一种磷酸铁锂电池能量状态SOE的估算方法技术

本发明专利技术提供了一种磷酸铁锂电池能量状态(State of Energy,SOE)的估算方法，即根据磷酸铁锂电池内部能量组成形式，建立包含电能和热能的SOE数学估算模型。通过在不同放电倍率下对电池放电过程的外部消耗电能以及电池内部欧姆热能、极化热能和熵产热能进行测算，获取各种放电倍率下最大可用能量，并模拟得到最大理论总能和各种放电倍率下的效率函数关系式，对估算模型中的总能进行实时修正，从而有效提高电池能量状态SOE的估算精度。本发明专利技术引入热能形式完善了电池放电过程中能量消耗的种类，同时以最大理论总能及能量释放效率对估算过程的释放总能进行实时调整，使模型更贴近实际工况，具有物理概念清晰，估算准确度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磯酸铁裡电池
，特别设及一种磯酸铁裡电池能量状态 S0E(state Of Energy)的估算方法。
技术介绍
[000引雾霸现象的发生，特别是PM2. 5粒子引发的健康问题与新能源应用中所固有的 "间歇性、随机性"等特性问题进一步推动了电池储能系统取代化石能源在汽车上的应用， 随着储能设备的大规模应用，单一电池荷电状态参数不能满足现实要求，大量有关于电池 能量状态估算的研究兴起。 电池剩余能量的估计一般是通过两种方式，即电池容量状态S0C(State of 化arge，即荷电状态，也叫剩余电量）间接表示和通过电池的SOC模型与相对应的电压模型 相互禪合得到剩余能量，由于裡离子电池的大规模应用，储电设备必须配备更为复杂且精 准的电池管理系统，单纯依靠S0C并不能线性表征电池剩余能量，而现实运行工况的多样 性、两模型禪合的复杂度W及S0C所表征的电池能量非线性均限制了禪合能量表征方式的 进一步发展。 本专利技术首先通过研究电池充放电过程中的能量转换关系，引入热能完善能量消耗 形式，同时提出电池最大允许能量和能量释放效率概念，建立该估算方法的数学模型，更有 利于直接表征电池不同运行工况下的剩余能量，有效预测电池剩余运行时间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种磯酸铁裡电池能量状态S0E的估算方法，W解决当前 电池能量状态S0E估算不精确的问题。 为了实现上述目的，本专利技术通过下列技术方案来实现： 一种磯酸铁裡电池能量状态S0E的估算方法，其包括W下步骤：[000引步骤1、建立磯酸铁裡电池包含电能和热能两种能量损耗形式的S0E数学估算模 型，所述电能为电池对外提供的能量总和，热能为电池内部产生的欧姆热能、极化热能和滴 产热能的总和；所述S0E数学估算模型为(1) 其中，S0E。为电池初始能量状态，U为电池端电压，I为电流，R为电阻，T为温度， A S为电池反应滴变，EmJ%电池最大理论总能，n订，I)为电池能量释放效率； 步骤2、W电池的截止电压aj，安全温度VC作为其放电截止的条件，在不同放电 倍率下对电池进行放电，由测算得到的电能和热能计算获取最大可用能量E,，EJ%在放电 倍率为X时测量得到的电池外部电能和内部热能之和； 步骤3、根据不同放电倍率下的最大可用能量E,拟合得到最大理论总能E 步骤4、通过不同放电倍率下最大可用能量E,与最大理论总能EmJ勺比值获得电 池能量释放效率的函数关系式：(2)其中，Ci-Ce为参量，可通过联立多个放电倍率X与其对应的最大可用能量ExW及 最大理论总能6。"之间的关系进行求解；步骤5、将求解后的参量Ci-Ce代入式（2)中，并将式似获得的关于电池能量释 放效率的函数关系式W及步骤3中得到的最大理论总能Em"代入式（1)中，作为修正因子 对SOE数学估算模型在积分段t"-ti内电池能量状态进行实时修正：(3)。[001引在式（1)中，电阻R=R0+Rp，其中，R。为欧姆电阻，Rp为极化电阻；在电池不同荷 电状态下通过采用若干放电倍率对电池在一定脉冲电流下进行脉冲放电，脉冲放电时刻， 电池电压会有一个急速下降和缓慢下降的阶段，其中，急速下降阶段的电压变化值与该脉 冲电流的比值为欧姆电阻R。的值，缓慢下降阶段的电压变化值与该脉冲电流的比值为极化 电阻Rp的值。 