一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法技术

本发明专利技术涉及动力电池系统技术领域，具体涉及一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法，该方法先建立电池的电化学

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法


[0001]本专利技术涉及动力电池系统
，具体涉及一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法
。

技术介绍

[0002]动力电池系统是由大量电池单体串联组合而成，其性能是由其中性能最差的一节电池决定，具有明显的短板效应，因此动力电池系统的一致性是决定电动汽车性能和安全的关键因素之一
。
电动汽车的动力电池的一致性主要反映在电池相关特征参数之间的差异，这些参数主要包括电池的电压
、
温度
、
容量
、
内阻
、
自放电率和电荷状态
(SOC)
等，其中电压差异是电池系统内不一致的直观表现
。
在车辆实际运行过程中，为了准确评估电池系统的不一致性，电池管理系统通常会计算系统中的最大单体电压和最小单体电压之差记为电压差异的表征值，并通过设计不同的压差阈值来反映不同程度的故障，实现多级预警模式
。
但是，由于电压差异是一个相对值，随着动力电池容量的逐步衰减，电池系统中的最大电压差异也会发生动态变化，这给阈值设定和预警策略开发带来了一定难度
。
[0003]现有技术中，动力电池系统中确定压差阈值的方法可以分为经验法
、
实验法和数据模型法
。
其中经验法通常是根据事故车辆的压差变化特征，设定一个或一组较为合理的报警阈值；实验法是通过对电池系统进行不同工况下的循环老化测试，在过程中对出现的最大压差进行统计；数据模型法是通过建立相关电池模型或数据模型，通过模拟不同衰减阶段的压差来预测电压差异的演化规律
。
[0004]而上述方法存在以下问题：经验法受认为因素影响较大，普适性不强；实验法需要投入的时间和测试成本较高，且操作性较差；数据模型法需要依靠电池系统的前期运行数据，而在电池管理系统的设计初期难以获取运行数据，并且要求车端芯片具有强大的算力
。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法，该方法通过单体新电池的充放电数据建立电化学模型，并根据车辆的实际情况建立容量衰减预测公式，再将容量衰减公式嵌入到电化学模型中，从而能实现不同循环次数下的放电曲线模拟
。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法，该方法按照以下步骤执行：
[0008]S1
：建立电池的集总参数电化学模型，能够反应不同容量下的电池放电电压
E
batt
曲线；
[0009]S2
：获得新电池在常温下的充放电数据，拟合模型参数并完成模型有效性验证；
[0010]S3
：以阿伦尼斯公式为基础计算容量衰减公式，容量衰减率与倍率
、
温度以及累计放电容量相关；
[0011]S4
：将容量衰减公式嵌入至集总参数电化学模型，实现衰减模型与电化学模型的
联立；
[0012]S5
：根据联立的电化学
‑
容量衰减模型，模拟电池在不同循环次数下满电状态的放电曲线，并绘制放电曲线图；
[0013]S6
：根据放电曲线图以及放电截止电压
V
end
确定该循环次数下电池系统的最大压差阈值
。
[0014]进一步的，所述步骤
S1
中的电化学模型的电池放电电压
E
batt
与电池的开路电压
E
ocv
、
欧姆极化电压
η
IR
和电化学极化电压
η
act
有关，关系式如下：
[0015]E
batt
＝
E
ocv
(SOC)+
η
IR
+
η
act
，
[0016]其中，电池的开路电压
E
ocv
是与
SOC
相关的函数，可由电池单体经过
HPPC
测试获得，还可以用电池系统的不大于
0.05C
的充电曲线代替，即首先将电池以倍率放电至电池的放电截止电压，随后以
0.05C
倍率充电至充电截止电压，得到的曲线代替开路电压
。
[0017]欧姆极化电压
η
IR
是电流流经电池中的欧姆电阻产生的电压，会随着电流的变化而线性变化，所述欧姆极化电压的关系式为：
[0018]其中，
