一种考虑动力电池耐久性影响的峰值功率预测方法技术

本发明专利技术提供了一种考虑动力电池耐久性影响的峰值功率预测方法，相对于现有技术除了以电池最高温度值作为约束外，还增加了电池温度的变化率约束和老化约束。由于电池的温升变化率在电池处于任意环境温度时均能很好的反应电池的健康变化情况，因此本发明专利技术能够更好的反应电池的健康状态变化情况，减少容量损失，提高耐久性。此外，考虑到电流倍率会对电池的容量衰退轨迹造成影响，本发明专利技术从容量损失模型入手推导出电流倍率与容量衰退约束的关系，以容量衰退限值为约束进行持续充放电峰值电流预测，进而实现电池持续充放电峰值功率预测，对于电池的耐久性具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑动力电池耐久性影响的峰值功率预测方法
本专利技术涉及动力电池系统
，尤其涉及动力电池的峰值功率预测方法研究。
技术介绍
电动汽车的峰值功率直接影响了加速爬坡性能以及回馈制动能量回收能力。峰值功率过低，电池所提供的能量将无法满足需要；峰值功率过高，则会对电池造成不可逆的伤害，缩短电池的使用寿命。鉴于峰值功率的不可直接测量特性，对其进行准确预测就显得很尤为必要。目前，对动力电池峰值功率的预测过程中大多采用将电池的荷电状态(Stateofcharge,SOC)、端电压、温度以及电池设计的最大电流作为约束进行峰值电流预测的手段，进而实现峰值功率预测。但实际上，相比于电池的温度值而言，充放电过程中的电池温度变化率能更好地反映电池的健康变化情况。温升过快意味着电池内部副反应发生，造成可用锂离子数量减少，加快电池老化速度。此外，过大的峰值电流会造成部分锂离子在电池正负极来不及与电子结合就堆积在活性物质表面，同样造成了可用锂离子的消耗，加快电池老化速度，影响其质保里程和质保时间。由此可见，对于电池耐久性的提高，除了考虑常规的SOC、端电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑动力电池耐久性影响的峰值功率预测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：/n步骤一、记录电池充放电过程中的电流I、端电压U

【技术特征摘要】
1.一种考虑动力电池耐久性影响的峰值功率预测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、记录电池充放电过程中的电流I、端电压Ut、电池表面温度T和外界环境温度Tex；
步骤二、建立动力电池的一阶RC等效电路模型；基于外界环境温度、开路电压以及荷电状态三者间的关系，拟合建立开路电压-荷电状态-环境温度三维响应面模型；利用所述三维响应面模型获取动力电池的热模型；
步骤三、以SOC区间作为约束，计算出相应的持续充放电峰值电流和
步骤四、辨识所述一阶RC等效电路模型的模型参数，以端电压作为约束，基于所述一阶RC等效电路模型计算出相应的持续充放电峰值电流和
步骤五、利用所述热模型，以电池表面温度和温度变化率作为约束，计算出相应的持续充电峰值电流和持续放电峰值电流
步骤六、以峰值电流对老化过程造成的容量损失作为约束，计算出相应的持续充电峰值电流和持续放电峰值电流
步骤七、基于以上多约束得到的持续充放电峰值电流及电池出厂电流限值，得到多约束下的电池持续充电峰值电流和持续放电峰值电流将其代入所述一阶RC电池等效电路模型，计算出持续峰值电流对应的端电压，从而计算出充放电持续峰值功率。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤二具体包括：
所述一阶RC等效电路模型具体采用以下形式：



式中，下标k表示第k个采样时刻，Δt为采样周期；R0表示欧姆内阻；I表示电流；τ1为时间常数且τ1＝R1C1，R1和C1分别为电池的极化内阻和极化电容；U1表示电池极化电压；Ut为端电压；模型参数R0、R1和C1通过带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识获得；Uocv表示电池开路电压OCV；
所述OCV-SOC-Tex三维响应面模型构建方法如下：
在不同外界环境温度Tex下分别进行OCV测试，以获取不同外界环境温度下的SOC与OCV对应关系，按下式分别对不同外界环境温度下的SOC与OCV关系进行拟合，从而得到各个温度Tex下的α0,α1,…,α6参数值，然后采用二次函数对参数α0,α1,…,α6与温度Tex的关系进行拟合完成三维响应面的建立：
Uocv(Tex,z)＝α0+α1z+α2z2+α3z3+α4/z+α5ln(z)+α6ln(1-z)
[α0α1α2α3α4α5α6]T＝Λ×[Tex2Tex1]T
式中，Uocv(Tex,z)表示开路电压OCV的函数，其为关于Tex与SOC的函数；α0,α1,…,α6为模型拟合系数；Λ为7×3常数矩阵；z表示电池荷电状态SOC，基于安时积分法计算：



式中，z0为初始时刻的SOC值；η表示电池库伦效率；Q表示电池容量；
所述热模型基于任意时刻电池表面的温度T和生热速率q分布均匀的假设建立：
k+1时刻电池的温度可表示为：



式中，Rth和Cth分别为电池的热阻和热容，τth为热时间常数，且τth＝RthCth，可通过绝热加速量热仪测得，q主要由不可逆热和可逆热组成，可表示为：



其中，(Ut-Uocv)·I表示电池不可逆生热速率；表示可逆生热速率；为熵热系数，约等于通过OCV-SOC-Tex三维响应面模型获取。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤三具体包括：
将电池的SOC作为约束条件，规定包含若干个采样周期的预测步长L，根据安时积分法推导出电池的持续充放电峰值电流表达式：



式中，和分别为电池在SOC约束下的峰值充电电流和峰值放电电流；zmax、zmin分别为电池充放电时的最大和最小S...

【专利技术属性】
技术研发人员：于全庆，黄永和，万长江，张昕，林野，李昊，俄立新，秦梦迪，孙逸臣，李俊夫，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37