动力锂电池的等效电路模型参数识别方法技术

本发明专利技术公开了一种动力锂电池的等效电路模型参数识别方法，该方法基于电流断路法和简化Massimo Ceraolo模型的参数辨识法，利用电流断路法取得实验数据，Massimo Ceraolo模型推导出锂电池的电压响应公式，并利用公式拟合实验数据得到锂电池模型内部参数，本发明专利技术只需示波器以及常规充放电测试仪即可，并且断路测试时间较短，因此在进行不同放电电流，不同温度等情况下的锂电池参数识别的时候，实验时间较短可以加快实验进度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动汽车锂电池管理领域，具体地，涉及动力锂电池的等效电路模型参数识别方法。
技术介绍
传统汽车的尾气排放已经成为环境污染的重要原因之一，并且石油资源的日益减少也成为制约传统汽车发展的瓶颈。电动汽车以其污染小、噪声低、能源效率高和能源来源多元化等优点备受青睐，成为现代汽车工业发展的方向之一。动力锂电池作为电动汽车的动力源，是电动汽车最为关键的组成部分，因此对于动力锂电池的监控和参数测量是保证电动汽车正常工作的必要手段。然而锂电池的荷电状况SOC、锂电池的健康状况SOH以及某些内部参数并不能直接由测量仪器测得，因此建立锂电池的等效模型，通过实验和计算等办法对模型参数进行识别，就成为获得锂电池参数的重要方法。例如，传统技术方案中提出利用RC等效模型对锂电池SOC进行估算等方法。锂电池内部的电化学反应是一个复杂的非线性过程，温度、放电倍率等因素对锂电池性能影响很大。从现有的研究成果来看，没有一个完美的锂电池模型能精确地表述所有的锂电池性能。等效电路模型因简单直观，概念清晰及便于建模等优点，使用广泛。简化的MassimoCeraolo锂电池等效模型由电阻、电容所构成，用来描述锂电池的工作特性，此方法物理意义清晰，模型参数辨别容易。简化的MassimoCeraolo模型属于二阶电路模型，但比简单的一阶锂电池模型、Thevenin锂电池模型、RC模型精度高，而高阶锂电池模型计算太复杂，不能运用传统计算方法辨识参数，计算量巨大不便于工程应用。图1为简化MassimoCeraolo模型，由一个电阻和2个RC网络组成，去掉了寄生支路。模型中Uoc为理想电压源，表示锂电池的开路电压；Ro为欧姆内阻，Rs和Cs用于模拟锂电池动态特性中的短时间常数，即放电电压快速上升的过程；CL和RL用于模拟锂电池动态特性中的长时间常数，即放电电压缓慢稳定的过程；RL与Rs之和视为锂电池的极化内阻。传统的二阶模型参数识别需要对锂电池进行实验测试，然后再进行参数计算，但是这种测试相对复杂，耗时长，并且计算量也较为庞大，例如使用最小二乘法。电流断路法是一种常用的锂电池电化学测试方法，特别适用于对欧姆内阻的测量，能够简单快速的计算出欧姆内阻。但是该方法的缺点是识别参数单一，对于其他参数该方法未能很好识别。另有中国专利申请号为：CN201410149588.7，公告日为2014.7.16，公开号CN103927440A，公开了一种锂电池等效电路模型的参数辨识方法，包括遗传算法目标函数构造、初始化操作、交叉操作、局部搜索、变异操作。目标函数基于平均估计误差进行构造。初始化操作设置待辨识参数的取值范围。交叉操作和变异操作根据初始的概率值进行。局部搜索采用随机交换基因位值构造相邻个体的方法。该方法主要是利用了智能算法对数据进行处理，算法的收敛性能较好精度较高；但是该方法主要是在科研和建模中使用，专利技术也没有涉及具体的实验设置，距工程使用还有较大距离。
技术实现思路
为了克服现有方法实验时间较长，计算量较大的缺点，本专利技术提供了一种动力锂电池的等效电路模型参数识别方法。根据本专利技术提供的一种动力锂电池的等效电路模型参数识别方法，包括基于等效电路模型的如下步骤：电流断路测试步骤：将锂电池在一恒定的电流IL下放电或充电，然后在一时刻切断锂电池与负载之间的连接，使锂电池电流为零，并记录下切断前后的锂电池电压波形数据U(t)；欧姆内阻计算步骤：根据所述切断前后的锂电池电压波形数据得到锂电池在切断时刻的电压突变量U0，计算得到欧姆内阻R0：R0＝U0/IL其中，IL为锂电池的放电电流或充电电流；电路参数识别步骤：通过拟合U(t)，获得参数RL、CL、RS、CS：U(t)=Uoc+IL0·RL·e-1RLCL·t+IL0·Rs·e-1RsCs·t,t≥0]]>其中，Uoc为锂电池的开路电压；IL0为锂电池的放电电流或充电电流；t为时刻，从切断时刻算起；等效电路模型由串联的第一RC网络、第二RC网络、欧姆内阻R0组成；第一RC网络由并联的RS和CS构成，第二RC网络由并联的RL和CL构成；Rs和Cs用于模拟锂电池动态特性中的短时间常数，即放电电压快速上升的过程；CL和RL用于模拟锂电池动态特性中的长时间常数，即放电电压缓慢稳定的过程；RL与Rs的和为锂电池的极化内阻。