[发明专利]基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法

摘要

本发明提供一种基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法，属于电池管理技术领域。该方法首先建立考虑电流倍率对内阻影响的电池扩展等效电路模型，得到电池电压的计算公式；然后对待测电池从满电开始进行实际工况放电测试，放电至空电，采集运行工况数据，包括电池的电流、电压、荷电状态和温度；然后根据采集得到的电流、电压，在线辨识电池扩展等效电路模型参数；最后根据辨识得到的电池扩展等效电路模型参数，计算不同温度、不同荷电状态下电池的极限充放电电流。本发明能够准确估计电池在不同温度、不同荷电状态下的极限充放电电流，有助于实现电池充放电功率的优化管理。

主权项

1.一种基于扩展等效电路模型的电池极限充放电电流估计方法，其特征在于包括以下步骤：(1)建立一个考虑电流倍率对内阻影响的电池扩展等效电路模型，得到电池电压的计算公式：Utm＝OCVm‑Im·Rohmm‑URCm其中，OCVm为电池的开路电压，与电池的荷电状态存在一一对应关系，通过对电池的常规测试获得，Im为电池电流，放电为正，充电为负，Rohmm为电池的欧姆内阻，URCm为电池的极化电压，根据下面的方程迭代求得：其中Rpm为电池的极化内阻，Rpm＝Rpm,0+kRm×ln(|Im|+1)/|Im|，表示极化内阻Rpm与ln(|Im|+1)/|Im|成线性关系，Rpm,0为电流为0时的极化内阻，kRm为极化内阻Rpm随ln(|Im|+1)/|Im|变化的系数，τm为电池的极化时间常数，取值范围为5～30；(2)对待测电池从充满电开始进行实际工况放电测试，放电至空电，即荷电状态从1变化到0，以固定的时间间隔Δt，采集运行工况数据，包括待测电池的电流I、电压Ut、荷电状态SOC和温度T；(3)根据步骤(1)建立的电池扩展等效电路模型，以及步骤(2)采集得到的待测电池的电流和电压，采用带遗忘因子的最小二乘法，辨识待测电池扩展等效电路模型的参数，计算公式为：欧姆内阻：Rohm＝θ(2)电流为0时的极化内阻：Rp,0＝θ(3)/θ(1)‑θ(2)极化内阻随ln(|I|+1)/|I|变化的系数：kR＝θ(4)/θ(1)时间常数：τ＝1/θ(1)其中，θ为根据步骤(2)采集得到的待测电池的电流和电压计算得到的系数向量，θ(i)表示θ中的第i个元素，i＝1,2,3,4，θ的计算公式为：其中，y_k＝U_t(t_k)‑U_t(t_k‑1)，为迭代计算的系数向量，U_t(t_k)和U_t(t_k‑1)分别为t_k和t_k‑1时刻待测电池的电压，OCV(t_k)为t_k时刻待测电池的开路电压，根据待测电池的荷电状态得到，I(t_k)和I(t_k‑1)分别为t_k和t_k‑1时刻待测电池的电流，sign(I(t_k))为符号函数，表示求I(t_k)的符号，放电为正，充电为负，λ为遗忘因子，取值范围为0.9～1；(4)根据步骤(3)辨识得到的待测电池扩展等效电路模型的参数，计算不同温度、不同荷电状态下待测电池的极限充放电电流，具体过程如下：(4‑1)设定需要计算温度为T1、待测电池的荷电状态为SOC1时待测电池的极限充放电电流，根据步骤(3)辨识得到的电池扩展等效电路模型的参数，得到脉冲充放电下，电池的电压的计算公式为：其中，I为待测电池电流，放电为正，充电为负，t为待测电池脉冲充放电的时间，Q为待测电池的容量，Rohm、Rp,0、kR和τ分别为待测电池扩展等效电路模型的参数，由步骤(3)得到，T为待测电池的运行温度，由步骤(2)采集得到，Ea为待测电池扩展等效电路模型参数随温度变化的活化能，由常规的内阻测试得到，活化能取值范围为1000～5000；(4‑2)确定待测电池脉冲充电时间Δtc以及待测电池的充电截止电压Vlim,c，输入设定的电流极限充电电流的初值，根据步骤(4‑1)中得到的待测电池电压计算公式，计算待测电池脉冲充电Δtc时间后的电压Utc：其中Ic为输入的脉冲充电电流，充电电流符号为负；然后，比较Utc与Vlim,c的大小，若Utc等于Vlim,c，则输出该电流作为该温度T1和荷电状态SOC1下待测电池的极限充电电流Ilim,c(T1,SOC1)；若Utc大于Vlim,c，则减少电流，重新输入步骤(4‑1)中得到的待测电池电压计算公式计算Utc；若Utc小于Vlim,c，则增加电流，重新输入步骤(4‑1)中得到的待测电池电压计算公式计算Utc，如此迭代计算，即得到该温度T1和荷电状态SOC1下待测电池的极限充电电流Ilim,c(T1,SOC1)；(4‑3)确定待测电池脉冲放电时间Δtd以及待测电池的放电截止电压Vlim,d，输入设定的电流极限放电电流的初值，根据步骤(4‑1)中得到的待测电池电压计算公式，计算待测电池脉冲放电Δtd时间后的电压Utd：其中Id为输入的脉冲放电电流，放电电流符号为正；然后，比较Utd与Vlim,d的大小，若Utd等于Vlim,d，则输出该电流作为该温度T1和荷电状态SOC1下待测电池的极限放电电流Ilim,d(T1,SOC1)；若Utd大于Vlim,d，则增加电流，重新输入步骤(4‑1)中得到的待测电池电压计算公式计算Utd；若Utd小于Vlim,d，则减少电流，重新输入步骤(4‑1)中得到的电池电压计算公式计算Utd，如此迭代计算即得到该温度T1和荷电状态SOC1下待测电池的极限放电电流Ilim,d(T1,SOC1)。