【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池建模，具体涉及一种单体锂电池的电-热耦合模型建模方法。
技术介绍
1、随着电动汽车、储能系统以及便携式电子设备的快速发展，锂离子电池作为其核心能量供应单元，其性能的稳定性和可靠性成为了业界关注的焦点。锂离子电池的性能不仅受到充放电速率、循环次数等电学条件的影响，还与环境温度密切相关。
2、电池在工作过程中产生的热量若不能有效管理，不仅会导致电池温度升高，影响电池的电化学性能，还可能引发安全问题，如热失控甚至爆炸。因此，深入理解电池的电学与热学特性及其相互作用机制，对于优化电池设计、提升电池管理系统(bms)效能以及保障电池系统的安全运行具有重要意义。
3、传统的电池性能评估方法主要侧重于电学特性的研究，通过建立等效电路模型来模拟电池的电压响应，从而估算电池的剩余容量、内阻等关键参数。然而，这些方法往往忽略了温度变化对电池性能的显著影响。实际上，电池的内阻、开路电压、容量等关键参数均随温度的变化而变化，且这种变化呈现出复杂的非线性特征。因此，仅考虑电学特性的模型在预测电池实际性能时存在一定的局限性。
4、为了更全面地描述电池的性能，近年来研究者开始尝试将热学特性纳入电池模型中。热模型能够模拟电池在工作过程中的热量产生、传递和散失过程，从而预测电池的温度分布和变化趋势。然而，早期的热模型大多基于稳态假设，忽略了电池在充放电过程中的动态热行为。此外，这些模型通常与电学模型相互独立，未能充分考虑电学与热学特性之间的耦合关系。这种分离式建模方法无法准确反映电池在复杂工况下的实际性能。
5、为了克服传统方法的局限性，现有技术中开始探索电-热耦合模型建模方法。电-热耦合模型旨在同时考虑电池的电学和热学特性，以及它们之间的相互作用机制。通过整合电学和热学模型，电-热耦合模型能够更准确地预测电池在不同工况下的性能表现，包括电压响应、温度变化、剩余容量等关键指标。这对于优化电池管理系统、提高电池使用寿命以及保障电池系统的安全运行具有至关重要的作用。因此，如何设计一种能够同时考虑电池的电学和热学特性的电-热耦合模型是亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，将二阶rc等效电路模型和双态热模型进行动态耦合得到电-热耦合模型，使得能够同时考虑电池的电学和热学特性，从而实现对单体锂电池性能的高精度监测与评估。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、一种单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，包括：
4、s1：构建单体锂电池的二阶rc等效电路模型；
5、s2：通过最小二乘法，利用不同环境温度下的电池实验数据对二阶rc等效电路模型进行参数辨识，得到不同温度下的二阶rc模型参数；
6、s3：构建单体锂电池的双态热模型；
7、s4：通过电池实验数据对双态热模型进行参数辨识；
8、s5：将二阶rc等效电路模型和双态热模型进行动态耦合，得到电-热耦合模型；通过电-热耦合模型能够循环迭代计算单体锂电池整个放电过程中的电池信息。
9、优选的，步骤s1中，二阶rc等效电路模型的公式表示为：
10、
11、式中：x(t)表示电池t时刻的电池soc；up和us分别表示电池两个rc并联回路的极化电压；η为库伦效率；cb表示电池容量；ib表示电池电流；uocv表示电池的开路电压；r0表示欧姆电阻；rp和rs表示极化电阻；cp和cs表示极化电容；t表示环境温度；
12、将二阶rc等效电路模型的连续状态空间表达式离散化，得到二阶rc等效电路模型离散时域的状态空间表达式为：
13、
14、式中：δt表示采样周期；k表示采样时间点。
15、优选的，步骤s2中，辨识得到不同温度下的二阶rc模型参数之后，根据拟合法和插值法建立各个二阶rc模型参数随温度和soc变化的三维关系，使得能够直接根据单体锂电池当前的温度和soc查表得到对应温度下的二阶rc模型参数。
16、优选的，步骤s2中，步骤s2中，电池实验数据包括通过电池容量测试实验得到数据；
17、电池容量测试实验的实验步骤包括：
18、s201：将实验目标电池放置于温箱中，调整温箱温度到25℃，搁置3小时；
19、s202：将充电程序设置为恒流-恒压充电，充电电压为4.2v，充电电流为0.5c的标准充电电流倍率；限定充满时的停止条件，充满后搁置3小时；
20、s203：将温箱温度调整到实验目标温度，搁置6小时；
21、其中实验目标温度包括35℃、25℃、15℃、5℃和-5℃；
22、s204：将放电程序设置为恒流放电，电流倍率为0.5c，限定放电结束时的停止条件；
23、s205：重复步骤s201至s204若干次，对若干次测得的电池容量求取平均值。
