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基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法技术

技术编号:15544221 阅读:70 留言:0更新日期:2017-06-05 14:52
本发明专利技术提供一种基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法,属于电池管理技术领域。该方法首先建立考虑电流倍率对内阻影响的电池扩展等效电路模型,得到电池电压的计算公式;然后对待测电池从满电开始进行实际工况放电测试,放电至空电,采集运行工况数据,包括电池的电流、电压、荷电状态和温度;然后根据采集得到的电流、电压,在线辨识电池扩展等效电路模型参数;最后根据辨识得到的电池扩展等效电路模型参数,计算不同温度、不同荷电状态下电池的极限充放电电流。本发明专利技术能够准确估计电池在不同温度、不同荷电状态下的极限充放电电流,有助于实现电池充放电功率的优化管理。

Estimation method of battery limit charge discharge current based on extended equivalent circuit model

The invention provides a method for estimating the limit charge discharge current of a battery based on an extended equivalent circuit model, which belongs to the technical field of battery management. This method firstly established with consideration of the influence of the internal resistance of the battery current rate of expansion of the equivalent circuit model, the formula for the voltage of the battery; and then tested the battery from the full power to the actual condition of discharge test, to discharge air and electricity, collecting operating data operation, including current, voltage, and temperature of the battery state of charge; then according to the current and the voltage obtained, equivalent circuit model parameters on-line identification of cell expansion; according to the identified model parameters of equivalent circuit of battery charge and discharge current, calculate the limit of different temperature and state of charge of battery. The invention can accurately estimate the limit charge and discharge current of the battery under different temperature and different charging States, and is helpful for realizing the optimized management of the charging and discharging power of the battery.

【技术实现步骤摘要】
基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法
本专利技术涉及一种基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法,属于电池管理

