[发明专利]基于电化学过程的全SOC范围锂离子电池等效模型

说明书

一种基于电化学过程的全SOC范围锂离子电池等效模型，涉及锂离子电池等效模型领域，包括由电容C_capacity、C_ds1、C_ds2，电阻R_ds1、R_ds2，电流源一和电流源二组成的锂离子电池实时SOC模拟模型和由电容C_dl、C_conc，两个，阻抗Z_ctr，电压源U_OCV、端电压U_t组成的锂离子电池端电压响应模拟模型两部分；U_t＝U_OCV(U_{SOC_surf})‑IR_ohm‑η_ctr‑η_conc；本发明在锂电池全SOC范围模拟精度高、计算效率高，避免了偏微分方程的求解，更适于应用于BMS。

技术领域

本发明涉及锂离子电池等效模型领域，详细讲是一种能够在电池全SOC范围内，尤其是低SOC范围内，提供较高的模拟精度的基于电化学过程的全SOC范围锂离子电池等效模型

背景技术

我们知道，随着电动汽车保有量的增加，动力电池的续航能力受到了广泛关注。一方面，要进行电池本体的研究，增加动力电池的能量密度；另一方面，则需要制定更为高效的能量管理策略。凭借能量密度相对较高，循环寿命长等优点，锂电池成为了当前电动汽车的主要储能单元。为确保电动汽车车载能源系统能够安全、高效地运行，电池管理系统(battery management system，BMS)成为了电动汽车的一个重要组成部分。动力电池状态估算是BMS的一项重要功能，一般是基于电池等效模型完成的。由等效模型模拟电池外特性或内部反应机理，从而达到估测电池实时工作状态或预测电池未来工作状态的效果。常用的动力电池模型主要包括：电化学模型和等效电路模型。

电化学模型是从锂电池内部电化学机理的角度，详细描述电池内部电化学过程，从而模拟电池的工作特性。基于多孔电极理论和浓溶液理论建立的伪二维(Pseudo-Two-Dimensional，P2D)模型一直以来被视为电池电化学模型的基础。在P2D模型中将电极上的活性物质简化为一个个大小相等的圆球，分别用偏微分方程描述电池内部锂离子参与的过程：锂离子在活性颗粒中的固相扩散、发生在固液相交界面的电荷转移反应以及锂离子在电解液中的液相扩散。因此，P2D模型能够同时模拟电池的外特性和电池内部电化学物质的变化过程。单粒子模型(Single Particle Model，SPM)在P2D模型的基础上，假设电化学反应在电极上的分布是均匀的，从而将每个电极上的活性物质简化为单个圆球。与P2D模型将比，SPM忽略了锂离子的液相扩散，相应地简化了一部分运算过程。P2D模型应用了一系列偏微分方程来描述电池内部电化学变量的变化，求解偏微分方程给模型带来了庞大的运算量，这使模型很难做到实时性，从而无法应用于BMS。SPM虽然在P2D模型的基础上有所简化，但依然需要求解部分偏微分方程，计算效率一般，且SPM忽略了锂离子的液相扩散，降低了模型在高倍率下的模拟精度。同时，电化学模型涉及的参数较多，且无法实现参数的在线辨识。