基于多粒子降阶模型的连续降额快速充电方法技术

一种多粒子降阶模型，用于基于在锂电池单元的寿命期间实时准确地预测锂镀电势来调整施加到负载的充电。在当前的多粒子降阶建模系统中，电流密度和电势分布被迭代地求解。一旦解决了电流分布，就解决了锂浓度分布，而无需进行任何迭代过程。通过在迭代确定的电流密度和电势分布之后作为单独的步骤求解锂浓度分布，通过避免迭代求解多个偏微分方程，显着减少了模型产生输出所需的计算时间。基于由模型的输出提供的电势分布信息，可以确定锂镀电势，并且可以采取行动，诸如修改充电技术和速率使得未来的锂镀最小化。

【技术实现步骤摘要】
基于多粒子降阶模型的连续降额快速充电方法
技术介绍
锂离子电池的一个有吸引力的方面是它们可以以比其它可再充电电池以更快的速率快速充电。然而，快速充电确实具有缺点。例如，快速充电可能引起加速的容量衰减，导致触发安全问题的可能性。在快速充电期间，锂离子倾向于镀层在负极活性材料表面上而不是插入到材料中。一旦锂离子被镀层，锂离子电池以几种方锂电池用于许多现代装置中，包括电动车辆、计算机和手机。式降级，包括但不限于通过固体电解质界面(SEI)在活性材料和电解质之间产生电气通路，将电子暴露于电解质。为了使锂金属镀层最小化，电池单元已经经受了大量的锂镀层测试，以确定作为充电状态(SOC)和温度的函数的最大区域和连续充电电流极限。然而，现有技术中的系统和方法不能获得可实时使用并提供精确结果的实际模型。
技术实现思路
粗略地描述，本技术利用多粒子降阶模型来基于准确地预测锂电池单元的寿命期间的实时锂镀电势来调整施加到负载的充电。电池模型可以基于若干观察和假设，诸如例如当电池内部的锂浓度和电势梯度可以忽略时，具有单粒子降阶模型的单元电压保护对于低或脉冲电力负载是准确的。在当前的多粒子降阶建模系统中，只有电流密度和电势分布迭代地求解了。这是基于电场和电荷转移作用过程发生在比扩散时间尺度小的时间尺度为前提。在实施例中，公开了一种用于基于建模的电池单元降低充电电流额定值的方法。所述方法可以包括通过电池供电系统上的电池管理系统设置模型电池的锂离子浓度。将初始充电电流施加到电池单元。电池模型可以为电池供电系统上的电池单元提供模型。模型电池的材料性质可以至少部分基于模型电池温度来设定。模型电池的电势分布和电流密度可以通过电池管理系统迭代地确定。然后，电池管理系统可以至少部分地基于电势分布来计算模型电池的锂镀电势。基于模型电池的锂镀电势来更新电池单元的充电电流。在实施例中，一种非暂时性计算机可读存储介质包括程序，所述程序可由处理器执行以完成用于基于建模的电池单元以降低充电电流的额定值的方法。所述方法包括：通过电池供电系统上的电池管理系统设置建模的电池的锂离子浓度。所述电池模型提供用于所述电池供电系统上的电池单元的模型。将初始充电电流施加到电池单元。至少部分地基于建模的电池温度设置所述建模的电池的材料性质。通过所述电池管理系统迭代地确定所述建模的电池的电势分布和电流密度。至少部分地基于所述电势分布，通过所述电池管理系统计算所述建模的电池的锂镀电势。基于所述模型电池的所述锂镀电势更新所述电池单元的所述充电电流。在实施例中，一种用于基于建模的电池单元降低充电电流的额定值的系统包括一个或多个处理器、存储器以及存储在存储器中并且可由一个或多个处理器执行的一个或多个模块。当被执行时，所述模块可以通过电池供电系统上的电池管理系统为建模的电池设置锂离子浓度，所述电池模型为所述电池供电系统上的电池单元提供模型，将初始充电电流施加到所述电池单元，至少部分地基于所述建模的电池温度为所述建模的电池设置材料性质，通过所述电池管理系统迭代地确定所述建模的电池的电势分布和电流密度，至少部分地基于所述电势分布，通过所述电池管理系统为所述建模的电池计算锂镀电势，以及基于所述模型电池的锂镀电势为所述电池单元更新所述充电电流。附图说明图1是电池供电系统的框图。图2是锂电池单元在充电期间的框图。图3是锂电池单元在放电期间的框图。图4是展示锂金属镀层的锂电池单元的框图。图5是电池管理系统的框图。图6是电池建模模块的框图。图7是基于多粒子降阶模型的连续降额快速充电的方法。图8是为连续降额快速充电方法设置充电电流的方法。图9是使用降阶模型对电池建模的方法。图10是基于锂离子镀层电势调节充电电流的方法。图11是用于在本技术中实施的计算环境的框图。具体实施方式粗略地描述，本技术利用多粒子降阶模型来准确地实时预测锂电池单元的寿命期间的锂镀电势。电池模型可以基于若干观察和假设，诸如例如当电池内部的锂浓度和电势梯度可忽略时，具有单粒子降阶模型的电池电压保护对于低或脉冲电力负载是准确的。然而，在连续的电力负载下，例如在充电期间，单粒子模型预测将开始偏离测量。这是由于模型在计算中被迫使用平均电流密度。在全阶模型中，电流密度分布、诸如电极电势和电解质电势的电势分布、以及锂浓度分布相互依赖。因为模型是高度非线性的，所以模型方案需要迭代求解。在当前的多粒子降阶建模系统中，只有电流密度和电势分布迭代地求解。这是基于电场和电荷转移作用过程发生在比扩散时间尺度小的时间尺度为前提。一旦电流分布被求解，锂浓度分布无需涉及任何迭代过程就被求解了。通过在迭代确定的电流密度和电势分布之后作为单独的步骤求解锂浓度分布，通过避免迭代求解多个偏微分方程，显着减少了模型产生输出所需的计算时间。与基于单粒子的模型相比，显着提高了单元内电势分布的精度。基于由模型的输出提供的电势分布信息，可以确定锂镀电势，并且可以采取行动，诸如修改的充电技术和速率，以最小化未来的锂镀层。本技术的建模技术提供了优于其它建模技术的优点，并且它提供了准确的结果，并且可以例如在诸如电动车辆、计算机、移动电话或其它设备之类的电池供电系统上实时地实现。由于高计算成本，现有系统对基于物理学的模型的实时应用受到限制。在锂离子电池单元模型中，许多颗粒被认为代表电极以捕获电池单元内部的电流密度和电势分布。建模过程是计算密集型的，因为它涉及迭代求解许多偏微分方程。为了减少实时应用的计算时间，常见的模型降阶方案是考虑单个粒子来表示电极。在每个离散时间步长上求解多个偏微分方程的一些和集合中，仅需要利用单个粒子模型求解单个偏微分方程。然而，利用这种方法，准确度较差，因为这种方法不能捕获空间相关的电流密度分布。任何依赖这种模型来检测和避免锂镀的做法将导致错误的结果。本技术所解决的技术问题与通过对电池单元建模来识别电池的劣化有关。在一些现有的解决方案中，通过对电池建模来确定电池的退化，例如锂镀。为了提供精确的模型，使用多个粒子来表示每个电极以对电池进行建模。尽管典型的全阶拟二维锂离子单元模型可以提供准确的结果，但是它需要大量的计算资源，不能实时提供结果，并且对于在消费者系统中使用是不实际的。常见的降阶模型将电极表示为单个粒子而不是多个粒子，并且需要的计算成本少得多。然而，单粒子电极模型具有不能提供非常准确的结果的缺点，这可能导致不正确的锂镀检测和预测。本技术提供了对实时地进行电池单元建模的技术问题的技术解决方案，使得所述模型可以通过电池供电系统与被建模的电池一起使用。本技术的电池单元模型提供多粒子降阶模型，多粒子降阶模型迭代地确定电流密度和电势分布，然后在完成迭代过程之后作为单独的非迭代步骤确定锂镀电势。通过在迭代过程之后作为单独步骤确定锂镀电势，避免了非常大的计算成本，这提供了用于实施锂电池模型的更有效的计算过程。此外，通过提供处理为多个粒子电极而不是将每个电极表示为单个粒子的模型，所述模型比将电极表示为单个粒子的模型精确得多，从而提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于基于建模的电池单元降低充电电流额定值的方法，包括：/n通过电池供电系统上的电池管理系统设置建模的电池的锂离子浓度，所述电池模型为所述电池供电系统上的电池单元提供模型；/n将初始充电电流施加到电池单元；/n至少部分地基于建模的电池温度来设置所述建模的电池的材料性质；/n通过所述电池管理系统迭代地确定所述建模的电池的电势分布和电流密度；以及/n至少部分地基于所述电势分布，通过所述电池管理系统计算所述建模的电池的锂镀电势；以及/n基于所述模型电池的所述锂镀电势来更新所述电池单元的所述充电电流。/n

