一种基于自愈特征的锂电池物理模型及充放电监测系统技术方案

本发明专利技术一种基于自愈特征的锂电池物理模型及充放电监测系统，模型包括电池开路电压Uoc、电池内阻Ri，Ri分别包含放电电阻Rdis和充电电阻Rch，并联RC网络、电容Cs和电阻Rs。其中，开路电压Uoc描述电池的电压特征，电容Cs描述电池的容量特征。充放电监测系统以LabView2012为软件开发平台，包含电压采集卡、电源模块、电流采集模块、继电器模块；同时还包含恒流充电电路、恒压充电电路和放电电路三个回路。本发明专利技术得到了电池由放电状态转换到静置状态之后的电压描述函数，模型对于不同自愈时间，都能准确地描述电池在静置状态的电压变化情况，模型模拟值与测量值之间的误差维持在稳定范围内，模型具有较高准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自愈特征的锂电池物理模型及充放电监测系统
本专利技术涉及一种基于自愈特征的锂电池物理模型及充放电监测系统，属于锂电池建模

技术介绍
近年来，电动汽车因其清洁高效等特点受到了广泛的关注并被大力推广。然而，动力电池成为电动汽车性能及稳定性的重要影响因素。锂离子电池体积小、重量轻、自放电率低，是电动汽车动力电池的最佳选择之一。因此，对于锂离子电池安全性和可靠性的研究成为关注的重点。如文献《锂离子电池在线荷电状态和健康状态估算模型》提出利用电池放电过程中单位时间内电压的变化量对电池的荷电状态及健康状态进行估算，该方法实现了锂电池荷电状态及健康状态的在线估算，且具有较好的鲁棒性；文献《电动汽车的锂离子电池电池循环寿命的组合充电状态和健康状况估计》中提出了一种结合锂电池荷电状态及健康状态的估算方法，利用扩展卡尔曼算法对荷电状态及进行实时估算并对健康状态进行离线更新，实验证明该方法具有较好的准确性；但是上述的这些文章都是锂电池工作在理想状态下，并未考虑到锂电池在实际使用过程中的不连续现象，即当锂电池静置时，电池的容量会有所回升，这种现象有助于延长锂电池的使用寿命，具有重要的研究意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自愈特征的锂电池物理模型，其特征在于：该模型包括电池开路电压Uoc、电池内阻Ri，Ri分别包含放电电阻Rdis和充电电阻Rch，并联RC网络、电容Cs和电阻Rs；其中，开路电压Uoc描述电池的电压特征，电容Cs描述电池的容量特征；模型可分为两个部分，一部分对锂电池放电阶段电压进行描述以及另一部分对锂电池静置阶段自愈现象电压进行描述，具体如下：1.1.模型的描述当电池达到稳定状态时，电池电压不再发生变化，此时端电压等于电池的开路电压Uoc，也等于电容Cs的电压值，即：UL＝UOC＝UCs    (1)1.1.1.放电状态电池描述利用HPPC测试对锂电池物理模型的放电状态进行描述；当电...

【技术特征摘要】
1.一种基于自愈特征的锂电池物理模型，其特征在于：该模型包括电池开路电压Uoc、电池内阻Ri，Ri分别包含放电电阻Rdis和充电电阻Rch，并联RC网络、电容Cs和电阻Rs；其中，开路电压Uoc描述电池的电压特征，电容Cs描述电池的容量特征；模型可分为两个部分，一部分对锂电池放电阶段电压进行描述以及另一部分对锂电池静置阶段自愈现象电压进行描述，具体如下：1.1.模型的描述当电池达到稳定状态时，电池电压不再发生变化，此时端电压等于电池的开路电压Uoc，也等于电容Cs的电压值，即：UL＝UOC＝UCs(1)1.1.1.放电状态电池描述利用HPPC测试对锂电池物理模型的放电状态进行描述；当电池通过放电脉冲电流时，电池的电压会经历两个变化过程，电压快速变化过程以及电压缓慢变化过程；在电压快速变化阶段，电压的急剧下降主要是受电池内阻Ri的影响，内阻Ri的值与电压的变化值有关，如公式(2)所示；当电池以IL恒流放电时，电压缓慢变化，为了简化模型，电池的电容可以认为处于开路状态，电池的变化值由并联的RC网络部分所表示，电池的电压变化值可由公式(3)表示：连在电池两端的负载RL的阻值可由电池的端电压和电流的比值求得：RL＝UL-F/IL(4)1.1.2.静置状态电池描述单通过HPPC测试无法求得模型全部参数的值，需要对电池进行自愈测试：在锂电池单个充放电周期内进行一次自愈测试；当充电完成后，对电池进行恒流放电，在t0时刻，当电池电压达到UL-SR时，电池转换进入静置状态，进行时间间隔为△t的自愈过程；当电池处于静置状态时，RC并联网络上没有电流经过，所以模型可以简化；在t0(-)时刻，电池处于放电状态，电容Cs两端的电压可由公式(5)表示；在t0(+)时刻，电池处于静置状态，电容Cs的电压可以用公式(6)表示；因为电容的电压不能发生突变，所以t0(-)时刻电容Cs的电压值和t0(+)时刻的电压值相等，即如公式(7)所示：UCS(t0-)＝UL-SR(t0-)+IL*RP＝UOC-SR-Ui(t0-)(5)UCs(t0+)＝UL-SR(t0+)-URs(t0+)(6)UCs(t0)＝UCs(t0-)＝UCs(t0+)(7)由公式(5)(6)(7)可以推导出，当电池从放电状态转换为静置状态的电压变化值：△UL-SR＝URs(t0+)+IL*RP(8)当电池静置的时间足够长的情况下，电池处于稳定状态，由公式(1)可知，电容Cs的电压将会等于电池的开路电压Uoc-SR；然而电容Cs在t0时刻的电压值小于Uoc-SR，对比公式(5)和公式(9)可以得知，在电池处于静置状态的△t时间内，理想电压源UOC对电容Cs进行充电，流过电容Cs的电流为Is，时间常数为τ,电容Cs的电量为Qcs：UCs(△t→∞)＝UOC-SR(9)τ＝CS*(Ri+RS)(11)QCs＝UCs*CS(12)当锂电池由放电状态转换为...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立锋，裴召帝，张震宇，袁慧梅，关永，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11