24、优选的，步骤s2中，步骤s2中，电池实验数据包括通过间歇脉冲放电测试实验得到数据；
25、间歇脉冲放电测试实验的实验步骤包括：
26、s211：将实验目标电池放置于温箱中，调整温箱温度到25℃，搁置3小时；
27、s212：将充电程序设置为恒流-恒压充电，充电和截止条件和容量测试实验中一致，充满后搁置3小时；
28、s213：将温箱温度调整到实验目标温度，搁置6小时；
29、其中实验目标温度包括35℃、25℃、15℃、5℃和-5℃；
30、s214：将放电程序设置为恒流放电，电流倍率为1c，放电时间设置为6min，保护条件设置为截止电压2.5v，这一步让电池soc下降10％；
31、s215：将单体锂电池搁置1小时；
32、s216：循环步骤s214至s215十次，此时实验目标电池总放电容量为100％容量。
33、优选的，步骤s2中，单体锂电池充放电的电流倍率crate的计算公式为：
34、
35、式中：ib表示电池充放电电流；cb表示电池容量。
36、优选的，步骤s3中，双态热模型的公式表示为：
37、
38、式中：和分别表示电池表面温度和核心温度的变化率；rc和ru分别表示等效内部热阻和等效外部热阻；cs和cc分别表示表面集中热容和核心集中热容；q表示电池内部产生的热量；tamb表示环境温度。
39、优选的，步骤s4中，获取电池实验数据之前，先进行电池钻孔预备实验；
40、电池钻孔预备实验的实验步骤包括：
41、s401：将实验目标电池电量彻底放干避免钻孔时发生短路现象；
42、s402：在具有保护措施的操作箱中，从电池的阳极或阴极正中央位置进行钻孔；
43、s403：选择适合电池尺寸的热电偶放入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤S1中，二阶RC等效电路模型的公式表示为：
3.如权利要求2所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤S2中，辨识得到不同温度下的二阶RC模型参数之后，根据拟合法和插值法建立各个二阶RC模型参数随温度和SOC变化的三维关系，使得能够直接根据单体锂电池当前的温度和SOC查表得到对应温度下的二阶RC模型参数。
4.如权利要求1所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤S2中，步骤S2中，电池实验数据包括通过电池容量测试实验得到数据；
5.如权利要求4所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤S2中，步骤S2中，电池实验数据包括通过间歇脉冲放电测试实验得到数据；
6.如权利要求4所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤S2中，单体锂电池充放电的电流倍率Crate的计算公式为：
7.如权利要求2所述的单体锂电池的电-
8.如权利要求1所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤S4中，获取电池实验数据之前，先进行电池钻孔预备实验；
9.如权利要求8所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤S4中，电池实验数据包括电池温升测试实验得到的数据；
10.如权利要求7所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤S5中，电-热耦合模型的工作逻辑包括：
...【技术特征摘要】
1.一种单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤s1中，二阶rc等效电路模型的公式表示为：
3.如权利要求2所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤s2中，辨识得到不同温度下的二阶rc模型参数之后，根据拟合法和插值法建立各个二阶rc模型参数随温度和soc变化的三维关系，使得能够直接根据单体锂电池当前的温度和soc查表得到对应温度下的二阶rc模型参数。
4.如权利要求1所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤s2中，步骤s2中，电池实验数据包括通过电池容量测试实验得到数据；
5.如权利要求4所述的单体锂电池的电-热耦合模型建模方法，其特征在于：步骤s2中，步...
【专利技术属性】
技术研发人员：李德胜，裴金鑫，马渊，冯守旺，刘博，刘佳宇，沈方飞，罗全明，李佳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。