一种基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计制造技术

本发明专利技术公开了一种基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计，包括以下步骤：S1、基于电化学阻抗谱低频区域的原理建立适用于低频阻抗谱辨识的等效电路模型；S2、测定锂离子电池不同SOC区间下的低频阻抗谱；S3、使用步骤S1中的等效电路模型来拟合测试得到的不同SOC下的低频电化学阻抗谱数据，辨识等效电路模型参数；S4、根据辨识的模型参数、动态工况中开路电压Vocv，负载电流I

【技术实现步骤摘要】
一种基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计
本专利技术涉及锂离子电池系统监控的
，具体为一种基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计。
技术介绍
由于石油资源的匮乏，推动新能源汽车的发展成为了全球共识，世界各个国家逐渐将精力转移到新能源技术的研究，而可再生能源的推动，更使电动汽车受到越来越多的关注。电动汽车具有很多优点：环保、能源洁净、成本投入少、科技含量高等，使得动力电池新能源汽车成为越来越多的学者研究的方向。在关于电动汽车的研究中，电池管理系统(BMS)作为电动汽车的重要组成部分，可以实时监测电池的电压、温度和电流等，对车载锂电池进行有效控制和管理，从而有效提高电池组使用寿命，提高电动汽车的续航里程，对于电动汽车行业发展至关重要。其中准确估计电池端电压又是电池管理技术中最基础、最重要的部分。锂离子电池的开路电压是正极和负极之间的电势差，一般取电池长时间静置后内部物理化学过程达到稳定时的端电压U作为OCV的真值,被广泛用于评估电池荷电状态(StateofCharge,SOC)与老化状态,设计电池组均衡策略等方面。目前估计锂离子电池端电压的方法主要基于电池模型的方法，常用模型可归纳为三类：电化学模型，等效电路模型，电化学阻抗谱等效电路模型。其中，基于电化学模型的端电压估算方法能满足BMS要求的精度，但是很难识别所有的参数，此外，它需要很高的专业背景，因此很难直接应用；基于等效电路模型的方法RC模块越多，模型的准确度越高，但同时也会带来模型参数的增加和繁琐的数学计算。此外，基于电化学阻抗谱等效电路模型一般对全频域进行建模,一是等效电路模型辨识的参数较多,同时也会带来模型参数的增加和繁琐的数学计算,全频域的建模其电化学阻抗谱的实验时间也会增加。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种运用电化学阻抗谱低频区域进行参数辨识完成对电池端电压的估计，本方法相对于传统方法模型辨识参数少，能够有效减少锂离子电池电化学阻抗谱实验的时间，且精度较高，对硬件的要求较低，具有很高的实用价值。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计，包括以下步骤：S1、基于电化学阻抗谱低频区域的原理建立适用于低频阻抗谱辨识的等效电路模型；S2、测定锂离子电池不同SOC区间下的低频阻抗谱；S3、使用步骤S1中的等效电路模型来拟合测试得到的不同SOC下的低频电化学阻抗谱数据，从而辨识等效电路模型参数；S4、估计锂离子电池的端电压UL，通过辨识的模型参数、动态工况中开路电压Vocv、负载电流IL以及采样时间间隔T。优选的，所述步骤S1中的电化学阻抗谱的频域为1Hz-0.01Hz。优选的，其特征在于，所述步骤S1中的等效电路模型包括纯阻性元件Ro及ZARC元件，所述纯阻性元件Ro用于描述所述电化学阻抗谱低频区域的第一个点的阻值，且所述纯阻性元件Ro为RΩ+RSEI+RCt+Rc之和，所述ZARC元件包括常相位角元件Q并联纯阻性元件R，所述ZARC元件用于描述电化学阻抗谱低频区域固相扩散和液相扩散产生的扩散阻抗Rd。优选的，步骤S2还包括一下步骤：S21、设定好测试温度，调整锂离子电池的SOC为100％；S22、静置2小时，进行电化学阻抗谱实验，以5mV电压扰动，频率范围1Hz-0.01Hz；S23、重复以上步骤，直到SOC的值为10％以下。优选的，步骤S3还包括以下步骤：S31、根据测定的低频区域的电化学阻抗谱，其第一个点的实部，完成Ro的参数辨识；S32、计算CPE元件的阻抗和ZARC元件的阻抗，所述CPE元件的阻抗：式(1)中：CPE-T为CPE的一个参数，量纲为Ω-1·cm-2·s-n，CPE-P无量纲，取值范围0＜CPE-P＜1，ω为角频率，ω＝2πf；所述ZARC元件的阻抗：S33、将ZARC元件的阻抗分解为实部Z′ZARC和虚部Z″ZARC：利用电化学阻抗谱的实部Re(Z)、虚部Im(Z)以及频率f，根据公式(3)和公式(4)利用最小二乘法拟合，得到最优解模型参数Ro、CPE-T及CPE-P。优选的，步骤S4还包括以下步骤：S41、从FUDS实验得到的开路电压VOCV、负载电流IL以及采样时间间隔T＝1S；S42、利用分数阶传递函数可以计算出ZARC元件的电压UZARC；S43、计算估计得端电压UL，通过公式(5)：UL＝VOCV+UZARC+RO*IL#(5。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过电化学阻抗谱低频区域的等效电路模型的方法，相对比基于全频域阻抗谱建立等效电路模型的方法，本方法的优点一是可以减少锂离子电池电化学阻抗谱的实验频率范围进而快速准确的估计电池参数，二是可以减少利用电化学阻抗谱对等效电路模型辨识的参数，减少复杂程度，且精度较高，对硬件的要求较低，具有很高的实用价值。附图说明图1为本专利技术中的基于电化学阻抗谱低频区域的原理建立适用于低频阻抗谱辨识的等效电路模型；图2为本专利技术中的不同SOC下低频区域的交流阻抗谱；图3为本专利技术中的基于低频区域的阻抗谱等效电路模型估计锂离子电池端估计电压；图4为本专利技术中的基于低频区域的阻抗谱等效电路模型估计锂离子电池端估计电压误差；图5为本专利技术中的传统阻抗谱等效电路模；图6为本专利技术中的的原始与改变后的阻抗谱及拟合结果；图7为本专利技术中的HPPC实验中的高频变化后电压估计；图8为本专利技术中HPPC实验低频的变化后电压估计。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提供的第一种实施例，一种基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计，包括以下步骤：S1、基于电化学阻抗谱低频区域的原理建立适用于低频阻抗谱辨识的等效电路模型；S2、测定锂离子电池不同SOC区间下的低频阻抗谱；S3、使用步骤S1中的等效电路模型来拟合测试得到的不同SOC下的低频电化学阻抗谱数据，从而辨识等效电路模型参数；S4、估计锂离子电池的端电压UL，通过辨识的模型参数、动态工况中开路电压Vocv、负载电流IL以及采样时间间隔T。进一步的，电化学阻抗谱主要是由三个部分组成。高频区域(大于1KHz)在EIS谱上表现为一个点，即与X轴相交点，描述锂离子电池欧姆阻抗；中频区域(1KHz-1Hz)在EIS谱上表现为中频半圆，描述锂离子电池活性物质颗粒之间和活性物质与集流体之间的接触阻抗Rc以及Li离子扩散通过SEI膜的阻抗Rsei和电荷交换产生的传荷阻抗Rct；低频区域(1Hz-0.01Hz本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、基于电化学阻抗谱低频区域的原理建立适用于低频阻抗谱辨识的等效电路模型；/nS2、测定锂离子电池不同SOC区间下的低频阻抗谱；/nS3、使用步骤S1中的等效电路模型来拟合测试得到的不同SOC下的低频电化学阻抗谱数据，从而辨识等效电路模型参数；/nS4、估计锂离子电池的端电压U