η
IR_1C
是电池
1C
放电时的欧姆过电位，
I
是外加电流，
I
1c
是
1C
倍率下的放电电流，可以通过计算得出，
Q
batt
为电池标称容量
。
[0019]电化学极化电压
η
act
是电极颗粒表面的电化学反应速率与电子迁移速率的不一致导致的电压，正负极的表达式相同为：
[0020]其中，
R
为摩尔气体常数，
T
为温度，
F
为法拉第常数，
J0是无量纲电荷交换电流，
asinh
为函数
。
[0021]进一步的，所述步骤
S2
获得新电池在常温下的充放电数据具体为：利用未衰减车辆的充放电数据，采用新电池在
1C
倍率下的充放电数据，并利用最小二乘法将模型放电曲线与实测放电曲线进行拟合，获得电池的
η
IR_1C
和
J0两项参数的具体数值，从而完成电化学模型的建立
。
[0022]进一步的，所述步骤
S3
中的容量衰减公式为：
[0023]其中，
Q
loss
为容量损失率；
B、a、b、z
为经验参数，可参考相同体系电池衰减曲线拟合获得；
C
为倍率，考虑行车工况该倍率取
0.5C
；
Ah
为输入累计电量
。
[0024]进一步的，所述步骤
S4
将容量衰减公式嵌入至集总参数电化学模型，具体方法为将衰减阶段下放电初始阶段的
SOC
通过衰减率进行等效处理，关系式如下：
[0025]SOC
n
＝
SOC0(1
‑
Q
loss
)
，
[0026]其中，
SOC
n
为第
n
次等效循环下放电初始阶段的
SOC
，
n
的范围为
n≥100本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法，其特征在于，该方法按照以下步骤执行：
S1
：建立电池的集总参数电化学模型，能够反应不同容量下的电池放电电压
E
batt
曲线；
S2
：获得新电池在常温下的充放电数据，拟合模型参数并完成模型有效性验证；
S3
：以阿伦尼斯公式为基础计算容量衰减公式，容量衰减率与倍率
、
温度以及累计放电容量相关；
S4
：将容量衰减公式嵌入至集总参数电化学模型，实现衰减模型与电化学模型的联立；
S5
：根据联立的电化学
‑
容量衰减模型，模拟电池在不同循环次数下满电状态的放电曲线，并绘制放电曲线图；
S6
：根据放电曲线图以及放电截止电压
V
end
确定该循环次数下电池系统的压差阈值
。2.
根据权利要求1所述的一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法，其特征在于，所述步骤
S1
中的电化学模型的电池放电电压
E
batt
与电池的开路电压
E
ocv
、
欧姆极化电压
η
IR
和电化学极化电压
η
act
有关，关系式如下：
E
batt
＝
E
ocv
(SOC)+
η
IR
+
η
act
，其中，电池的开路电压
E
ocv
是与
SOC
相关的函数，欧姆极化电压
η
IR
是电流流经电池中的欧姆电阻产生的电压，电化学极化电压
η
act
是电极颗粒表面的电化学反应速率与电子迁移速率的不一致导致的电压
。3.
根据权利要求2所述的一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法，其特征在于，所述欧姆极化电压其中，
η
IR_1C
是电池
1C
放电时的欧姆过电位，
I
是外加电流，
I
1c
是
1C
倍率下的放电电流，可以通过计算得出
,Q
batt
为电池标称容量
。4.
根据权利要求3所述的一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法，其特征在于，所述电化学极化电压其中，
R
为摩尔气体常数，
T
为温度，
F
为法拉第常数，
J0是无量纲电荷交换电流，
asinh
为函数
。5.
根据权利要求4所述的一种电动汽车的电压差异阈值的预测方法，其特征在于，所述步骤
S2
获得新电池在常温下的充放电数据具体为：利用未衰减车辆的充放电数据，采用新电池在
1C
倍率下的充放...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱峰，宗磊，孙亚青，董海书，刘国刚，原诚寅，邹广才，
申请(专利权)人：北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：