一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法技术

本发明专利技术涉及一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法，通过多能量船舶建模，特别是与锂电池组的控制和安全操作有关的问题，提供了锂电池组的能量管理策略。具体方案是：采集系统电池组的剩余容量(SOC)、推进电流和船速等数据，通过能量守恒理论建立船舶航行里程和SOC模型，根据全电动船舶航行的锂电池实际数据获得锂电池老化模型，并基于锂电池组老化模型提出了基于循环寿命的船用锂电池组能量管理策略。该策略使用逻辑阈值优化算法来降低锂电池组容量损失的老化速率。本发明专利技术通过对两组磷酸铁锂电池输出的能量进行合理分配，有效提升了全电船的性能，从而降低磷酸铁锂电池组的容量损失提高锂电池组循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法
本专利技术涉及多能源船舶建模领域，一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法。
技术介绍
随着世界经济的飞速发展，国际海上运输承担着全球90％以上的贸易量，但传统船舶十分依赖柴油等不可再生资源，使能源枯竭，资源短缺,并且船舶航行过程中产生的尾气对环境造成了严重的污染船舶排放的废气及噪声已成为环境污染不可忽视的问题。因此国际上已有许多国家制定法规开始限制船舶的废气排放量。我国也出台了《长江经济带船舶污染防治专项行动方案(2018-2020)》、《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法(中国第一、二阶段)》等一系类规章制度。因此设计和建造具有低能耗、低排放特点的新型绿色船舶俨然已经成为造船和航运业发展的主要趋势，其中采用锂电池组的纯电动船舶，因为具有零排放、零污染等优点被视作未来船舶的发展的重要方向，前景被广泛看好。但目前纯电动船的技术尚未完全成熟，其中一个主要的难点就是电池的使用寿命短，电池的更换带来巨大的经济损失。提高电池组的循环寿命成为全电动船未来发展的一个热点。
技术实现思路
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【技术保护点】
1.一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤S1：采集船舶系统电池组的剩余容量SOC、锂电池组输出电流、温度和船速，通过能量守恒理论建立船舶航行里程和SOC模型；/n步骤S2：根据全电动船舶航行的锂电池实际数据获得锂电池老化模型；基于锂电池组老化模型使用逻辑阈值优化算法用以降低锂电池组容量损失的老化速率。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：采集船舶系统电池组的剩余容量SOC、锂电池组输出电流、温度和船速，通过能量守恒理论建立船舶航行里程和SOC模型；
步骤S2：根据全电动船舶航行的锂电池实际数据获得锂电池老化模型；基于锂电池组老化模型使用逻辑阈值优化算法用以降低锂电池组容量损失的老化速率。


2.根据权利要求1所述的一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：确定船螺旋桨的推力与转矩关系,螺旋桨和船体在航行中相互影响，螺旋桨与水流的相对速度并不等于船体速度，两者综合获得船舶在水中实际航行速度；






式中：D为螺旋桨直径；J为进速比；ω为船在水中的伴流速度，取值范围0.1-0.18；n为螺旋桨的转速；vS为船体的航行速度；M为螺旋桨转矩；km为螺旋桨的扭矩系数；kp为螺旋桨的推力系数；T为螺旋桨的推力；
步骤S12：推进电机的功率为：



式中：P为推进电机的功率；kc为推进电机和桨扭矩的传送比；ne为电机的转速；
步骤S13：桨船舶航行时运动方程为：






式中：kr为船体航行的阻力系数；kt为电机推力和螺旋桨推力的传送比；m为船舶的质量；
步骤S14：进行锂电池输出能量和船舶消耗能量估算：
ΔE1＝UIt＝UQbat(1-SOCt)(6)



式中，SOC为锂电池剩余电量；ne为电机转速；U为锂电池的额定电压；Qbat为锂电池总容量；t为到达目的地时间；
步骤S15：假设船舶航行过程中，电池输出的能量全部转化为船舶航行的能量，无其他能量消耗；即ΔE1＝ΔE2,联立得到：



步骤S16：锂电池的SOCt与里程S建模,由(4)、(5)和(8)得到SOCt和路程S之间的关系，即



式中，v0为船航行的初始速度；s为船航行总里程。


3.根据权利要求1所述的一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：通过锂电池的老化公式(10)预测电池的循环寿命；通过SOC,Ic,θ,Ah,这四个数据进行预测容量损失，当电池组容量损失占总容量的20％时电池报废，电池组的循环寿命结束；



式中，Ic为电池放电倍率；Ah累计放电的电流量；Qloss为电池组的损失容量；θ为电池内部温度；Ea为电池内部电势能；Rg为气体常数；α、β、η为模型参数；z为幂率指数；
步骤S22：根据预测的电池循环寿命获得老化严重因子σmap，老化严重因子σmap用以表征电池组容量衰减快慢；
步骤S23：采用两组磷酸铁锂电池作为电力存储装置，利用锂电池组的σmap、n、5个阈值判断两电池组的通断时序。


4.根据权利要求3所述的一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法，其特征在于：所述步骤S22具体包括以下步骤：
步骤S221：设定当电池组损失的容量为初始容量的20％时，即Qloss＝20％电池组循环寿命结束；
20＝σfunct(Ic,nom,θnom,SOCnom)·Γz(11)
步骤S222：求最大电池组寿命г和当前电池组寿命γ，г即设定电池组生产商实验室测试循环寿命总放电时间为锂电池组最大寿命；γ即在船舶航行过程中电池组的总时间；






步骤S223：计算老化严重性因子σmap，即最大电池寿命与当前电池组寿命的比值；



步骤S224：老化严重性因子σmap主要由电流，SOC和温度影响，求每个影响因子对老化严重性因子σmap的偏导数；









式中，是soc对老化严重性因子σmap的影响大小；是Ic严重性因子σmap的影响大小；是θ对老化严重性因子σmap的影响大小；SOC为电池剩余电量；SOCt为锂电池t时刻剩余电量。


5.根据权利要求3所述的一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法，其特征在于：所述步骤S23具体包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞万能，陈荣，李素文，王金铎，郑艳芳，蒋仁炎，王文锦，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：福建;35