建立电池直流内阻函数的方法技术

本发明专利技术提出一种建立电池直流内阻函数的方法，包括以下步骤：获取电池在多个不同电池SOC、多个不同充/放电电流和多个不同环境温度下对应的电池直流内阻数据；根据得到的电池直流内阻数据建立电池直流内阻关于电池SOC、充/放电电流和环境温度的函数；建立电池的产热模型、传热模型和散热模型，并根据产热模型、传热模型和散热模型实时预测电池的表面温度；根据电池直流内阻关于电池SOC、电流和环境温度的函数和电池的表面温度建立电池直流内阻关于电池SOC、充/放电电流和电池表面温度的函数。本发明专利技术能够简单、全面、准确、实时地描述电池SOC、电流和电池表面温度与电池直流内阻的函数关系，且易于实现，便于工程应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池
，特别涉及一种建立电池直流内阻函数的方法。
技术介绍
为了保证电池储能系统的安全、高效运行，系统均配备电池管理子系统来对动力电池的状态进行监测，并据此对动力电池外特性进行预测。电池管理子系统能否对动力电池的外特性进行准确测定是对电池进行有效管理的关键。目前动力电池的外特性测定技术主要体现为动力电池的模型获取技术。常见的动力电池模型主要包括电化学模型与等效电路模型两类。电化学模型能够较为完备地反映动力电池内部的物理化学过程，有助于细致研究动力电池工作过程中内部发生的变化。然而这类模型结构复杂，并且涉及大量难以获取的物理化学参数，因此电化学模型一般被应用于动力电池的微观性能分析。等效电路模型使用电路器件来描述动力电池的电气外特性。这类模型结构简单、易于理解，并且模型参数具有明确的物理化学意义，因此在动力电池建模技术中应用广泛。在多种电路模型中，直流内阻模型是最简单实用的等效电路模型。直流内阻值的大小的变化能够反映出动力电池内部的一些主要变化。目前，大部分研究工作都只能测出对应某电池工作状态的一个直流内阻值，如果需要一组直流内阻值，则测试过程需要反复进行，因此测试效率低下。为了解决此问题，目前相关技术中提出一种基于电池恒流外特性并考虑电动势时变特性的直流内阻测试方法。该方法使用统一基准将不同工况下电池电动势的时变特性进行归一化处理，进而利用不同恒流充放电曲线来获取不同荷电状态(SOC，State of Charge)下的直流内阻值。相比较于传统直流内阻测试方法，该方法能够使用较少的实验获得较高的测试精度。不过该方法只是在环境温度为25℃的条件下计算了动力电池的直流内阻曲线，且只测量出了不同电流对应的直流内阻值，并没有给出计算直流内阻相对于一些重要变化量(如温度、SOC、电流等)的函数。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出建立电池直流内阻函数的方法，该方法能够简单、全面、准确、实时地描述电池SOC、电流和电池表面温度与电池直流内阻的函数关系，且易于实现，便于工程应用。为了实现上述目的，本专利技术第一方面的实施例提出了一种建立电池直流内阻函数的方法，包括以下步骤：S1：获取电池在多个不同电池SOC、多个不同充/放电电流和多个不同环境温度下对应的电池直流内阻数据；S2：根据得到的所述电池直流内阻数据建立电池直流内阻关于电池SOC、充/放电电流和环境温度的函数；S3：建立所述电池的产热模型、传热模型和散热模型，并根据所述产热模型、传热模型和散热模型实时预测所述电池的表面温度；以及S4：根据所述电池直流内阻关于电池SOC、电流和环境温度的函数和所述电池的表面温度建立电池直流内阻关于电池SOC、充/放电电流和电池表面温度的函数。根据本专利技术实施例的建立电池直流内阻函数的方法，通过测量不同SOC、不同电流和不同环境温度对应的直流内阻值，详细分析直流内阻与SOC、电流以及环境温度之间的变化规律，并结合电池产热、传热和散热过程，建立直流内阻关于这三个因变量的函数，从而基于直流内阻基准测量数据可计算得到任意电池SOC、电流和电池表面温度条件下的直流内阻值。该方法简单、全面、准确、实时地描述电池SOC、电流和电池表面温度与电池直流内阻的函数关系，为电池管理系统提供了电池内部更多的参数信息，从而能够更加合理、安全、有效地管理动力电池，且该方法易于实现，便于工程应用。