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一种锂离子电池等效电路模型的参数获取方法

阅读:240发布:2024-02-20

专利汇可以提供一种锂离子电池等效电路模型的参数获取方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 锂离子 电池 等效 电路 模型的参数获取方法,采用改良的HPPC法进行等效电路的参数获取,在一次测试下即可获取所有参数,并可根据客观条件调整测试时间、根据仿真平台计算能 力 调整模型复杂程度、根据电芯应用场景 选定 不同的参数应用方法:如数据表或函数式。本发明提供的 锂离子电池 等效电路模型的参数获取方法,具有测试速度快、测试结果准确、可定制化等优点,可应用于电动 汽车 、微 电网 、储能系统的仿真和电池管理等方面,应用前景广泛。,下面是一种锂离子电池等效电路模型的参数获取方法专利的具体信息内容。

1.一种锂离子电池等效电路模型的参数获取方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1:将单体电芯接进电芯测试柜,设定多个测试温度
S2:进行电芯标准工况下的恒流充/放电循环N次,获取电芯充/放电曲线,分析各SOC段的电池电压的变化速率,其中,N为≥2的整数;
S3:进行改良的HPPC测试,具体为:进根据步骤S2中的充/放电曲线进行SOC分段,并调整各段内脉冲充/放电的频率,其中,电池电压变化快的阶段,每1.5-2.5%SOC进行一次脉冲;电池电压变化慢的阶段,每3-5%SOC进行一次脉冲;每次脉冲充/放电之后进行1-3min的静置;
S4:进行荷电状态的调整:根据步骤S3中的脉冲充/放电情况,进行恒流充/放电调整荷电状态,幅度为1.5-5%SOC,充/放电时间截止后进行静置以获取该荷电状态对应的开路电压;
S5:处理充/放电数据,获取等效电路参数:根据步骤S4中获取开路电压数据,以及,步骤S3中获取的电阻、电容数据;建立等效电路模型,等效电路内包含串联的欧姆电阻R0和两个RC单元,每个RC单元由并联的极化电阻和极化电容组成;如图1所示;
S6:对充/放电曲线进行分段拟合,充/放电过程中,电池端电压随时间的变化函数关系式为:
充/放电结束后,电池端电压随时间的变化函数关系式为:
其中:U为电池端电压,Uoc为开路电压,R0为欧姆电阻,Ri为极化电阻,Ci为极化电容,τi为时间常数(i=1,2,3);
S7:根据不同温度、荷电状态选择对应的等效电路参数进行应用了上述等效电路模型的仿真,根据运行平台的不同采用数据组或拟合SOC-X曲线函数式。
2.如权利要求1所述的锂离子电池等效电路模型的参数获取方法,其特征在于:在步骤S5中,所述等效电路模型包含一阶Thevenin模型、二阶RC模型、三阶RC模型。
3.如权利要求1所述的锂离子电池等效电路模型的参数获取方法,其特征在于:在步骤S7中,所述曲线拟合方法利用最小二乘法。
4.如权利要求1所述的锂离子电池等效电路模型的参数获取方法,其特征在于:在步骤S5中,所述等效电路模型中以理想受控电压源代表开路电压,且各项参数均随电池荷电状态、充/放电状态的变化而变化。

说明书全文

一种锂离子电池等效电路模型的参数获取方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种锂离子电池参数获取方法,具体涉及一种锂离子电池等效电路模型的参数获取方法,属于锂离子电池技术领域。

背景技术

[0002] 锂离子电池作为当前能量密度最高的电能储存技术手段,在移动电子设备、电动车、储能设备等多个领域都具有广泛的应用。应用市场的蓬勃发展和需求的日益增加,也对锂离子电池的能量密度、容量密度、功率密度等多项技术指标提出了更高的要求。
[0003] 锂离子电池的建模工作对锂电的仿真起到至关重要的作用,在电动汽车、微电网、光储系统的研究过程中都有广泛应用。精确的电池模型还是电池荷电状态估计、健康状态估计和剩余寿命预估等方法的基础
[0004] 常用的锂离子电池模型包括电化学模型和等效电路模型。其中等效电路模型应用电阻、电容等电路元件模拟电池的状态,将电池内部变化通过外部元件的特性表现出来,具有直观可视、参数少、便于仿真等优点。为了获取等效电路模型中的各项参数,需要对电池进行一系列的测试分析和数据处理。为此,人们设计了各种等效电路的参数获取方法。如在申请号为2017113765734,、名称为“一种基于等效电路的锂离子电池SOC估计算法”的中国发明专利申请文件中公开了一种基于等效电路的锂离子电池的动电池荷电状态(SOC)的估算方法,但是,该方法能只能估算电池的一个参数,从而适用范围受到限制。为此,需要发明一种参数获取方法,在一次测试中获取尽可能多的参数信息。

