CN110927597A - 一种确定电池放电曲线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定电池放电曲线的方法，属于电池技术领域。使用运动学模型来描述不同放电倍率下的放电曲线，将电池的放电曲线视为一个点在力的作用下的一个运动轨迹，假设受力的大小F只与放出的电荷量有关，根据力学公式和不同倍率的放电曲线，使用电池的SOC、SOH、放电倍率等参数来构造质量m关系式，使得在不同的放电倍率下，受到的力只与电池放出的总电荷量有关，从而根据一条放电线确定出不同放电倍率下的放电线，SOH代表电池的健康状态，SOC代表电池的荷电状态。通过已知的放电曲线来确定未知的放电线，这可以大大减少测试时间，并为电池的放电曲线的研究提供一个新的方向。

Description

一种确定电池放电曲线的方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种确定电池放电曲线的方法。

技术背景

目前，随着新能源汽车的慢慢普及，电池的使用变的越来越频繁，对电池的SOC估算也变得越来越重要，目前已有的估算SOC的方法大部分都基于安时积分法和开路电压法。

安时积分法最大的问题是电流采样偏差的问题，现在使用的大部分电流传感器都有一个小的偏差值，而安时积分本身是一个累加的过程，这会导致上一时刻的误差会影响到下一个时刻，而且方法本身不会对结果进行修正，这会导致SOC的估算误差越来越大。

而开路电压法，很多情况下都是使用一个模型来根据电池的电流和电压来反推电池的开路电压，这里性价比较高的模型为2RC模型，这里存在的问题有开路电压与SOC之间关系的弱相关，特别是对于磷酸铁锂电池来说，在整个放电过程中，电池的电压变化很小，微小的电压差值就会映射出巨大的SOC偏差，这会导致SOC的估算十分不准确。而且模型本身在转化为辨识模型后需要辨识的参数个数为6个，电池本身是一个时变的系统，随着温度和SOC值的变化，其参数变化十分明显，由于电池使用环境的复杂性，使用简单的辨识方法(如递推最小二乘法)很多时候并不能让参数动态的跟随电池的实际参数变化。而使用复杂辨识方法又会产生较大的计算量。

因此，由于在实际的SOC计算中，安时积分法的误差累计和使用模型计算时复杂的计算过程与算法跑飞的可能性，同时由于开路电压与SOC之间的弱相关性，导致实际环境中使用出现很多问题，这往往会导致算法变的更加复杂。

因此现在出现了一种类似于查表的算法。即建立资料库，理论上只要在实验室测出电池在所有可能的环境下的SOC值(当然这在实际上是不可能的)，那么BMS在工作时只需要根据目前的状态进行查表，就可以获得相当精确的SOC值，但是实际上不可能测试所有的情况，一般只会测量一些较为典型的情况值，在实际情况中使用插值等方法来会通过已有的数据来获得现在的数据。使用此方法的特点是，建立的资料库里面的数据越丰富，估计的SOC就越准确，但是这会花费大量的时间成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种确定电池放电曲线的方法，使用运动学模型来根据已有的放电线，来确定未知的放电线，可以大大减少建立资料库需要的时间。

一种确定电池的放电曲线的方法，使用运动学模型来描述不同放电倍率下的放电曲线，将电池的放电曲线视为一个点在力的作用下的一个运动轨迹，假设受力的大小F只与放出的电荷量有关，根据力学公式和不同倍率的放电曲线，使用电池的SOC、SOH、放电倍率等参数来构造质量m关系式，使得在不同的放电倍率下，受到的力只与电池放出的总电荷量有关，从而根据一条放电线确定出不同放电倍率下的放电线，SOH代表电池的健康状态，SOC代表电池的荷电状态。

进一步的，所述的质量m至少与SOH，SOC和放电倍率有关；质量m与SOH成正相关，电池越健康，质量m越大，在受力下电压下降越慢；与放电倍率C成负相关，放电倍率越高，电池的电压下降越快，质量减小；用二次模型来表示SOC与质量m的关系。

进一步的，所述质量m与SOH，SOC和放电倍率的计算公式为

其中a,b,k均为正数，且a-b(SOC-50)²需要大于零。

进一步的，在已知一条放电曲线的情况下，如果已有正确的m表达式，则可以根据以下过程确定出其他的放电曲线：

1)根据已有曲线和每个点之间的时间间隔，计算竖直方向上各点的速度和加速度。

2)力等于动量对时间的微分，则有

根据公式计算出每个SOC下对应的F值。

3)由于不同状况下受力相等，则将F作为已知量,根据m的表达式计算出想要计算情况的质量，反推出想要计算情况下的速度和加速度。

4)这样仅仅需要新情况下的起始点就可以确定出新状态下的放电曲线。

本发明使用运动学模型来描述不同放电倍率下的放电曲线，使用一系列的力学和运动学公式来拟合电池的放电曲线，为放电曲线的研究提供一个新的方向；可用于为SOC估算算法提供支持，由于很多SOC的估算算法，依赖于电池放电曲线资料库，使用本方法可以大大节省建立资料库所需要的时间。

