜合模型外，也提出了新的滯后測試方法，用來獲取精確的滯后電壓響應。

發明內容

針對現有的鋰離子電池模型準確性低和實時性差導致增大SOC估計誤差從而影響影響鋰電池使用壽命以及存在安全隱患等問題，本發明提供了一種基于電壓滯后效應的鋰電池建模方法，通過獲取鋰電池充放電端電壓與SOC的函數關系來確定開路電壓的滯后電壓響應，為鋰電池模型的精度與實時性提供保障，能夠為基于模型的SOC估計方法提供更精確的信息，進一步提高了BMS的性能。本發明還涉及一種基于電壓滯后效應的鋰電池建模系統。

本發明技術方案如下：

一種基于電壓滯后效應的鋰電池建模方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：

步驟A：對鋰電池進行某溫度下的恒流恒壓充電以獲取鋰電池容量信息，再進行不同溫度、倍率下的脈沖充放電測試實驗獲取鋰電池充放電端電壓與鋰電池荷電狀態之間的函數關系，進而分析確定開路電壓中的滯后電壓響應；