基于参数插值获取任意温度和倍率下放电曲线的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于参数插值获取任意温度和倍率下放电曲线的方法，包括：S1、保证将商用电池充电工况相同。S2、在几个特征温度和放电倍率下，对电池分别进行恒流放电实验。S3、在特征温度和放电倍率下，对电池进行OCV标定实验。S4、对等效电路模型进行离散参数辨识。S5、可以在一定边界条件下，插值得到任意温度、放电倍率下的电路参数，并通过仿真，可以得到放电曲线。本发明专利技术可以根据放电曲线，定量研究温度不一致对电池组放出的能量效率的影响，同时可以为温度不一致的串联电池组选取合适的温度阈值，从而满足要求的放电能量。从而满足要求的放电能量。从而满足要求的放电能量。

【技术实现步骤摘要】
基于参数插值获取任意温度和倍率下放电曲线的方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池建模仿真领域，具体说是一种基于参数插值获取任意温度和倍率下放电曲线的方法。

技术介绍

[0002]温度作为一个影响锂离子电池性能的关键因素，限制了锂离子电池的应用。在高温条件下，锂离子电池产生的热量会形成恶性循环，加速电池的衰减；在低温条件下，电池能量衰减严重，安全性也受到严重威胁。此外，温度与电池容量、内阻、自放电率等参数具有高度耦合性。当电池成组后，由温度差异引起的单体不一致性会严重降低电池组的整体性能，使电池组寿命快速衰减。
[0003]当电池整组使用时，受到电池组设计和使用环境等因素的影响，电池单体所处的温度环境存在差异。此外，在极端环境下，为保证汽车性能而进行的加热散热措施也会造成单体电池间温度的不一致，从而造成电池组整体性能的大幅度下降。然而，现有的热管理系统对温度的控制范围是通过人为经验得到，对温度一致性的阈值范围尚无成熟的结论。