技术介绍
电动汽车在急加速或急刹车回收制动能时,需要电池在短时间内放出或吸收很大的功率,将导致流过电池的电流瞬间增大,有可能引起电池的过充、过放等滥用行为。为了实现电池充放电功率的优化管理,需要准确估计电池的极限充放电电流,以及时对电池的输出/输入电流进行限制,防止电池发生过充/过放。电池的极限充放电电流一般用一段时间内(如10s)电池能放出或充入的最大电流来表示。在该电流下,电池电压经过一段时间(如10s)恰好到达放电或充电截止电压。根据电动汽车加速或刹车所需时间,极限充电电流一般指的是10s极限充电电流,而极限放电电流指的是30s极限放电电流。目前电池极限充放电电流的确定方法主要有两种。一种是对新鲜电池和老化电池进行不同温度和不同荷电状态下的充放电测试,得到电池在不同状态下的极限充放电电流。这种方法需要的实验量很大,实施起来需要的测试资源很多。另外,老化电池的极限充放电电流与电池的衰减路径相关,实验室测试得到的结果无法反应实际车载条件下的极限充放电电流的变化。另一外一种方法是基于模型的在线估计方法,即基于电池等效电路模型,实时计算电池当前状态下的最大充放电电流。这种方法实施起来比较简单,但估计结果的精度受模型的影响很大,而目前的电池等效电路模型均无法准确模拟大电流下电池的性能,因而也无法准确估计电池的极限充放电电流。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法,针对已有技术存在的测试量大、计算量大、估计误差大等问题,以达到准确估计不同温度、不同荷电状态下电池极限充放电电流的目的。本专利技术提出的基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法,包括以下步骤:(1)建立一个考虑电流倍率对内阻影响的电池扩展等效电路模型,得到电池电压的计算公式:Utm=OCVm-Im·Rohmm-URCm其中,OCVm为电池的开路电压,与电池的荷电状态存在一一对应关系,通过对电池的常规测试获得,Im为电池电流,放电为正,充电为负,Rohmm为电池的欧姆内阻,URCm为电池的极化电压,根据下面的方程迭代求得:其中Rpm为电池的极化内阻,Rpm=Rpm,0+kRm×ln(|Im|+1)/|Im|,表示极化内阻Rpm与ln(|Im|+1)/|Im|成线性关系,Rpm,0为电流为0时的极化内阻,kRm为极化内阻Rpm随ln(|Im|+1)/|Im|变化的系数,τm为电池的极化时间常数,取值范围为5~30;(2)对待测电池从充满电开始进行实际工况放电测试,放电至空电,即荷电状态从1变化到0,以固定的时间间隔Δt,采集运行工况数据,包括待测电池的电流I、电压Ut、荷电状态SOC和温度T;(3)根据步骤(1)建立的电池扩展等效电路模型,以及步骤(2)采集得到的待测电池的电流和电压,采用带遗忘因子的最小二乘法,辨识待测电池扩展等效电路模型的参数,计算公式为:欧姆内阻:Rohm=θ(2)电流为0时的极化内阻:Rp,0=θ(3)/θ(1)-θ(2)极化内阻随ln(|I|+1)/|I|变化的系数:kR=θ(4)/θ(1)时间常数:τ=1/θ(1)其中,θ为根据步骤(2)采集得到的待测电池的电流和电压计算得到的系数向量,θ(i)表示θ中的第i个元素,i=1,2,3,4,θ的计算公式为:其中,为迭代计算的系数向量,Ut(tk)和Ut(tk-1)分别为tk和tk-1时刻待测电池的电压,OCV(tk)为tk时刻待测电池的开路电压,根据待测电池的荷电状态得到,I(tk)和I(tk-1)分别为tk和tk-1时刻待测电池的电流,sign(I(tk))为符号函数,表示求I(tk)的符号,放电为正,充电为负,λ为遗忘因子,取值范围为0.9~1;(4)根据步骤(3)辨识得到的待测电池扩展等效电路模型的参数,计算不同温度、不同荷电状态下待测电池的极限充放电电流,具体过程如下:(4-1)设定需要计算温度为T1、待测电池的荷电状态为SOC1时待测电池的极限充放电电流,根据步骤(3)辨识得到的电池扩展等效电路模型的参数,得到脉冲充放电下,电池的电压的计算公式为:其中,I为待测电池电流,放电为正,充电为负,t为待测电池脉冲充放电的时间,Q为待测电池的容量,Rohm、Rp,0、kR和τ分别为待测电池扩展等效电路模型的参数,由步骤(3)得到,T为待测电池的运行温度,由步骤(2)采集得到,Ea为待测电池扩展等效电路模型参数随温度变化的活化能,由常规的内阻测试得到,活化能取值范围为1000~5000;(4-2)确定待测电池脉冲充电时间Δtc以及待测电池的充电截止电压Vlim,c,,输入设定的电流极限充电电流的初值,根据步骤(4-1)中得到的待测电池电压计算公式,计算待测电池脉冲充电Δtc时间后的电压Utc:其中Ic为输入的脉冲充电电流,充电电流符号为负;然后,比较Utc与Vlim,c的大小,若Utc等于Vlim,c,则输出该电流作为该温度T1和荷电状态SOC1下待测电池的极限充电电流Ilim,c(T1,SOC1);若Utc大于Vlim,c,则减少电流,重新输入步骤(4-1)中得到的待测电池电压计算公式计算Utc;若Utc小于Vlim,c,则增加电流,重新输入步骤(4-1)中得到的待测电池电压计算公式计算Utc,如此迭代计算,即得到该温度T1和荷电状态SOC1下待测电池的极限充电电流Ilim,c(T1,SOC1);(4-3)确定待测电池脉冲放电时间Δtd以及待测电池的放电截止电压Vlim,d,输入设定的电流极限放电电流的初值,根据步骤(4-1)中得到的待测电池电压计算公式,计算待测电池脉冲放电Δtd时间后的电压Utd:其中Id为输入的脉冲放电电流,放电电流符号为正;然后,比较Utd与Vlim,d的大小,若Utd等于Vlim,d,则输出该电流作为该温度T1和荷电状态SOC1下待测电池的极限放电电流Ilim,d(T1,SOC1);若Utd大于Vlim,d,则增加电流,重新输入步骤(4-1)中得到的待测电池电压计算公式计算Utd;若Utd小于Vlim,d,则减少电流,重新输入步骤(4-1)中得到的电池电压计算公式计算Utd,如此迭代计算即得到该温度T1和荷电状态SOC1下待测电池的极限放电电流Ilim,d(T1,SOC1)。本专利技术提出的基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法,其优点是:与现有技术相比,本专利技术建立了考虑电流倍率对内阻影响的电池扩展等效电路模型,该模型可以准确模拟大电流下电池的性能。基于该模型,可以准确估计不同温度、不同荷电状态下电池的极限充放电电流,可以直接应用于电动汽车,有助于实现电池充放电功率的实时优化管理。附图说明图1为本专利技术提出的基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法的流程图。图2为本专利技术方法中涉及的电池扩展等效电路模型示意图。图3为本专利技术方法中涉及的电池极限充电电流计算流程图。图4为本专利技术方法中涉及的电池极限放电电流计算流程图。图5为本专利技术方法的电池10s极限充电电流估计结果与实际测试结果的比较图。图6为本专利技术方法的电池30s极限放电电流估计结果与实际测试结果本文档来自技高网...
基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法