优选地，通过非线性拟合工具拟合U(t)。优选地，所述非线性拟合工具为Origin或matlab软件。优选地，所述锂电池的开路电压Uoc为锂电池开路状态下静置10分钟以后测得的电压。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、如果直接使用交流阻抗谱测试设备对内部阻抗进行测试的话耗时较长，并且测试设备价格昂贵。本专利技术只需要示波器以及常规充放电测试仪即可，并且断路测试时间较短，一旦锂电池充放电电流稳定就可以进行断路。因此在进行不同放电电流，不同温度等情况下的锂电池参数识别的时候，实验时间较短可以加快实验进度。2、相对现有的遗传算法、粒子群算法等智能算法，本专利技术更简单一些，计算量小。相对于最小二乘法等传统算法，本专利技术的测试方法更简单快速，最小二乘法需要测量锂电池电压以及对应的SOC和电流，实验耗时长且SOC等测量精度对结果影响比较大。3、本专利技术拓展了电化学方法中断路法的应用，使得断路法不仅能够测量欧姆阻抗，并且能测量锂电池内部的等效电阻和电容等参数。4、在实际应用中，可以根据锂电池电压利用模型倒推锂电池开路电压等方法，来进行SOC等其他数据的计算，实际应用前景比较广泛。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的等效电路模型；图2为本专利技术实施例2的断路测试锂电池电压波形图；图3为本专利技术实施例2的用于拟合的实验数据图；图4为本专利技术实施例2的等效模型计算值与实验数据对比图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供的动力锂电池的等效电路模型参数识别方法，其基于电流断路法和简化Massi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力锂电池的等效电路模型参数识别方法，其特征在于，包括基于等效电路模型的如下步骤：电流断路测试步骤：将锂电池在一恒定的电流IL下放电或充电，然后在一时刻切断锂电池与负载之间的连接，使锂电池电流为零，并记录下切断前后的锂电池电压波形数据U(t)；欧姆内阻计算步骤：根据所述切断前后的锂电池电压波形数据得到锂电池在切断时刻的电压突变量U0，计算得到欧姆内阻R0：R0＝U0/IL其中，IL为锂电池的放电电流或充电电流；电路参数识别步骤：通过拟合U(t)，获得参数RL、CL、RS、CS：U(t)=Uoc+IL0·RL·e-1RLCL·t+IL0·Rs·e-1RsCs·t,t≥0]]>其中，Uoc为锂电池的开路电压；IL0为锂电池的放电电流或充电电流；t为时刻，从切断时刻算起；等效电路模型由串联的第一RC网络、第二RC网络、欧姆内阻R0组成；第一RC网络由并联的RS和CS构成，第二RC网络由并联的RL和CL构成；Rs和Cs用于模拟锂电池动态特性中的短时间常数，即放电电压快速上升的过程；CL和RL用于模拟锂电池动态特性中的长时间常数，即放电电压缓慢稳定的过程；RL与Rs的和为锂电池的极化内阻。...

【技术特征摘要】
1.一种动力锂电池的等效电路模型参数识别方法，其特征在于，包括基于等效电
路模型的如下步骤：
电流断路测试步骤：将锂电池在一恒定的电流IL下放电或充电，然后在一时刻切断
锂电池与负载之间的连接，使锂电池电流为零，并记录下切断前后的锂电池电压波形数
据U(t)；
欧姆内阻计算步骤：根据所述切断前后的锂电池电压波形数据得到锂电池在切断时
刻的电压突变量U0，计算得到欧姆内阻R0：
R0＝U0/IL其中，IL为锂电池的放电电流或充电电流；
电路参数识别步骤：通过拟合U(t)，获得参数RL、CL、RS、CS：
U(t)=Uoc+IL0·RL·e-1RLCL·t+IL0·Rs·e-1RsCs·t,t≥0]]>其中，Uoc为锂电池的开路电压；IL0为锂电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珂，闵凡奇，张邦玲，尉国刚，王睿，胡蕴成，
申请(专利权)人：深圳市国创动力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44