基于电流依赖性和浓度修正的高倍率电池模型构建方法技术

本发明专利技术公开了基于电流依赖性和浓度修正的高倍率电池模型构建方法，包括

【技术实现步骤摘要】
基于电流依赖性和浓度修正的高倍率电池模型构建方法


[0001]本专利技术涉及基于电流依赖性和浓度修正的高倍率电池模型构建方法，属于动力电池

。

技术介绍

[0002]动力电池作为纯电动汽车的动力源，是新能源汽车的三大核心部件之一，其性能好坏直接影响新能源汽车的动力性
、
经济性及安全性
。
动力电池常配备电池管理系统
(Battery Management System,BMS)
，以保证其安全性
、
可靠性和耐久性
。BMS
能实时检测动力电池状态，并根据电池组的状态信息进行能量均衡
、
热管理
、
故障诊断等，其中状态估计是电池管理系统的核心技术之一
。
基于模型的电池状态估计方法，具有估计精度高
、
应用性强等优势，成为目前电池状态估计研究的主流方向
。
[0003]电池模型主要包括电化学模型
、
数据驱动模型和等效电路模型
。
[0004]等效电路模型是用各类电子元器件串并联成闭合电路来模拟电池动态特性
。
该模型既不用考虑复杂的电化学机理及大量偏微分方程的计算，也不依赖大量的实验数据及训练方法，相对电化学模型及数据驱动模型具有模型结构简单和计算量少的优势
。
基础等效电路模型仅从整数阶和分数阶的角度研究电池外部特性，但这些模型主要考虑的是常温或低倍率工况，事实上高倍率工况下电池极化现象严重，造成电压压降明显
。
[0005]针对高倍率工况下电池建模，部分模型考虑了锂离子固相扩散引起的表面与平均荷电状态
(State of Charge,SOC)
差值
、
电荷转移引起过电势等极化现象，但均未深入研究高倍率极化现象的变化规律，导致仅在部分工况下的精度较高
。
另外，现有研究中更关注与电压曲线整体的精度，对于放电初始阶段出现电压回升等局部现象未充分刻画
。
实际上，影响高倍率的极化主要分为欧姆极化
、
电化学极化和浓度差极化，这三种极化相互耦合造成电压前端骤降且随后回弹上升现象，导致电池模型精度变差
。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了基于电流依赖性和浓度修正的高倍率电池模型构建方法，本专利技术根据极化现象的基础等效电路模型，通过分析欧姆极化
、
电化学极化和浓度差极化随温度及倍率的关系建立高倍率等效电路模型
。
[0007]技术方案：基于电流依赖性和浓度修正的高倍率电池模型构建方法，包括以下步骤：
[0008]S1
：分析基础等效电路模型的特点，构建表征极化现象的基础等效电路模型；
[0009]S101
：分析基础等效电路模型的特点，包括一阶
RC
等效电路模型和二阶
RC
等效电路模型特点分析；
[0010]S102
：通过混合动力脉冲特性测试法获取模型的开路电压参数
、
瞬时阻抗参数及
RC
网络模型参数，并根据获取的模型参数，构建基础等效电路模型，将仿真端电压与实际端电压作对比，确定仿真端电压误差更小的等效电路模型；
[0011]S2
：对
S1
构建的基础等效电路模型进行分析，构建高倍率基础等效电路模型并进行验证；
[0012]S201
：通过混合动力脉冲特性测试法分析采样频率对瞬时阻抗的影响，获取适用高倍率工况的采样频率；
[0013]S202
：通过混合动力脉冲特性测试分析时间域对极化参数的影响，获取适用高倍率工况的极化参数辨识时间域；
[0014]S203
：构建高倍率基础等效电路模型并进行验证；
[0015]S3
：对
S2
中的高倍率基础等效电路模型进行瞬时阻抗和极化内阻修正，并对修正后的模型进行验证；
[0016]S301
：通过电流依赖性测试法对基于温度和电流的瞬时阻抗进行修正，获得瞬时阻抗在不同温度不同倍率下的修正系数；
[0017]S302
：通过混合动力脉冲特性测试法对不同
SOC
下的极化内阻进行修正，得到基于浓度的极化内阻修正系数；
[0018]S303
：通过电流依赖性测试法对基于温度和电流的极化内阻进行修正，获得不同温度不同倍率下不同
SOC
下的极化内阻修正系数；
[0019]S304
：依据
S301、S302
和
S303
修正后的参数建立修正后的高倍率等效电路模型；
[0020]S305
：对
S304
中的修正后的高倍率等效电路模型进行不同工况下的模型验证
。
[0021]本专利技术基于基础的等效电路模型特点分析，确定能够描述极化现象的基础等效电路模型，并进行等效电路模型适应性研究，得到采样频率对瞬时阻抗及不同时间域对极化参数的影响，提出适应于高倍率工况下的基础等效电路模型及模型参数辨识方法，同时通过分析欧姆极化
、
电化学极化和浓度差极化随温度及倍率的关系，求解欧姆极化
、
电化学极化和浓度差极化修正系数，最终建立基于电流依赖性和浓度修正的高倍率等效电路模型，并对模型进行不同工况下的验证
。
[0022]优选项，所述
S102
的具体步骤如下：
[0023]所述混合动力脉冲特性测试法具体为：将充满电的电池，通过恒流放电一定时间改变电池
SOC
，通过脉冲放电获得不同
SOC
下的瞬时阻抗，通过脉冲充放电获得极化内阻；
[0024]基于混合动力脉冲特性测试法中每次
SOC
变化循环之前的端电压视为开路电压；
[0025]获取瞬时阻抗参数，将混合动力脉冲特性测试的脉冲放电阶段
A
点电压减去经历瞬时压降后的