【技术特征摘要】
1.一种基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于电化学阻抗谱低频区域的原理建立适用于低频阻抗谱辨识的等效电路模型；
S2、测定锂离子电池不同SOC区间下的低频阻抗谱；
S3、使用步骤S1中的等效电路模型来拟合测试得到的不同SOC下的低频电化学阻抗谱数据，从而辨识等效电路模型参数；
S4、估计锂离子电池的端电压UL，通过辨识的模型参数、动态工况中开路电压Vocv、负载电流IL以及采样时间间隔T。


2.根据权利要求1所述的基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计，其特征在于，所述步骤S1中的电化学阻抗谱的频域为1Hz-0.01Hz。


3.根据权利要求1所述的基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计，其特征在于，所述步骤S1中的等效电路模型包括纯阻性元件Ro及ZARC元件，所述纯阻性元件Ro用于描述所述电化学阻抗谱低频区域的第一个点的阻值，且所述纯阻性元件Ro为RΩ+RSEI+RCt+Rc之和，所述ZARC元件包括常相位角元件Q并联纯阻性元件R，所述ZARC元件用于描述电化学阻抗谱低频区域固相扩散和液相扩散产生的扩散阻抗Rd。


4.根据权利要求1所述的基于电化学阻抗谱低频区域的锂离子电池端电压估计，其特征在于，步骤S2还包括一下步骤：
S21、设定好测试温度，调整锂离子电池的SOC为100％；
S22、静置2小时，进行电化学阻抗谱实验，以5mV电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑岳久，施治贺，赵同政，郭东旭，韩雪冰，欧阳明高，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31