发明内容

[0005] 为了解决上述技术问题,本发明提供一种锂离子电池等效电路模型的参数获取方法,在一次测试过程中,可以获取电池的多项参数。
[0006] 为此,本发明采用如下技术方案:
[0007] 一种锂离子电池等效电路模型的参数获取方法,包括如下步骤:
[0008] S1:将单体电芯接进电芯测试柜,设定多个测试温度
[0009] S2:进行电芯标准工况下的恒流充/放电循环N次,获取电芯充/放电曲线,分析各SOC段的电池电压的变化速率,其中,N为≥2的整数;
[0010] S3:进行改良的HPPC测试,具体为:进根据步骤S2中的充/放电曲线进行 SOC分段,并调整各段内脉冲充/放电的频率,其中,电池电压变化快的阶段,每1.5-2.5%SOC进行一次脉冲;电池电压变化慢的阶段,每3-5%SOC进行一次脉冲;每次脉冲充/放电之后进行1-3min的静置;
[0011] S4:进行荷电状态的调整:根据步骤S3中的脉冲充/放电情况,进行恒流充/ 放电调整荷电状态,幅度为1.5-5%SOC,充/放电时间截止后进行短时间的静置,如1-3min,以获取该荷电状态对应的开路电压;
[0012] S5:处理充/放电数据,获取等效电路参数:根据步骤S4中获取开路电压数据,以及,步骤S3中获取的电阻、电容数据;建立等效电路模型,等效电路由一个理想受控电压源、一个欧姆电阻R0和多个RC单元串联而成,用于模拟电池;其中每个RC单元由并联的极化电阻和极化电容组成;如图1所示;
[0013] S6:对充/放电曲线进行分段拟合,充/放电过程中,电池端电压随时间的变化函数关系式为:
[0014]
[0015] 充/放电结束后,电池端电压随时间的变化函数关系式为:
[0016]
[0017] 其中:U为电池端电压,Uoc为开路电压,R0为欧姆电阻,Ri为极化电阻, Ci为极化电容,τi为时间常数(i=1,2,3);
[0018] S7:根据不同温度、荷电状态选择对应的等效电路参数进行应用了上述等效电路模型的仿真,根据运行平台的不同采用数据组或拟合SOC-X曲线函数式。
[0019] 进一步地,在步骤S5中,所述等效电路模型包含一阶Thevenin模型、二阶 RC模型、三阶RC模型。
[0020] 进一步地,在步骤S7中,所述曲线拟合方法利用最小二乘法。
[0021] 进一步地,在步骤S5中,所述等效电路模型中以理想受控电压源代表开路电压,且各项参数均随电池荷电状态、充/放电状态的变化而变化。
[0022] 与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0023] 本发明采用改良的HPPC法进行等效电路的参数获取,在一次测试下即可获取所有参数,并可根据客观条件调整测试时间、根据仿真平台计算能力调整模型复杂程度、根据电芯应用场景选定不同的参数应用方法:如数据表或函数式。本发明提供的锂离子电池等效电路模型的参数获取方法,具有测试速度快、测试结果准确、可定制化等优点,可应用于电动汽车、微电网、储能系统的仿真和电池管理等方面,应用前景非常广泛。附图说明
[0024] 图1为本发明中等效电路的电路结构。

具体实施方式

[0025] 本发明提供的锂离子电池等效电路模型的参数获取方法,包括如下步骤:
[0026] S1:将单体电芯接进电芯测试柜,设定多个测试温度,如在本实施例中,设置-10℃、0℃、10℃、25℃、30℃、40℃、45℃等测试温度,分别在设定的不同温度下进行测试;
[0027] S2:进行电芯标准工况下的恒流充电-放电,循环3次,获取电芯充/放电曲线,分析各SOC段的电池电压的变化速率;
[0028] S3:进行改良的HPPC测试,具体为:进根据步骤S2中的充/放电曲线进行 SOC分段,并调整各段内脉冲充/放电的频率,其中,电池电压变化快的阶段,每1.5-2.5%SOC进行一次脉冲;电池电压变化慢的阶段,每3-5%SOC进行一次脉冲;每次脉冲充/放电之后进行短时间的静置,如静置1-3min;
[0029] S4:进行荷电状态的调整:根据步骤S3中的脉冲充/放电情况,进行恒流充/ 放电调整荷电状态,幅度为1.5-5%SOC,充/放电时间截止后同样地进行短时间的静置,如静置1-3min,以获取该荷电状态对应的开路电压;
[0030] S5:处理充/放电数据,获取等效电路参数:根据步骤S4中静置后获取开路电压数据,以及,步骤S3中脉冲-静置后通过对所得“时间-电压”曲线进行拟合,并根据所得函数式的常数项数值分别获取的每个脉冲过程时的电阻、电容数据;建立等效电路模型,等效电路内包含串联的理想受控电压源、欧姆电阻 R0和多个RC单元,每个RC单元由并联的极化电阻和极化电容组成;如图1 所示;其中,所述等效电路模型主要包含一阶Thevenin模型、二阶RC模型、三阶RC模型等模型;且等效电路模型中以理想受控电压源代表开路电压,且各项参数均随电池荷电状态、充/放电状态的变化而变化。
[0031] S6:对充/放电测试所得“时间-电压”曲线进行的函数拟合为分段拟合,即分别对每个脉冲-静置阶段进行拟合。充/放电过程中,电池端电压随时间的变化函数关系式为:
[0032]
[0033] 充/放电结束后,电池端电压随时间的变化函数关系式为:
[0034]
[0035] 其中:U为电池端电压,Uoc为开路电压,R0为欧姆电阻,Ri为极化电阻, Ci为极化电容,τi=RiCi为时间常数(i=1,2,3);所述“时间-电压”曲线即为自变量为t,因变量为U的曲线。
[0036] S7:电池性质,亦即等效电路的参数,是随电池温度和电池荷电状态不断变化的,在等效电路模型的应用过程中,需根据不同温度、荷电状态选择对应的等效电路参数进行模型仿真。同时,根据运行平台的不同,需要针对平台所具备的计算能力、数据存储能力等,选择采用数据组或拟合得到的SOC-X曲线函数式,进行数学化之后的模型的应用;其中,曲线拟合方法利用最小二乘法,拟合所得曲线函数大多为多项式函数。
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