所述公式（1)中，电池反应滴变AS=n^^)，其中，n为电池交换电子数，为常数 〇1 1，F为法拉第常数，数据(^)可通过将不同荷电状态的电池静置放置在依次从0°C-6(TC dl 变化温度通过电压的变化梯度下求得。 在上述的一种磯酸铁裡电池能量状态SOE的估算方法中，所述的数学模型中对最 大理论总能6。"的确定，W磯酸铁裡电池的截止电压aiV，安全温度bi°C作为电池放电截止 的条件，选取若干放电倍率电流对磯酸铁裡电池进行放电直至截止条件，计算出该过程消 耗的电能与热能，电能与热能之和即为最大可用能量，拟合若干放电倍率下总能得到一条 横坐标为放电倍率，纵坐标为最大可用能量的曲线，该曲线的最大值可认为是电池的最大 理论总能Emax。 在上述的一种磯酸铁裡电池能量状态SOE的估算方法中，所述的数学模型中对能 量释放效率的确定，电池最大理论总能是一定的，但在不同放电倍率下电池所能放出的最 大可用能量是不相同的，该其中就存在能量释放效率问题，此时计算若干放电倍率下电池 释放的最大可用能量与最大理论总能Em"的比值，将得到的比值拟合，得到一条横坐标为放 电倍率，纵坐标为能量释放效率曲线，该曲线即为能量释放效率的函数关系式。 本专利技术与现有模型相比，具有如下优点；添加了电池放电过程中的热量形式，完善 了能量损耗类型，同时提出了最大理论总能Em"及能量释放效率两个概念，并加入到S0E数 学模型中去，提高了现有数学模型的估算精度。【附图说明】 图1是本磯酸铁裡电池能量状态S0E的估算方法结构图； 图2是本磯酸铁裡电池热能随放电倍率变化的关系图； 图3是本磯酸铁裡电池电能随放电倍率变化的关系图； 图4是本磯酸铁裡电池总能随放电倍率变化的关系图。【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术的内容做进一步详细说明。[002引如图1所示，本磯酸铁裡电池能量状态SOE的估算方法，包括W下步骤： (1)建当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸铁锂电池能量状态SOE的估算方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1、建立磷酸铁锂电池包含电能和热能两种能量损耗形式的SOE数学估算模型，所述电能为电池对外提供的能量总和，热能为电池内部产生的欧姆热能、极化热能和熵产热能的总和；所述SOE数学估算模型为SOE=SOE0+∫t0t1(UI+I2R+TΔS)dtη(T,I)*Emax---(1)]]>其中，SOE0为电池初始能量状态，U为电池端电压，I为电流，R为电阻，T为温度，ΔS为电池反应熵变，Emax为电池最大理论总能，η(T,I)为电池能量释放效率；步骤2、以电池的截止电压a1V，安全温度b1℃作为其放电截止的条件，在不同放电倍率下对电池进行放电，由测算得到的电能和热能计算获取最大可用能量Ex，Ex为在放电倍率为x时测量得到的电池外部电能和内部热能之和；步骤3、根据不同放电倍率下的最大可用能量Ex拟合得到最大理论总能Emax；步骤4、通过不同放电倍率下最大可用能量Ex与最大理论总能Emax的比值获得电池能量释放效率的函数关系式：η=ExEmax=c1x5+c2x4-c3x3+c4x2-c5x+c6---(2)]]>其中，c1‑c6为参量，可通过联立多个放电倍率x与其对应的最大可用能量Ex以及最大理论总能Emax之间的关系进行求解；步骤5、将求解后的参量c1‑c6代入式(2)中，并将式(2)获得的关于电池能量释放效率的函数关系式以及步骤3中得到的最大理论总能Emax代入式(1)中，作为修正因子对SOE数学估算模型在积分段t0‑t1内电池能量状态进行实时修正：SOE=SOE0+∫t0t1(UI+I2R+TΔS)dt(c1x5+c2x4-c3x3+c4x2-c5x+c6)*Emax---(3).]]>...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯自平，罗玲，林仕立，宋文吉，吕杰，韩颖，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44