一种磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法，包括以下步骤：S1、获取磷酸铁锂电池的低倍率充放电数据和正负极活性材料对金属锂的均衡电势；S2、建立磷酸铁锂电池双水箱模型，对全电压

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法


[0001]本专利技术涉及电池建模与参数辨识的
，特别涉及一种磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池双水箱模型是一种正负极分开的模型，其全电压由正极电势和负极电势组成。它既可以模拟电池寿命衰减，也可以辅助确定复杂电化学模型的正负极热力学状态。锂离子电池双水箱模型通常以模型电压与实测电压的均方根误差最小为优化准则，采用优化算法来进行参数辨识。锂离子电池双水箱模型具有5个参数，而优化准则只有1个。磷酸铁锂电池在低倍率充放电下存在明显的电压平台，在电压平台段电压变化较小，当采取上述优化方法辨识磷酸铁锂电池双水箱模型参数时，可能导致辨识结果陷入局部最优。因此，获得准确的磷酸铁锂电池双水箱模型参数存在一定的难度。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的是提供一种磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法，可以减少双水箱模型的待辨识参数个数，提升参数辨识的精度和稳定性，获得全局最优的磷酸铁锂电池双水箱模型参数。为了实现根据本专利技术的上述目的和其他优点，提供了一种磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法，包括：
[0004]S1、获取磷酸铁锂电池的低倍率充放电数据和正负极活性材料对金属锂的均衡电势；
[0005]S2、建立磷酸铁锂电池双水箱模型，对全电压
‑
电量曲线与负极
‑
电化学计量数曲线微分并进行曲线拟合，基于两种微分曲线极值点的对应关系，确定负极容量C
neg
与负极初始电化学计量数x0；
[0006]S3、通过优化算法以模型电压与实测电压的均方根误差最小为优化目标，辨识剩余的双水箱模型参数集β。
[0007]优选的，步骤S2还包括以下步骤：
[0008]S21、电池双水箱模型的特性方程如下：
[0009][0010]其中：U为电池模型的端电压，x为负极电化学计量数，y为正极电化学计量数，为正极均衡电势，为负极均衡电势，t为时间，η为库伦效率，I为电流，Q
an
为负极容量，Q
ca
为正极容量，x0为负极初始电化学计量数，y0为正极初始电化学计量数；
[0011]S22、对全电压
‑
容量曲线部分片段微分，并对微分曲线进行拟合，确定电压平台段
微分曲线的两个极值点Q1和Q2；
[0012]S23、对负极均衡电势
‑
电化学计量数曲线部分片段微分，并对微分曲线进行拟合，确定电压平台段微分曲线的两个极值点x1和x2；
[0013]S24、基于电压平台段两种微分曲线极值点的对应关系，采用两点间的累计电量法计算双水箱模型的负极容量C
neg
，如下式所示：
[0014][0015]其中：Q1和Q2是磷酸铁锂电池全电压
‑
电量曲线微分曲线平台段的两个极值点对应的放电电量，x1和x2为负极均衡电势
‑
电化学计量数微分曲线两个极值点对应的电化学计量数；
[0016]S25、通过安时积分法计算负极初始电化学计量数x0，如下式所示：
[0017][0018]其中：Q0是磷酸铁锂电池初始充/放电电量为0。
[0019]优选的，步骤S1中低倍率充放电数据是该充放电倍率下磷酸铁锂电池全电压
‑
容量曲线出现明显的电压平台。
[0020]优选的，电压平台为磷酸铁锂电池充放电过程中，全电压
‑
容量曲线电压不发生明显变化的部分。
[0021]优选的，步骤S2中基于两种微分曲线极值点的对应关系是，磷酸铁锂电池全电压
‑
电量微分曲线的极值来自于负极均衡电势
‑
电化学计量数微分曲线。
[0022]优选的，步骤S3中通过优化算法以电池实测电压与双水箱模型电压的均方根误差最小为优化目标，对磷酸铁锂电池双水箱模型参数进行辨识，获取辨识得到的参数集β。
[0023]本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：
[0024]本专利技术的磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法可以基于全电压
‑
电量微分曲线两个极值点与负极
‑
电化学计量数微分曲线两个极值点的对应关系，优先确定双水箱模型的负极容量C
neg
和负极初始电化学计量数x0，进而减少优化算法待辨识的参数个数。该优化方法可以减少双水箱模型的待辨识参数的个数，避免优化算法陷入局部最优，提升磷酸铁锂双水箱模型参数辨识的精度和稳定性。
附图说明
[0025]图1为根据本专利技术的磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法的流程图；
[0026]图2为根据本专利技术的磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法的双水箱模型示意图；
[0027]图3为根据本专利技术的磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法的电池全电压
‑
容量曲线与dVdQ曲线示意图；
[0028]图4为根据本专利技术的磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法的电池负极均衡电势
‑
电化学计量数曲线与曲线示意图；
[0029]图5为根据本专利技术的磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法的电池全电
压
‑
电量微分曲线极值点与与负极均衡电势
‑
电化学计量数微分曲线极值点对应关系图。
具体实施方式
[0030]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。
[0031]参照图1
‑
5，一种磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法，包括以下步骤：
[0032]S1、获取磷酸铁锂电池的低倍率充放电数据和正负极活性材料对金属锂的均衡电势；
[0033]S2、建立磷酸铁锂电池双水箱模型，对全电压
‑
电量曲线与负极
‑
电化学计量数曲线微分并进行曲线拟合，基于两种微分曲线极值点的对应关系，确定负极容量c
neg
与负极初始电化学计量数x0；
[0034]S3、通过优化算法以模型电压与实测电压的均方根误差最小为优化目标，辨识剩余的双水箱模型参数集β。
[0035]实施例1
[0036]S1获取磷酸铁锂电池的低倍率充放电数据和正负极活性材料对金属锂的均衡电势；
[0037]具体的，选取磷酸铁锂电池0.05C倍率的放电数据；正极活性材料对金属锂的均衡电势下限为2.5V，上限为3.95V；负极活性材料对金属锂的均衡电势下限为0.005V，上限为1.5V。
[0038]S2建立磷酸铁锂电池双水箱模型，对负极...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取磷酸铁锂电池的低倍率充放电数据和正负极活性材料对金属锂的均衡电势；S2、建立磷酸铁锂电池双水箱模型，对全电压
‑
电量曲线与负极
‑
电化学计量数曲线微分并进行曲线拟合，基于两种微分曲线极值点的对应关系，确定负极容量C
neg
与负极初始电化学计量数x0；S3、通过优化算法以模型电压与实测电压的均方根误差最小为优化目标，辨识剩余的双水箱模型参数集β。2.如权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池双水箱模型参数辨识与优化方法，其特征在于，步骤S2还包括以下步骤：S21、电池双水箱模型的特性方程如下：其中：U为电池模型的端电压，x为负极电化学计量数，y为正极电化学计量数，为正极均衡电势，为负极均衡电势，t为时间，η为库伦效率，I为电流，Q
an
为负极容量，Q
Ca
为正极容量，x0为负极初始电化学计量数，y0为正极初始电化学计量数；S22、对全电压
‑
容量曲线部分片段微分，并对微分曲线进行拟合，确定电压平台段微分曲线的两个极值点Q1和Q2；S23、对负极均衡电势
‑
电化学计量数曲线部分片段微分，并对微分曲线进行拟合，确定电压平台段微分曲线的两个极值点x1和x2；S24、基于电压平台段两种微分曲线极值点的对应关系，采用两点间的累计电量...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄云峰，来鑫，郑岳久，朱文宽，朱佳俊，朱志成，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：