附图说明

图1为不同放电倍率下电池的放电曲线。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步说明。

将电池的放电曲线视为一个点在力的作用下的一个运动轨迹，在不同的放电倍率下，电池的放电曲线如图1所示：

这里可以假设受力的大小F只与放出的电荷量有关，即同一竖线上每一条线上的点都受到相同的作用力。但是由于不同线上的质量不同，以及横轴方向上的速度(对应放电的电流)不相同(这对应受力的时间长度不相同)，所以形成了不同的曲线。

如图1所示，图中的点线对应的低倍率的放电曲线，在低倍率下，电流小，因此受力的时间长，所以曲线呈现一个比较凹凸不平的情况。而随着放电倍率的增加，受力的时间变短，因此曲线变的平滑。

理论上应该可以找到一个m的表达式使得

F＝d(mv) (1)

在曲线的对应点上保持不变。根据曲线与以上理论，这里可以给出一个m的示意表达式

上式中的a,b,k均为正数，且a-b(SOC-50)²需要大于零，SOH代表电池的健康状态，C代表放电倍率，SOC代表电池的荷电状态。这个表达式可以反应质量m与其他参数之间的一些关系。

质量m与SOH成正相关，电池越健康，质量m越大，在受力下电压下降越慢，与放电倍率C成负相关，放电倍率越高，电池的电压下降越快，所以质量减小，而由已知的放电曲线可知，曲线在中间变化缓慢，在两断变化迅速，可以认为质量在SOC处于中间时，较大，两端时较小，这里用二次模型来表示这一关系。

本发明的具体方法如下：

在已知一条放电曲线的情况下，如果已有正确的m表达式，则可以根据以下过程确定出其他的放电曲线：

1、根据已有曲线和每个点之间的时间间隔，计算竖直方向上各点的速度和加速度。

2、力等于动量对时间的微分，则有

根据公式计算出每个SOC下对应的F值。

3、由于不同状况下受力相等，则将F作为已知量,根据m的表达式计算出想要计算情况的质量，反推出想要计算情况下的速度和加速度。

4、这样仅仅需要新情况下的起始点就可以确定出新状态下的放电曲线。

Claims (4)

1.一种确定电池放电曲线的方法，其特征在于使用运动学模型来描述不同放电倍率下的放电曲线，将电池的放电曲线视为一个点在力的作用下的一个运动轨迹，假设受力的大小F只与放出的电荷量有关，根据力学公式和不同倍率的放电曲线，使用电池的SOC、SOH、放电倍率等参数来构造质量m关系式，使得在不同的放电倍率下，受到的力只与电池放出的总电荷量有关，从而根据一条放电线确定出不同放电倍率下的放电曲线，SOH代表电池的健康状态，SOC代表电池的荷电状态。

2.根据权利要求1所述的一种确定电池放电曲线的方法，其特征在于所述的质量m至少与m至少与SOH，SOC和放电倍率有关；质量m与SOH成正相关，电池越健康，质量m越大，在受力下电压下降越慢；与放电倍率C成负相关，放电倍率越高，电池的电压下降越快，以质量减小；用二次模型来表示SOC与质量m的关系。

3.根据权利要求2所述的一种确定电池放电曲线的方法，其特征在于所述质量m与SOH，SOC和放电倍率的计算公式为

其中a,b,k均为正数，且a-b(SOC-50)²需要大于零。

4.根据权利要求3所述的一种确定电池放电曲线的方法，其特征在于在已知一条放电曲线的情况下，如果已有正确的m表达式，则可以根据以下过程确定出其他的放电曲线：

1)根据已有曲线和每个点之间的时间间隔，计算竖直方向上各点的速度和加速度。

2)力等于动量对时间的微分，则有

根据公式计算出每个SOC下对应的F值。

3)由于不同状况下受力相等，则将F作为已知量,根据m的表达式计算出想要计算情况的质量，反推出想要计算情况下的速度和加速度。

4)这样仅仅需要新情况下的起始点就可以确定出新状态下的放电曲线。

Images