基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法、装置及介质制造方法及图纸

本申请提供基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法、装置及介质，所述方法包括：构建锂电池的伪二维模型；基于所述伪二维模型，根据设定的定容仿真工况对锂电池进行仿真计算模拟，获取电压及电流随时间的变化曲线以及锂电池内部的实时锂离子浓度分布；基于电压及电流随时间的变化曲线求取锂电池容量以及锂电池实时SOC；拟合所述实时锂离子浓度分布和锂电池实时SOC的映射关系；在任意工况下，基于锂电池的伪二维模型仿真求解锂离子浓度分布信息，将锂离子浓度分布信息输入至所述映射关系中求解锂电池SOC。本申请能准确估算锂电池容量及SOC。容量及SOC。容量及SOC。

【技术实现步骤摘要】
基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法、装置及介质


[0001]本申请属于锂电池
，涉及一种基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法、装置及介质。

技术介绍

[0002]锂电池具有能量密度大、效率高、循环寿命长、自放电率低等优点，在现今的新能源领域应用广泛，尤其在电力储能和电动汽车行业中无处不在；但对锂电池容量和SOC的计算精度以及锂电池组的一致性差异一直是锂电行业发展的掣肘。容量及SOC的估算是保证电力储能和电动汽车合理应用的核心技术，也是锂电池系统控制运营、监测维护的基础。在实际应用中，其表现出时变性、影响因素复杂性和不确定性等问题，造成了SOC估计难度大、精度不高和适应能力不足。因此，高精度、高速度的实时锂电池SOC估算的价值不言而喻，提高容量及SOC估算精度可保障锂电池运行安全、可靠性以及延长使用寿命，对锂电池更大规模的应用具有重要工程价值。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法、装置及介质，用于解决上述现有技术中存在的问题。
[0004]第一方面，本申请提供一种基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法，所述方法包括：构建锂电池的伪二维模型；基于所述伪二维模型，根据设定的定容仿真工况对锂电池进行仿真计算模拟，获取电压及电流随时间的变化曲线以及锂电池内部的实时锂离子浓度分布；基于电压及电流随时间的变化曲线求取锂电池容量以及锂电池实时SOC；拟合所述实时锂离子浓度分布和锂电池实时SOC的映射关系；在任意工况下，基于锂电池的伪二维模型仿真求解锂离子浓度分布信息，将锂离子浓度分布信息输入至所述映射关系中求解锂电池SOC。在本申请中，通过构建锂电池内部的实时锂离子浓度分布与SOC的映射关系，从而在任意工况下可以根据所述映射关系准确估算锂电池容量及SOC可有效避免锂电池过充、过放等极端工况的发生，亦可加强对电池组一致性的判断，从而有效避免锂电池热滥用、热失控等引起的失火、爆燃等事故。
[0005]在第一方面的一种实现方式中，所述伪二维模型包括：固相传质方程、固相电势方程、液相传质方程、液相电势方程以及巴特勒福尔默方程。
[0006]在第一方面的一种实现方式中，根据设定的定容仿真工况对锂电池进行仿真计算模拟包括：从任意工况开始，恒流充电至上截止电压；恒压充电至锂电池达到满电状态；从满电状态开始以预设的定容电流进行恒流放电至下截止电压，停止放电。
[0007]在第一方面的一种实现方式中，锂电池容量通过下式计算：Q
total
＝I
cap
·
t，其中，Q
total
为锂电池容量，I
cap
为定容电流，t为以预设的定容电流进行恒流放电至下截止电压所耗费的时间。本实现方式中，相比于在实验室中实际测量电池容量，利用伪二维模型，结合适当的数值分析方法，通过仿真计算出锂电池容量，成本低，速度快，且计算结果有较高的
精度。
[0008]在第一方面的一种实现方式中，求取锂电池实时SOC包括从满电状态开始以预设的定容电流进行恒流放电至下截止电压过程中，利用下式计算锂电池实时SOC：其中，soc(t)为t时刻锂电池SOC值，soc(t0)为初始t0时刻锂电池SOC值，soc(t0)＝100％，Q
total
为锂电池容量，I
cap
为定容电流，η为库伦效率。在本实现方式中，计算锂电池实时SOC的方式相较于等效电路模型等经验模型，从第一性原理出发，从更微观的角度通过锂电池内部的锂离子分布状态解释锂电池的SOC，计算结果更加准确。
[0009]在第一方面的一种实现方式中，获取锂电池内部的实时锂离子浓度分布包括：从满电状态开始以预设的定容电流进行恒流放电至下截止电压过程中，基于所述伪二维模型仿真计算得到锂电池正极或负极的固相锂离子浓度分布。
[0010]在第一方面的一种实现方式中，拟合所述实时锂离子浓度分布和锂电池实时SOC的映射关系包括：基于锂电池正极或负极的固相锂离子浓度分布求取锂电池正极或负极的平均固相锂离子浓度；将所述锂电池正极或负极的平均固相锂离子浓度与所述锂电池实时SOC在时间维度上进行一一对应，并对所述锂电池正极或负极的平均固相锂离子浓度和所述锂电池实时SOC进行拟合，获取所述映射关系。
