一种用于电动汽车动力电池SOC估计的锂电池建模方法技术

本发明专利技术公开了一种用于电动汽车动力电池SOC估计的锂电池建模方法，综合考虑SOC环境因素的影响，将锂电池Thevenin模型中各电气参数定义为环境变量的函数，并通过混合动力脉冲能力特性HPPC实验得到模型参数，通过测试和计算得到电池模型实际参数值，并以此为依据确定模型的参数拟合方法。本发明专利技术基于现有技术的不足，通过对不同温度和SOC下的电池内部参数进行测定和评估，分析影响参数变化的环境因素，建立可变参数的锂电池Thevenin模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池SOC建模方法领域，具体是一种用于电动汽车动力电池SOC估计的锂电池建模方法。
技术介绍
SOC，即state of charge,指的是电池剩余荷电状态，一般定义为当前电池剩余容量与标称容量的比值，直接影响动力电池组均衡控制的有效性以及电动汽车续航里程判断的可靠性。然而，电动汽车复杂的运行工况给SOC的精确估计带来了较大的困难，建立精确的锂电池模型是提高SOC估算精度的关键，目前常用的锂电池等效电路模型有Rint模型、RC模型、Thevenin模型和PNGV模型等，其中Thevenin模型具有物理意义明确、模型参数辨识实验容易执行等优点，被广泛应用于电池的数学建模中，但其参数固定，无法反映电池动态特性。现有的SOC估计方法中，对环境条件尤其是温度影响的考虑并不全面，实际上，电池模型的参数随环境温度的变化不断变化，其可用容量在不同温度条件下差别很大，因此温度在很大程度上影响着电池模型的精确度，进而影响着SOC的估计精度。而随着季节变化和纬度差异，电动汽车运行过程中存在较大的温度变化，所以单纯采用固定模型进行剩余容量估算会存在很大的误差，有算法提出通过温度补偿系数对SOC进行修正，或者直接通过安时积分结果对不同温度下估算的SOC进行换算。对于上述方法，温度的影响直接作为修正因子作用于SOC估计结果，其对电池模型的影响仍需进一步研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于电动汽车动力电池SOC估计的锂电池建模方法，以解决现有技术算法中模型适用范围局限性的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种用于电动汽车动力电池SOC估计的锂电池建模方法，其特征在于：综合考虑包括温度在内的SOC环境因素的影响，将锂电池Thevenin模型中各电气参数定义为环境变量的函数，并通过混合动力脉冲能力特性HPPC实验得到模型参数，首先通过测试和计算得到电池模型实际参数值，并以此为依据确定模型的 参数拟合方法；根据Thevenin模型，锂电池内部存在极化电容Cpol和极化电阻Rpol相并联，并与表征开路电压的直流电压源Uoc、欧姆内阻Rohm和其他内阻R0串联组合，其中极化电容Cpol、极化电阻Rpol、欧姆内阻Rohm均为可变参数，与电池SOC环境因素有关，对于模型中的各电气参数可以通过可实际检测到的参数进行计算，通过混合动力脉冲能力特性HPPC实验计算得到模型参数；分析实验数据获取不同环境因素点各电气参数值，利用离散数据曲线拟合方法，得到各电气参数与环境因素的函数关系；可以看出，在SOC小于30％的范围内，欧姆内阻Rohm会突然升高，而当SOC大于30％时，SOC对欧姆内阻Rohm的影响并不明显，而温度对SOC的影响是一个连续的过程，因此分析影响因素后对电池模型参数进行分段处理；锂离子动力电池的数学模型是估算电池SOC的基础，通过所建立的模型能够得到电池的观测方程，观测方程描述了SOC、充放电电流、温度因素与电池端电压的函数关系；将电池实际容量设定为一个随温度变化的量，通过研究电池实际容量在不同温度下的变化规律，引入温度补偿系数ηT修正不同温度下电池实际容量与电池额定容量之间的误差。与原有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：(1)在锂电池的Thevenin模型中，将欧姆内阻、极化内阻、极化电容等参数定义为环境变量的函数，并进行参数拟合，提高了电池模型的准确度，扩展了模型的适用范围。(2)所采用的参数辨识方法考虑到了锂电池的物理特性，测量结果准确，辨识得到的参数更加接近实际值。附图说明图1为本专利技术测定的Rohm和环境因素关系。图2为本专利技术具体实施例中采样环节硬件系统结构图。图3为本专利技术具体实施例中对多节串联电池组的电压采样电路图。图4为本专利技术具体实施例中温度采样电路图。具体实施方式一种用于电动汽车动力电池SOC估计的锂电池建模方法，综合考虑包括温 度在内的SOC环境因素的影响，将锂电池Thevenin模型中各电气参数定义为环境变量的函数，并通过混合动力脉冲能力特性HPPC实验得到模型参数，首先通过测试和计算得到电池模型实际参数值，并以此为依据确定模型的参数拟合方法；根据Thevenin模型，锂电池内部存在极化电容Cpol和极化电阻Rpol相并联，并与表征开路电压的直流电压源Uoc、欧姆内阻Rohm和其他内阻R0串联组合，其中极化电容Cpol、极化电阻Rpol、欧姆内阻Rohm均为可变参数，与电池SOC环境因素有关，对于模型中的各电气参数可以通过可实际检测到的参数进行计算，通过混合动力脉冲能力特性HPPC实验计算得到模型参数；分析实验数据获取不同环境因素点各电气参数值，利用离散数据曲线拟合方法，得到各电气参数与环境因素的函数关系；可以看出，在SOC小于30％的范围内，欧姆内阻Rohm会突然升高，而当SOC大于30％时，SOC对欧姆内阻Rohm的影响并不明显，而温度对SOC的影响是一个连续的过程，因此分析影响因素后对电池模型参数进行分段处理；锂离子动力电池的数学模型是估算电池SOC的基础，通过所建立的模型能够得到电池的观测方程，观测方程描述了SOC、充放电电流、温度因素与电池端电压的函数关系；在传统基于EKF的SOC估计方法中，电池的可用总容量Qreal被看作一个恒定的值，实际上，环境因素中的温度会影响Qreal，进而对SOC估计值的精度产生影响。