B
点电压与电流的比值视为瞬时阻抗，如式
(1)
所示：
[0026][0027]式中，
R
in
为瞬时阻抗，
U
A
为
A
点电压，
U
B
为
B
点电压，
I
为电流；
[0028]获取
RC
网络模型参数，所述
RC
网络模型参数包括一阶
RC
等效电路中极化内阻和极化电容
、
二阶
RC
等效电路模型中极化内阻和极化电容；
[0029]一阶
RC
模块零输入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于电流依赖性和浓度修正的高倍率电池模型构建方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1
：分析基础等效电路模型的特点，构建表征极化现象的基础等效电路模型；
S101
：分析基础等效电路模型的特点，包括一阶
RC
等效电路模型和二阶
RC
等效电路模型特点分析；
S102
：通过混合动力脉冲特性测试法获取模型的开路电压参数
、
瞬时阻抗参数及
RC
网络模型参数，并根据获取的模型参数，构建基础等效电路模型，将仿真端电压与实际端电压作对比，确定仿真端电压误差更小的等效电路模型；
S2
：对
S1
构建的基础等效电路模型进行分析，构建高倍率基础等效电路模型并进行验证；
S201
：通过混合动力脉冲特性测试法分析采样频率对瞬时阻抗的影响，获取适用高倍率工况的采样频率；
S202
：通过混合动力脉冲特性测试分析时间域对极化参数的影响，获取适用高倍率工况的极化参数辨识时间域；
S203
：构建高倍率基础等效电路模型并进行验证；
S3
：对
S2
中的高倍率基础等效电路模型进行瞬时阻抗和极化内阻修正，并对修正后的模型进行验证；
S301
：通过电流依赖性测试法对基于温度和电流的瞬时阻抗进行修正，获得瞬时阻抗在不同温度不同倍率下的修正系数；
S302
：通过混合动力脉冲特性测试法对不同
SOC
下的极化内阻进行修正，得到基于浓度的极化内阻修正系数；
S303
：通过电流依赖性测试法对基于温度和电流的极化内阻进行修正，获得不同温度不同倍率下不同
SOC
下的极化内阻修正系数；
S304
：依据
S301、S302
和
S303
修正后的参数建立修正后的高倍率等效电路模型；
S305
：对
S304
中的高倍率等效电路模型进行不同工况下的模型验证
。2.
根据权利要求1所述的基于电流依赖性和浓度修正的高倍率电池模型构建方法，其特征在于：所述
S102
的具体步骤如下：所述混合动力脉冲特性测试法具体为：将充满电的电池，通过恒流放电一定时间改变电池
SOC
，通过脉冲放电获得不同
SOC
下的瞬时阻抗，通过脉冲充放电获得极化内阻；基于混合动力脉冲特性测试法中每次
SOC
变化循环之前的端电压视为开路电压；获取瞬时阻抗参数，将混合动力脉冲特性测试的脉冲放电阶段
A
点电压减去经历瞬时压降后的
B
点电压与电流的比值视为瞬时阻抗，如式
(1)
所示：式中，
R
in
为瞬时阻抗，
U
A
为
A
点电压，
U
B
为
B
点电压，
I
为电流；获取
RC
网络模型参数，所述
RC
网络模型参数包括一阶
RC
等效电路中极化内阻和极化电容
、
二阶
RC
等效电路模型中极化内阻和极化电容；一阶
RC
模块零输入响应阶段的端电压
U
L,1
表示为：
式中，
U
L,1
为一阶
RC
模块零输入响应阶段的端电压，
I1为一阶
RC
模块零输入响应阶段的电流，
U
ocv,1
为一阶
RC
模块零输入响应阶段的开路电压，
R
1,1
为一阶
RC
模块的极化电阻，
t
1,1
为一阶
RC
网络的时间常数；
t1为一阶
RC
模块零输入响应阶段的时间；式
(2)
有明显的指数函数的特征，选用指数函数对端电压
U
L,1
进行拟合，拟合方程用式
(3)
表示：式中，
y1用来表示一阶
RC
等效电路模型中的
U
L,1
，
y
0,1
用来表示一阶
RC
等效电路模型中的
U
ocv,1
，
A
1,1
用来表示一阶
RC
等效电路模型中的
I1R
1,1
，
t
1,1
用来表示
τ
1,1
；
x1用来表示一阶
RC
等效电路模型中的
t1；结合式
(2)
和式
(3)
，一阶
RC
模块的极化内阻和极化电容求解方程如下：式中，
C
1,1
表示一阶
RC
模块的极化电容；二阶
RC
模块零输入响应阶段端电压
U
L,2
表示为：式中，
U
L,2
为二阶
RC
模块零输入响应阶段的端电压，
U
ocv,2
表示二阶
RC
模块零输入响应阶段的开路电压，
I2是二阶
RC
模块零输入响应阶段的电流，
R
1,2
为二阶
RC
网络电化学极化内阻，
R
2,2
为二阶
RC
网络浓度差极化内阻，
τ
1,2
为二阶
RC
网络中
R1C1的时间常数
、
τ
2,2
为二阶
RC
网络中
R2C2的时间常数；
t2表示二阶
RC
模块零输入响应阶段的时间；式
(5)
有明显的指数函数的特征，选用指数函数对端电压
U
L,2
进行拟合，拟合方程用式
(6)
表示：式中，
y2用来表示二阶
RC
等效电路模型中的
U
L,2
，
y
0,2
用来表示二阶
RC

【专利技术属性】
技术研发人员：赵秀亮，刘艳龙，杨政宇，王丽梅，刘良，汪若尘，蔡英凤，陈龙，王赟，严学庆，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：