[發明專利]一種多約束條件下的鋰離子電池功率狀態估計系統

有效

• 申請號: 202011161636.6
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112305426B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 沈佳妮;賀益君
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R31/378
• 分類號: G01R31/378;G01R31/367;G01R31/3842;G01R31/388
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及一種多約束條件下的鋰離子電池功率狀態估計系統，應用于具有微控制器以及存儲器的鋰電池儲能設備，該估計系統包括微控制器，通過微控制器控制的SOP估算器、電流表和電壓表，以及用以存儲微控制器所執行程序的存儲器，所述SOP估算器根據所述微控制器的控制進行SOP估算，并向所述微控制器發送估算結果，所述SOP估算器依次通過離線模型構建步驟和在線算法實施步驟實現鋰離子電池功率狀態估計。與現有技術相比，本發明具有實現更高精度的SOP估計，保證鋰電池SOC估計值的精確性和可靠性等優點。

技術領域

本發明涉及電池管理技術領域，尤其是涉及一種多約束條件下的鋰離子電池功率狀態估計系統。

背景技術

因具有能量密度大、輸出功率高、充放電壽命長等優點，鋰離子電池已廣泛應用于消費類電子、電動汽車、儲能電站等領域。鋰離子電池狀態包括荷電狀態(SOC，State ofCharge)、健康狀態(SOH，State of Health)及功率狀態(SOP，State of Power)。功率狀態是鋰離子電池系統實施功率分配的必要參數，對于保障系統高效、安全運行至關重要。目前，商用電池管理系統大多缺乏SOP估算功能。為解決該問題，有研究提出考慮電流、電壓、功率、溫度等限制，結合電池等效電路模型，實時進行SOP估計。但由于該方法常存在泰勒展開誤差，且缺乏多約束同步處理機制，SOP估計的精度和可靠性難以得到保證。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可實現高精度SOP估計的多約束條件下的鋰離子電池功率狀態估計系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種多約束條件下的鋰離子電池功率狀態估計系統，應用于具有微控制器以及存儲器的鋰電池儲能設備，該估計系統包括微控制器，通過微控制器控制的SOP估算器、電流表和電壓表，以及用以存儲微控制器所執行程序的存儲器，所述SOP估算器根據所述微控制器的控制進行SOP估算，并向所述微控制器發送估算結果，所述SOP估算器依次通過離線模型構建步驟和在線算法實施步驟實現鋰離子電池功率狀態估計。

所述SOP估算器的離線模型構建步驟的具體步驟包括：

1.1)對鋰離子電池進行開路電壓實驗，建立開路電壓模型，確定開路電壓與SOC的函數關系，確定開路電壓；具體地：

111)以恒流恒壓方式對鋰離子電池充電至截止電壓，并靜置一定時間；

112)以1C倍率電流對電池持續放電至特定SOC后，靜置1小時；放電電流定義為正值，充電電流定義為負值，整個過程中，鋰離子電池的端電壓及負載電流均以1Hz采樣頻率同步采集。

113)根據各靜置點的SOC及其所對應的開路電壓測量值，建立開路電壓與SOC的函數關系，確定開路電壓。

1.2)對鋰離子電池進行峰值功率測試特性測試，并基于所測電壓響應曲線數據建立等效電路模型，通過識別等效電路模型各參數，完成離線模型構建。

所述峰值功率測試特性測試對鋰離子電池先充電至滿充狀態，隨后以1C倍率放電至特定SOC，再以簡化的DST工況進行充放電，最后分別以多次先正后負的倍率依次進行脈沖充放，每個脈沖電流持續10s，按此操作不斷重復，直至到達放電截止電壓。

所述等效電路模型包括開路電壓，歐姆內阻以及一階或多階RC網絡，所述開路電壓根據步驟1.1)獲取，所述一階或多階RC網絡包括極化電阻和等效電容。

所述SOP估算器的在線算法實施步驟的具體步驟包括：

2.1)基于SOP的定義，在充放電過程中，對任意k時刻的電池峰值功率加以電流、電壓、SOC、峰值功率的多參數約束限制，結合多參數約束限制以及等效電路模型，將放電SOP估計問題和充電SOP估計問題分別轉化為尋找未來一段時間窗口L內可持續峰值功率的多約束非線性優化問題；