【技术特征摘要】
20190515 US 16/412,4181.一种用于基于建模的电池单元降低充电电流额定值的方法，包括：
通过电池供电系统上的电池管理系统设置建模的电池的锂离子浓度，所述电池模型为所述电池供电系统上的电池单元提供模型；
将初始充电电流施加到电池单元；
至少部分地基于建模的电池温度来设置所述建模的电池的材料性质；
通过所述电池管理系统迭代地确定所述建模的电池的电势分布和电流密度；以及
至少部分地基于所述电势分布，通过所述电池管理系统计算所述建模的电池的锂镀电势；以及
基于所述模型电池的所述锂镀电势来更新所述电池单元的所述充电电流。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，更新所述充电电流包括：如果所述锂镀电势小于零，则减小所述充电电流。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，更新所述充电电流包括：如果所述锂镀电势大于零，则增加所述充电电流。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述建模的电池的所述电势分布和电流密度在单元寿命期间通过所述电池管理系统迭代地确定。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，设定材料性质包括：
估算电池供电系统内的电池单元中的实际锂离子浓度；以及
将所述估算的锂离子浓度设定为所述建模的电池的锂离子浓度。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述建模的电池材料性质至少部分基于所述设定的锂离子浓度。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述建模的电池材料性质包括颗粒内的扩散和电解质内的扩散。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述建模的电池材料性质包括电解质和电极内的反应速率常数和电导率。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电势分布包括电极电势和电解质电势。


10.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述电池管理系统迭代地确定电势分布和电流密度包括：
设置所述建模的电池的平均外加电流密度；
计算所述建模的电池的阴极和电极的电解质电势分布和电极电势分布；
计算所述建模的电池的新局部电流分布；以及
重复设定平均外加电流密度、计算电解质电势分布和电极电势分布、以及计算所述建模的电池的新局部电流分布的步骤，直到所述局部电流分布趋同。


11.一种非暂时性计算机可读存储介质，所述可读存储介质设有程序，所述程序可由处理器执行以实现用于基于建模的电池单元降低充电电流额定值的方法，所述方法包括：
通过电池供电系统上的电池管理系统设置建模的电池的锂离子浓度，所述电池模型提供用于所述电池供电系统上的电池单元的模型；
将初始充电电流施加到电池单元；
至少部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：重庆金康新能源汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50