[0011]在第一方面的一种实现方式中，基于锂电池正极或负极的固相锂离子浓度分布求取锂电池正极或负极的平均固相锂离子浓度包括：对于锂电池正极或负极，求取该电极中固相锂离子浓度分布在r轴上的平均值：其中，c
r
‑
average
为r轴上固相锂离子浓度的平均值，V为所述电极中固相锂离子颗粒的体积，r为所述电极中固相锂离子颗粒半径长度，c
s
为所述电极中固相锂离子浓度分布，dr为r轴上各离散单元长度；将所述电极中固相锂离子浓度分布在r轴上的平均值在x轴上求取平均值：其中，c
volume
‑
average
为所述电极中的平均固相锂离子浓度，L为所述电极的厚度，dx为x轴的上各离散单元长度。本实现方式中，不局限于常见的求平均方法，采用更全面、多维度的求平均方法，对不同的偏微分方程数值分析方法及不同的离散化方式具有更高的兼容性，提高计算精度的同时亦可得到更精确的SOC结果，可有效避免极端工况的发生，在各种锂电池实际应用场景中保护用户的生命财产安全。
[0012]第二方面，本申请提供一种基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计装置，所述装置包括：存储器，被配置为存储计算机程序；以及处理器，被配置为调用所述计算机程序以执行根据本申请第一方面所述的基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法。
[0013]第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计
算机程序被执行以实现根据本申请第一方面所述的基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法。
[0014]如上所述，本申请所述的基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法、装置及介质，具有以下有益效果：本申请通过构建锂电池内部的实时锂离子浓度分布与SOC的映射关系，从而在任意工况下可以根据所述映射关系准确估算锂电池容量及SOC可有效避免锂电池过充、过放等极端工况的发生，亦可加强对电池组一致性的判断，从而有效避免锂电池热滥用、热失控等引起的失火、爆燃等事故。
附图说明
[0015]图1显示为本申请实施例中所述的基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法的流程框图。
[0016]图2显示为本申请实施例中设定的定容仿真工况的具体工况流程图。
[0017]图3a显示为本申请实施例中定容仿真过程中的电压随时间的变化曲线。
[0018]图3b显示为本申请实施例中定容仿真过程中的电流随时间的变化曲线。
[0019]图4显示为本申请实施例中SOC与负极平均固相锂离子浓度的关系及其线性拟合示意图。
[0020]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法，其特征在于，所述方法包括：构建锂电池的伪二维模型；基于所述伪二维模型，根据设定的定容仿真工况对锂电池进行仿真计算模拟，获取电压及电流随时间的变化曲线以及锂电池内部的实时锂离子浓度分布；基于电压及电流随时间的变化曲线求取锂电池容量以及锂电池实时SOC；拟合所述实时锂离子浓度分布和锂电池实时SOC的映射关系；在任意工况下，基于锂电池的伪二维模型仿真求解锂离子浓度分布信息，将锂离子浓度分布信息输入至所述映射关系中求解锂电池SOC。2.根据权利要求1所述的基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法，其特征在于，所述伪二维模型包括：固相传质方程、固相电势方程、液相传质方程、液相电势方程以及巴特勒福尔默方程。3.根据权利要求1所述的基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法，其特征在于，根据设定的定容仿真工况对锂电池进行仿真计算模拟包括：从任意工况开始，恒流充电至上截止电压；恒压充电至锂电池达到满电状态；从满电状态开始以预设的定容电流进行恒流放电至下截止电压，停止放电。4.根据权利要求3所述的基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法，其特征在于，锂电池容量通过下式计算：Q
total
＝I
cap
·
t其中，Q
total
为锂电池容量，I
cap
为定容电流，t为以预设的定容电流进行恒流放电至下截止电压所耗费的时间。5.根据权利要求3所述的基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法，其特征在于，求取锂电池实时SOC包括从满电状态开始以预设的定容电流进行恒流放电至下截止电压过程中，利用下式计算锂电池实时SOC：其中，soc(t)为t时刻锂电池SOC值，soc(t0)为初始t0时刻锂电池SOC值，soc(t0)＝100％，Q
total
为锂电池容量，I
cap
为定容电流，η为库伦效率。6.根据权利要求3所述的基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思元，魏琼，韦良长，江铭臣，李倩，顾单飞，赵恩海，严晓，
申请(专利权)人：上海玫克生储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：