将电池实际容量设定为一个随温度变化的量，为探讨温度对Qreal的影响，通过研究电池实际容量在不同温度下的变化规律，引入温度补偿系数ηT修正不同温度下电池实际容量与电池额定容量之间的误差。由于热管理系统和电池放电发热现象的存在，在电动汽车运行过程中电池温度会发生变化，在环境温度偏较低时，电池温度会随运行时间的增长而不断升高，因此电池实际可放出的电量不断升高，因此电池实际容量设定为一个随温度变化的量。电池SOC估计分为两部分，第一部分为电池数学模型的建立，第二部分为硬件系统的设计。建模环节模型公式如下：Uoc＝U1+RohmIB+UB (1)式中IB为电池的充放电电流，U1为Rpol和Cpol两端的电压。通过成组混合动力脉冲能力特性试验可以计算得到电池内阻与温度和SOC的关系，根据电池内阻与SOC变化的密切程度可以将电池内阻表达式分为两段：Cpol＝τ/Rpol (4)式中Rohm表示动力电池欧姆内阻，Rpol表示电池极化内阻，Cpol表示电池极化电容，T表示电池工作环境温度，SOC表示电池剩余电量。当电池剩余容量大于30％时，电池模型参数受电池SOC变化影响很小，可以简化为电池模型对环境温度的函数，降低算法复杂度；当电池剩余容量小于30％时，电池模型参数随电池SOC变化会有明显的改变，因此电池模型参数是与电池SOC和环境温度相关的二元关系式。放电过程中SOC状态方程为Qreal＝Qfull/ηT (6)其中SOC(t)为t时刻的瞬时SOC值；SOC(0)为初始SOC值；i(t)为t时刻瞬时电流值；Qreal为电池可用总容量。Qfull为电池标称总容量，ηT为比例系数，用于补偿影响因素对电池总容量的影响。这是直接对电池放电进行安时积分，但是随时间积分误差会不断累加造成SOC估计误差偏大，因此采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)消除累积误差提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电动汽车动力电池SOC估计的锂电池建模方法，其特征在于：综合考虑包括温度在内的SOC环境因素的影响，将锂电池Thevenin模型中各电气参数定义为环境变量的函数，并通过混合动力脉冲能力特性HPPC实验得到模型参数，首先通过测试和计算得到电池模型实际参数值，并以此为依据确定模型的参数拟合方法；根据Thevenin模型，锂电池内部存在极化电容Cpol和极化电阻Rpol相并联，并与表征开路电压的直流电压源Uoc、欧姆内阻Rohm和其他内阻R0串联组合，其中极化电容Cpol、极化电阻Rpol、欧姆内阻Rohm均为可变参数，与电池SOC环境因素有关，对于模型中的各电气参数可以通过可实际检测到的参数进行计算，通过混合动力脉冲能力特性HPPC实验计算得到模型参数；分析实验数据获取不同环境因素点各电气参数值，利用离散数据曲线拟合方法，得到各电气参数与环境因素的函数关系；可以看出，在SOC小于30%的范围内，欧姆内阻Rohm会突然升高，而当SOC大于30%时，SOC对欧姆内阻Rohm的影响并不明显，而温度对SOC的影响是一个连续的过程，因此分析影响因素后对电池模型参数进行分段处理；锂离子动力电池的数学模型是估算电池SOC的基础，通过所建立的模型能够得到电池的观测方程，观测方程描述了SOC、充放电电流、温度因素与电池端电压的函数关系；将电池实际容量设定为一个随温度变化的量，通过研究电池实际容量在不同温度下的变化规律，引入温度补偿系数ηT修正不同温度下电池实际容量与电池额定容量之间的误差。...

【技术特征摘要】
1.一种用于电动汽车动力电池SOC估计的锂电池建模方法，其特征在于：综合考虑包括温度在内的SOC环境因素的影响，将锂电池Thevenin模型中各电气参数定义为环境变量的函数，并通过混合动力脉冲能力特性HPPC实验得到模型参数，首先通过测试和计算得到电池模型实际参数值，并以此为依据确定模型的参数拟合方法；根据Thevenin模型，锂电池内部存在极化电容Cpol和极化电阻Rpol相并联，并与表征开路电压的直流电压源Uoc、欧姆内阻Rohm和其他内阻R0串联组合，其中极化电容Cpol、极化电阻Rpol、欧姆内阻Rohm均为可变参数，与电池SOC环境因素有关，对于模型中的各电气参数可以通过可实际检测到的参数进行计算，通过混合动力脉冲能力特性HPPC实...

【专利技术属性】
技术研发人员：何耀，孙张弛，吉祥，郑昕昕，曾国建，刘新天，
申请(专利权)人：合肥工业大学智能制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34