另外，根据本专利技术上述实施例的建立电池直流内阻函数的方法还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述S2进一步包括：S21：在多个不同环境温度TA下，基于测得的最小充/放电电流i1对应的电池直流内阻数据，建立最小充/放电电流i1对应的直流内阻关于电池SOC和环境温度TA的函数R(SOC,i1,TA)；S22：在多个不同充/放电电流i下，基于测得的基准环境温度TA1条件对应的电池直流内阻数据，建立基准环境温度TA1对应的直流内阻关于电池SOC和充/放电电流i的函数R(SOC,i,TA1)；S23：以所述最小充/放电电流i1对应的直流内阻关于电池SOC和环境温度TA的函数R(SOC,i1,TA)作为基准，通过引入温度修正系数α(i,TA)，确定其他充/放电电流i对应的直流内阻关于电池SOC、充/放电电流i和环境温度TA的函数R(SOC,i,TA)。在一些示例中，所述S3进一步包括：根据所述电池的产热模型、传热模型、散热模型和实验温度数据辨识得到电池热模型中的各个参数，并在充/放电过程中，实时计算所述电池的表面温度T。在一些示例中，所述S4进一步包括：S41：将所述电池的表面温度T反馈到所述步骤S23中直流内阻关于电池SOC、充/放电电流i和环境温度TA的函数R(SOC,i,TA)的计算过程中，具体为：用所述电池的表面温度T替换所述步骤S23中得到的直流内阻关于电池SOC、充/放电电流i和环境温度TA的函数R(SOC,i,TA)中的TA；S42：基于相关的数据处理软件，搭建相关的数学关系式以及预存储基准曲线数据，通过仿真得到电池直流内阻关于电池SOC、充/放电电流i以及电池表面温度T的函数R(SOC,i,T)。在一些示例中，所述21进一步包括：S211：以最小充/放电电流i1和基准环境温度TA1对应的直流内阻曲线R(SOC,i1,TA1)数据作为基准直流内阻曲线数据，通过最小充/放电电流i1和其他环境温度TA2对应的直流内阻曲线R(SOC,i1,TA2)与直流内阻曲线R(SOC,i1,TA1)进行求差得到直流内阻增量曲线ΔR(SOC,i1,ΔTA2)，具体计算公式为：ΔR(SOC,i1,ΔTA2)＝R(SOC,i1,TA2)-R(SOC,i1,TA1)；S212：采用最小二乘法对所述直流内阻增量曲线ΔR(SOC,i1,ΔTA2)进行关于电池SOC的三次多项式曲线拟合，得到此多项式的不同的系数值，具体计算公式如下：ΔR(SOC,i1,ΔTA2)＝a(ΔTA2)×SOC3+b(ΔTA2)×SOC2+c(ΔTA2)×SOC+d(ΔTA2)；213：将所述步骤S211和步骤S212中的其他环境温度TA2分别更换为环境温度TA3、TA4……TAM对应的电池直流内阻数据，并重复执行所述步骤S211和步骤S212，以得到不同的环境温度对应的直流内阻增量曲线多项式的系数，然后采用最小二乘法，通过以温度差为自变量的多项式对各个系数进行曲线拟合，得到最小充/放电电流i1对应的直流内阻增量曲线关于电池SOC和环境温度差的函数ΔR(SOC,i1,ΔTA)，进而建立最小充/放电电流i1对应的直流内阻关于电池SOC和环境温度TA的函数R(SOC,i1,TA)，如下式所示：R(SOC,i1,TA)＝ΔR(SOC,i1,ΔTA)+R(SOC,i1,TA1)。在一些示例中，所述S22进一步包括：S221：以最小充/放电电流i1和基准环境温度TA1对应的直流内阻曲线R(SOC,i1,TA1)数据作为基准直流内阻曲线数据，通过充/放电电流i对应的直流内阻曲线与基准直流内阻曲线求差，得到直流内阻增量曲线ΔR(SOC,i,TA1)，具体计算公式如下：ΔR(SOC,i,TA1)＝R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建立电池直流内阻函数的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取电池在多个不同电池SOC、多个不同充/放电电流和多个不同环境温度下对应的电池直流内阻数据；S2：根据得到的所述电池直流内阻数据建立电池直流内阻关于电池SOC、充/放电电流和环境温度的函数；S3：建立所述电池的产热模型、传热模型和散热模型，并根据所述产热模型、传热模型和散热模型实时预测所述电池的表面温度；S4：根据所述电池直流内阻关于电池SOC、电流和环境温度的函数和所述电池的表面温度建立电池直流内阻关于电池SOC、充/放电电流和电池表面温度的函数。

