[發明專利]一種基于互聯觀測器的車用鋰電池荷電狀態估計方法

在審

• 申請號: 201910370131.1
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN110412483A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 龐輝;武龍星;劉楠;牟聯晶;郭龍;姚睿
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01R31/396
• 分類號: G01R31/396;G01R31/387;G01R31/367;B60L58/12
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

一種基于互聯觀測器的車用鋰電池荷電狀態估計方法，步驟包括：步驟1、構建鋰電池的動力學方程，建立一種考慮液相動力學的鋰電池擴展單粒子模型；步驟2、提出一種可同時實現對電池正、負電極濃度分布估計的鋰電池雙向互聯觀測器；步驟3、結合步驟1中的鋰電池擴展單粒子模型和步驟2中所構建的互聯觀測器，提出并驗證方法；本發明所提出的基于互聯觀測器的車用鋰電池荷電狀態估計方法能夠同時對電池正、負電極的荷電狀態進行估計，具有工程應用價值；解決了現有基于電化學模型的車用鋰電池荷電狀態估計僅能對一個電極荷電狀態進行估計，同時鋰電池出現老化時無法保證正、負電極鋰離子摩爾數仍守恒，從而出現鋰電池荷電狀態估計誤差較大的問題。

技術領域

本發明涉及新能源汽車電池管理技術領域，具體涉及一種基于互聯觀測器的車用鋰電池荷電狀態估計方法。

背景技術

近年來，鋰電池由于高能量密度、高輸出功率及長壽命等優點在新能源汽車中具有廣泛應用。作為構成鋰離子動力電池組的重要單元，鋰電池的精確建模和荷電狀態估計對于開發高效的電池管理系統 (batterymanagement system,BMS)具有十分重要的意義。

現有技術中，基于等效電路模型(equivalent-circuitmodel,ECM) 的鋰電池建模和內部參數識別方法以及不同的荷電狀態估計方法比較常用。然而，ECM模型利用電阻、電容等元器件模擬鋰電池輸出電壓,對于前期電池的實驗具有很強的依賴性,且模型參數也不能完全對應鋰電池內部實際的物理電化學狀態變量。因此，為了更準確的表征鋰電池內部的電化學行為與物理特性，需要構建一種基于電化學模型來對鋰電池的荷電狀態進行估計。

盡管已有基于電化學模型的鋰電池荷電狀態估計方法，但均假定鋰電池正、負電極的鋰離子摩爾數是恒定的,這使得兩個電極的鋰濃度狀態存在一定的代數關系,從而使得該類電化學模型僅能對單個電極荷電狀態是可觀測的。然而當鋰電池出現老化時,鋰電池正、負極鋰離子濃度的守恒就難以保證，這將導致鋰電池的荷電狀態估計出現較大誤差。

綜上所述，提出一種能夠同時了解鋰電池正、負電極的荷電狀態估計方法是目前新能源汽車電池管理技術領域中研究的關鍵性問題。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于互聯觀測器的車用鋰電池荷電狀態估計方法，基于多孔電極理論和濃度理論提出一種考慮液相動力學行為的鋰電池擴展單粒子模型(ESPM 是enhanced single particle model的英文簡稱)，在該模型基礎上進一步簡化，提出該方法可實現同時對鋰電池的正、負電極荷電狀態進行估計，有效提高了鋰電池管理系統荷電狀態估計的準確性；本發明解決了現有基于電化學模型的車用鋰電池荷電狀態估計僅能對一個電極荷電狀態進行估計，同時鋰電池出現老化時無法保證正、負電極鋰離子摩爾數仍守恒，出現鋰電池荷電狀態估計誤差較大的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于互聯觀測器的車用鋰電池荷電狀態估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，構建鋰電池的動力學方程，建立一種考慮液相動力學的鋰電池擴展單粒子模型ESPM；

步驟2，提出一種可同時實現對正負電極濃度分布的鋰電池雙向互聯觀測器；

步驟3，結合步驟1中的鋰電池擴展單粒子模型ESPM和步驟2 中所構建的互聯觀測器，提出并驗證一種基于互聯觀測器的車用鋰電池的荷電狀態估計方法。

步驟1具體做法是：

鋰電池是一種恒流等溫電化學模型，構建一種考慮液相動力學行為的鋰電池ESPM模型，其中主要包括的鋰電池電化學動力學方程有：固相擴散方程、液相擴散方程、液相電荷守恒方程、固相電荷守恒方程、Bulter-Volmer動力學方程；應用有限差分法數值求解動力學方程，構建鋰電池輸出電壓及荷電狀態表達式分別為：