[發明專利]基于電化學過程的全SOC范圍鋰離子電池等效模型

有效

• 申請號: 202110443302.6
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113176503B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王大方;楊博文;金毅;張齊;汪井威;李旭;郝自偉;董浩崧;張畢;孫旭;陳仕欽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;威海天達汽車科技有限公司
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/3842
• 代理公司: 威海聚睿知識產權代理事務所(普通合伙) 37352
• 代理人: 丁宏斌

1.一種基于電化學過程的全SOC范圍鋰離子電池等效模型，其特征在于包括鋰離子電池實時SOC模擬模型和鋰離子電池端電壓響應模擬模型兩部分；

所述的鋰離子電池實時SOC模擬模型由三個電容C_capacity、C_ds1、C_ds2，兩個電阻R_ds1、R_ds2以及兩個分別由外電流I和電流I_dl控制的電流源一和電流源二組成，電路結構為：電阻R_ds1和電容C_ds1并聯、電阻R_ds2和電容C_ds2并聯分別構成兩個RC模塊，兩個RC模塊進行串聯、然后與電流源二并聯，再與電流源一以及電容C_capacity串聯，形成閉環電路；其中，電容C_capacity表征電池的實際可用容量，外電流I控制電流源一用來跟蹤電池的工作電流；電流I_dl為雙電層電容充電電流、控制著電流源二；R_ds1、R_ds2、C_ds1和C_ds2為描述固相擴散的等效電阻和等效電容，R_ds1和C_ds1、R_ds2和C_ds2共同構成二階RC模塊，用來模擬固相擴散，

通過二階RC模塊來模擬固相擴散產生的U_ΔSOC，U_{SOC_avg}與U_ΔSOC二者相減即得到電池的表面SOC，U_{SOC_surf}即實時SOC；

其中，U_{SOC_avg}為平均SOC，c_s,avg為活性顆粒內鋰離子平均固相濃度，c_s,lower為鋰電池完全放電時的鋰離子固相濃度，c_s,upper為鋰離子電池滿充狀態下鋰離子固相濃度，c_s,max為鋰離子最大固相濃度。

所述的鋰離子電池端電壓響應模擬模型由兩個電容C_dl、C_conc，兩個電阻R_ohm、R_conc，一個阻抗Z_ctr，一個電壓源U_OCV以及端電壓U_t組成；電路結構為：電阻R_conc和電容C_conc并聯構成一個RC模塊，阻抗Z_ctr和電容C_dl并聯構成一個ZC模塊，RC模塊、ZC模塊、電阻R_ohm、電壓源U_OCV以及端電壓U_t依次串聯，形成閉環電路；其中，U_OCV表征電池開路電壓，R_ohm為等效歐姆電阻，C_dl為雙電層電容，Z_ctr為電荷轉移反應等效阻抗，C_dl和Z_ctr共同模擬反應極化部分，與反應極化過電勢η_ctr相對應；R_conc為濃差極化等效電阻，C_conc為濃差極化等效電容，C_conc和R_conc共同模擬濃差極化部分，與濃差極化過電勢η_conc相對應；U_t為電池端電壓；鋰離子電池端電壓U_t的計算式為：

U_t＝U_OCV(U_{SOC_surf})-IR_ohm-η_ctr-η_conc。