技术实现思路

[0004]针对目前技术存在的缺陷，本专利技术基于使用磷酸铁锂电池，通过离线参数辨识获取特征温度和倍率下一阶RC等效电路模型参数，建立的包含温度、倍率和SOE三个维度下的参数数据库，通过对参数插值，从而可以在一定的边界条件下，得到任意温度和倍率下的放电曲线。利用放电曲线，就可以定量研究温度不一致对电池组放出的能量效率的影响。
[0005]为达到以上目的，本专利技术专利采用如下技术方案：
[0006]一种基于参数插值获取任意温度和倍率的放电曲线方法，包括如下步骤：
[0007]S1、保证商用电池充电工况相同，对电池进行恒温处理然后进行恒流恒压充电实验；
[0008]S2、在一定环境温度下分别对电池在选定放电倍率下进行恒流放电实验，得到放电能量及其放电电压电流曲线；
[0009]S3、电池在S1所述的恒流恒压充电实验下进行充电，在特征温度条件下静置使电池达到热平衡；对电池分别进行指定放电倍率下的开路电压(OCV)实验测试，得到电池在零状态时各SOE值下的电压放电曲线。
[0010]S4、根据步骤S3获得的数据，使用最小二乘拟合方法，辨识特征温度和放电倍率下一阶RC等效电路参数，并建立数据库；同时基于一阶RC等效电路模型，运用上述辨识得到的一阶RC等效电路参数模拟放电过程，验证所述一阶RC等效电路参数的有效性。
[0011]S5、通过步骤S4发现电池的等效电路参数与温度、放电倍率存在单调关系；以特征温度和放电倍率作为自变量，对S4步骤得到的一阶RC等效电路参数进行三次样条插值，能够在一定边界条件下，得到任意温度、放电倍率下的电路参数，并基于RC等效电路模型对电池恒流放电过程进行仿真，能够得到放电曲线。
[0012]在上述方案的基础上，S1所述恒温处理条件：25℃静置1h，通过恒温处理使电池温度达到25℃。
[0013]在上述方案的基础上，S1所述的恒流恒压充电实验包括如下步骤：首先以0.5C恒流充电至电池达到充电截至电压3.65V，然后转恒压充电至电流倍率小于0.01C。
[0014]在上述方案的基础上，S2所述的恒流放电实验包括如下步骤：将恒温箱调至相应环境温度，使电池在该环境温度下得到充分静置；电池达到热平衡后，以选定放电倍率恒流放电至截止放电电压。
[0015]在上述方案的基础上，S2所述的环境温度包括：0℃、5℃、10℃、15℃和25℃；所述选定放电倍率包括：0.5C、1C、1.5C、2C和2.5C；所述截止放电电压为2V。
[0016]在上述方案的基础上，S3所述的静置使电池达到热平衡的条件为在0℃、10℃温度和25℃环境下静置1.5h使其达到热平衡；指定放电倍率为0.5C、1.5C和2.5C；
[0017]在上述方案的基础上，S3所述的开路电压(OCV)实验测试具体过程如下：
[0018]根据S2得到的放电能量，以指定放电倍率恒流放电放出10％的能量，结束后静置1h使其达到平衡，并重复此步骤10次，直至电池SOE降为10％，得到电池在零状态时各SOE值下的电压放电曲线。
[0019]在上述方案的基础上，S3所述的各SOE值为100％，90％，80％，70％，60％，50％，40％，30％，20％和10％。
[0020]在上述方案的基础上，S4所述等效电路参数包括：电池内阻R0，极化电容Cp和极化电阻Rp。
[0021]在上述方案的基础上，步骤S5中所述的三次样条插值法具体如下：以温度为例，将温度区间划分为[0,10]和[10,25]两个区间，每个小区间的插值曲线为三次多项式方程，同时使插值函数及其一阶、二阶导数连续。为了保证样条插值函数具有唯一解，建立自然边界条件，即令端点处的二阶导数为0。同时，为保证结果准确性，插值均为区间内插值。
[0022]在上述方案的基础上，S5所述的一定边界条件包括：温度下限为0℃和电流倍率上限为2.5C；
[0023]在上述方案的基础上，步骤S5中所述的一定边界条件的选取依据如下：由于低温环境下，所述低温环境为0℃以下，电池内阻大，在放电过程中，会产生大量的热量并使电池温度升高。同时电池参数在低温下变化显著，因此该参数辨识的方法无法满足模型的准确性，故而我们在允许的最大误差范围内，设定温度下限为0℃。同样，由产热公式J＝I^2*R可知，大倍率放电电流也会产生大量的热量，进而影响模型的准确性，所以我们设置电流倍率上限为2.5C。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]基于一阶RC等效电路模型，本专利技术提出通过建立较少数量的离线参数数据库的形式，来得到任意温度和放电倍率下的放电曲线。根据得到的放电曲线，可以为温度不一致的串联电池组选取合适的温度阈值，从而满足要求的放电能量。
附图说明
[0026]本专利技术有如下附图：
[0027]图1 0.5C放电倍率、不同温度下，R0参数示意图；
[0028]图2 0.5C放电倍率、不同温度下，Rp参数示意图；
[0029]图3 0.5C放电倍率、不同温度下，Cp参数示意图；
[0030]图4 25℃、不同放电倍率下，R0参数示意图；
[0031]图5 25℃、不同放电倍率下，Rp参数示意图；
[0032]图6 25℃、不同放电倍率下，Cp参数示意图；
[0033]图7 0.5C放电倍率下，15℃实际曲线与仿真曲线的对比图；
[0034]图8 15℃下，1C实际曲线与仿真曲线的对比图；
[0035]图9 15℃下，2C实际曲线与仿真曲线的对比图。
具体实施方式
[0036]以下结合附图1～9对本专利技术作进一步详细说明。
[0037]一种基于参数插值获取任意温度和倍率的放电曲线方法，包括如下步骤：
[0038]S1、保证商用电池充电工况相同，对电池进行恒温处理然后进行恒流恒压充电实验；
[0039]S2、在一定环境温度下分别对电池在选定放电倍率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于参数插值获取任意温度和倍率的放电曲线方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、保证商用电池充电工况相同，对电池进行恒温处理然后进行恒流恒压充电实验；S2、在一定环境温度下，分别对电池在选定放电倍率下进行恒流放电实验，得到放电能量及其放电电压电流曲线；S3、电池在S1所述的恒流恒压充电实验下进行充电，在特征温度条件下静置使电池达到热平衡；对电池分别进行指定放电倍率下的开路电压实验测试，得到电池在零状态时各SOE值下的电压放电曲线；S4、根据步骤S3获得的数据，使用最小二乘拟合方法，辨识特征温度和放电倍率下一阶RC等效电路参数，并建立数据库；同时基于一阶RC等效电路模型，运用上述辨识得到的一阶RC等效电路参数模拟放电过程，验证所述一阶RC等效电路参数的有效性；S5、通过步骤S4发现电池的等效电路参数与温度、放电倍率存在单调关系；以特征温度和放电倍率作为自变量，对S4步骤得到的一阶RC等效电路参数进行三次样条插值，能够在一定边界条件下，得到任意温度、放电倍率下的电路参数，并基于RC等效电路模型对电池恒流放电过程进行仿真，能够得到放电曲线。2.如权利要求1所述的基于参数插值获取任意温度和倍率的放电曲线方法，其特征在于，S1所述恒温处理条件：25℃静置1h，通过恒温处理使电池温度达到25℃。3.如权利要求1所述的基于参数插值获取任意温度和倍率的放电曲线方法，其特征在于，S1所述的恒流恒压充电实验包括如下步骤：首先以0.5C恒流充电至电池达到充电截至电压3.65V，然后转恒压充电至电流倍率小于0.01C。4.如权利要求1所述的基于参数插值获取任意温度和倍率的放电曲线方法，其特征在于，S2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丙香，李茂，陈育哲，张维戈，苏晓佳，马仕昌，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：