【技术保护点】
一种基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法,其特征在于包括以下步骤:(1)建立一个考虑电流倍率对内阻影响的电池扩展等效电路模型,得到电池电压的计算公式:U

【技术特征摘要】
1.一种基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法,其特征在于包括以下步骤:(1)建立一个考虑电流倍率对内阻影响的电池扩展等效电路模型,得到电池电压的计算公式:Utm=OCVm-Im·Rohmm-URCm其中,OCVm为电池的开路电压,与电池的荷电状态存在一一对应关系,通过对电池的常规测试获得,Im为电池电流,放电为正,充电为负,Rohmm为电池的欧姆内阻,URCm为电池的极化电压,根据下面的方程迭代求得:其中Rpm为电池的极化内阻,Rpm=Rpm,0+kRm×ln(|Im|+1)/|Im|,表示极化内阻Rpm与ln(|Im|+1)/|Im|成线性关系,Rpm,0为电流为0时的极化内阻,kRm为极化内阻Rpm随ln(|Im|+1)/|Im|变化的系数,τm为电池的极化时间常数,取值范围为5~30;(2)对待测电池从充满电开始进行实际工况放电测试,放电至空电,即荷电状态从1变化到0,以固定的时间间隔Δt,采集运行工况数据,包括待测电池的电流I、电压Ut、荷电状态SOC和温度T;(3)根据步骤(1)建立的电池扩展等效电路模型,以及步骤(2)采集得到的待测电池的电流和电压,采用带遗忘因子的最小二乘法,辨识待测电池扩展等效电路模型的参数,计算公式为:欧姆内阻:Rohm=θ(2)电流为0时的极化内阻:Rp,0=θ(3)/θ(1)-θ(2)极化内阻随ln(|I|+1)/|I|变化的系数:kR=θ(4)/θ(1)时间常数:τ=1/θ(1)其中,θ为根据步骤(2)采集得到的待测电池的电流和电压计算得到的系数向量,θ(i)表示θ中的第i个元素,i=1,2,3,4,θ的计算公式为:其中,yk=Ut(tk)-Ut(tk-1),为迭代计算的系数向量,Ut(tk)和Ut(tk-1)分别为tk和tk-1时刻待测电池的电压,OCV(tk)为tk时刻待测电池的开路电压,根据待测电池的荷电状态得到,I(tk)和I(tk-1)分别为tk和tk-1时刻待测电池的电流,sign(I(tk))为符号函数,表示求I(tk)的符号,放电为正,充电为负,λ为遗忘因子,取值范围为0.9~1;(4)根据步骤(3)辨识得到的待测电池扩展等效电路模型的参数,计算不同温度、不同荷电状态下待测电池的极限充放电电流,具体过程如下:(4-1)设定需要计算温度为T1、待测电池的荷电状态为SOC1时待测电池的极限充放电电流,根据步骤(3)辨识得到的电池扩展等效电路模型的参数,得到脉冲充放电下,电池的电压的计算公式为:

【专利技术属性】
技术研发人员:任东生卢兰光冯旭宁欧阳明高李建秋云强卢艳华
申请(专利权)人:清华大学宁德时代新能源科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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