【技术特征摘要】
1.一种建立电池直流内阻函数的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取电池在多个不同电池SOC、多个不同充/放电电流和多个不同环境温度下对应的电池直流内阻数据；S2：根据得到的所述电池直流内阻数据建立电池直流内阻关于电池SOC、充/放电电流和环境温度的函数；S3：建立所述电池的产热模型、传热模型和散热模型，并根据所述产热模型、传热模型和散热模型实时预测所述电池的表面温度；S4：根据所述电池直流内阻关于电池SOC、电流和环境温度的函数和所述电池的表面温度建立电池直流内阻关于电池SOC、充/放电电流和电池表面温度的函数。2.根据权利要求1所述的建立电池直流内阻函数的方法，其特征在于，所述S2进一步包括：S21：在多个不同环境温度TA下，基于测得的最小充/放电电流i1对应的电池直流内阻数据，建立最小充/放电电流i1对应的直流内阻关于电池SOC和环境温度TA的函数R(SOC,i1,TA)；S22：在多个不同充/放电电流i下，基于测得的基准环境温度TA1条件对应的电池直流内阻数据，建立基准环境温度TA1对应的直流内阻关于电池SOC和充/放电电流i的函数R(SOC,i,TA1)；S23：以所述最小充/放电电流i1对应的直流内阻关于电池SOC和环境温度TA的函数R(SOC,i1,TA)作为基准，通过引入温度修正系数α(i,TA)，确定其他充/放电电流i对应的直流内阻关于电池SOC、充/放电电流i和环境温度TA的函数R(SOC,i,TA)。3.根据权利要求1所述的建立电池直流内阻函数的方法，其特征在于，所述S3进一步包括：根据所述电池的产热模型、传热模型、散热模型和实验温度数据，辨识得到电池热模型中的各个参数，并在充/放电过程中，实时计算所述电池的表面温度T。4.根据权利要求1所述的建立电池直流内阻函数的方法，其特征在于，所述S4进一步包括：S41：将所述电池的表面温度T反馈到所述步骤S23中直流内阻关于电池SOC、充/放电电流i和环境温度TA的函数R(SOC,i,TA)的计算过程中，具体为：用所述电池的表面温度T替换所述步骤S23中得到的直流内阻关于电池SOC、充/放电电流i和环境温度TA的函数R(SOC,i,TA)中的TA；S42：基于相关的数据处理软件，搭建相关的数学关系式以及预存储基准曲线数据，通过仿真得到电池直流内阻关于电池SOC、充/放电电流i以及电池表面温度T的函数R(SOC,i,T)。5.根据权利要求2所述的建立电池直流内阻函数的方法，其特征在于，所述S21进一步包括：S211：以最小充/放电电流i1和基准环境温度TA1对应的直流内阻曲线R(SOC,i1,TA1)数据作为基准直流内阻曲线数据，通过最小充/放电电流i1和其他环境温度TA2对应的直流内阻曲线R(SOC,i1,TA2)与基准直流内阻曲线R(SOC,i1,TA1)进行求差得到直流内阻增量曲线ΔR(SOC,i1,ΔTA2)，具体计算公式为：ΔR(SOC,i1,ΔTA2)＝R(SOC,i1,TA2)-R(SOC,i1,TA1)；S212：采用最小二乘法对所述直流内阻增量曲线ΔR(SOC,i1,ΔTA2)进行关于电池SOC的三次多项式曲线拟合，得到此多项式的不同的系数值，具体计算公式如下：ΔR(SOC,i1,ΔTA2)＝a(ΔTA2)×S...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，杨耕，何志超，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11