CN111025172B

CN111025172B - 一种实现锂离子电池充放电最大允许功率快速测量的方法

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Publication number: CN111025172B
Application number: CN201911415064.7A
Authority: CN
Inventors: 刘施阳; 云凤玲; 栗敬敬; 方彦彦; 沈雪玲; 唐玲; 崔义; 张杭; 暴新建; 张潇华; 闫坤; 高哲峰; 王琳; 张明; 张向军
Original assignee: China Automotive Battery Research Institute Co Ltd
Current assignee: China Automotive Battery Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN111025172A

Abstract

本发明公开一种实现锂离子电池单体(模组)在不同温度条件下最大允许功率快速检测的方法，包括：根据锂离子电池充放电的特性，建立电池简化物理模型，并计算电池的荷电状态，欧姆内阻和过程极化电压；利用电池简化物理模型，以荷电状态和欧姆内阻为初始条件，联立状态方程组并求解，并通过实际试验验证调整，实现锂离子电池最大功率状态的快速测量；克服最大允许充放电功率测量受工况、温度、荷电状态及衰减等因素的耦合制约的难题，保证了测量的速度及精度。

Description

一种实现锂离子电池充放电最大允许功率快速测量的方法

技术领域

本发明涉及电池参数测试领域，具体而言，涉及用于一种实现锂离子电池充放电最大允许功率快速测量的方法。

背景技术

作为锂离子电池管理系统的主要功能之一，最大允许功率测试是在限定的工作电流和电压范围内，对锂离子电池在当前工作状态下可使用的最大充放电功率进行检测，关系电动汽车的能量管理。最大允许放电功率决定了电动汽车的实时加速特性，最大允许充电功率决定了刹车回馈能量的吸收能力。最大允许功率是锂离子电池的隐形状态，受工况、温度、荷电状态及衰减等因素的耦合制约，无法用数学表达式对其统一描述，精确的对应关系的建立需通过大量的实验，且精度难以保证。

现有技术中存在，可实现最大允许功率在线预估，根据锂离子电池充放电的特性，利用simulink软件建立电池物理模型，并计算电池的荷电状态和极化电压；利用电池物理模型，以荷电状态和极化电压为初始条件，以电池允许的最大瞬态充、放电电流为初始试探电流，计算电池端电压与电池充放电限制电压的差值；根据电池端电压与电池充放电限制电压的差值，得到调整试探电流的增量，得到新的试探电流，由电池物理模型循环计算电池的端电压，直到满足计算当前工作状态下的最大允许充放电功率的条件，实现锂离子电池最大功率状态的在线实时预估。

但是目前的方法其初始参数需要较多，模型构建较复杂，且仅仅涉及到在线预估，实际测试过程中未给出调整公式。该方法仅适用于锂离子电池单体的功率预估，未推广至模组测试。

发明内容

鉴于现有锂离子电池单体（模组）最大允许功率估算方法存在的上述困难，本发明的实施方法提供一种实现锂离子电池单体（模组）最大允许功率预估的快速测量的方法。

本发明所采用的方法为：一种实现电池充放电最大允许功率快速测量的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、依据电池充放电的特性，获得电池充放电的参数值，建立电池的简化物理模型，所述参数分别为：理想电压源OCV、电阻R1，其中R1为欧姆内阻，△U为过程中电压变化值，荷电态为SOC；采用数据拟合的方式拟合SOC-OCV曲线，得到计算函数OCV=f（SOC，T）；T为环境温度可为恒温；

步骤二、结合计算函数OCV=f（SOC），建立Cact为电池容量，ΔSOC为荷电态变化；Uaim为目标电压之间的联立方程，求解目标电流值I；

步骤三、根据获得的目标电流值I和目标电压Uaim获得功率值P。

本发明的方案，另一方面，建立联立方程组具体为：

U0＝OCV+R1*I+ΔU，

OCV=f（SOC，T），

ΔU=OCV1-OCV2=f（SOC1，T）-f（SOC2，T），

ΔSOC=g（I）=100%I*t/Cact，

其中T为环境温度，Cact为电池容量，ΔSOC为荷电态变化；Uaim为目标电压。

进一步，数据拟合的方式为多项式拟合方式，所述获得的参数值的样本数量与数据拟合方式相匹配。

进一步，多项式拟合方式具体为五项式拟合方式。

进一步，很显然所述方法适用于锂离子单体电池。

进一步，很显然所述方法应用于锂离子模组电池。

进一步，步骤二和步骤三具体为：在25℃下，设置SOC＝50％、Uaim＝4.2V作为状态变量初值，测量10s充电最大功率；联立方程组：

U0＝OCV+R1*I+ΔU，

OCV=f（SOC，T），

ΔU=OCV1-OCV2=f（SOC1，T）-f（SOC2，T），

ΔSOC=g（I）=100%I*t/Cact，

令SOC1=50%，t=10s，求解得在试探充电电流最大值；

计算P=I*Uaim，并设定实验参数，记录10s恒功率充电结束时电压值。

进一步，本申请的方案可以由一种接触测量装置来实现，所述测量装置包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述存储器上的程序，用以实现本申请所述的方法。

进一步，本申请的方法也可以被包括在所述计算机可读的存储介质上，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现所述的方法。

根据本发明的方法，在锂离子电池单体（模组）的实际工作工况中，利用电池荷电状态(SOC)计算所需的模型、参数及算法，将其计算结果作为最大允许功率状态测试的初值，以充放电限制电压为制约条件，通过电流为调整参数，电池端电压为调整目标，快速测量锂离子电池的最大允许充放电功率，克服了最大允许充放电功率估算受工况、温度、荷电状态及衰减等因素的耦合制约的难题，且保证了测量的速度与精度。

附图说明

图1是实时计算最大功率流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

根据锂离子电池单体（模组）充放电的特性，建立电池简化物理模型，并计算电池的荷电状态，欧姆内阻和过程极化电压；利用电池简化物理模型，以荷电状态和欧姆内阻为初始条件，联立状态方程组并求解电流，充放电电流与电压的乘积即为锂离子电池当前工作状态下的最大允许充放电功率；最后，以电流为调整参数，电池端电压为调整目标，直到趋近上述锂离子电池的电压约束值，进而实现锂离子电池最大功率状态的快速检测。

以三元硅碳锂离子电池(25Ah),工作电流范围为0A～75A,工作电压为2.8V～4.2V为例，如图1所示，本实施例中的步骤如下：

1)根据锂离子电池充放电的特性，建立锂离子电池的简化物理模型，该物理模型由理想电压源OCV、电阻R1串联而成， R1为欧姆内阻，△U为过程中电压变化值，U0=OCV+R1*I+△U,根据恒定温度下已知参数数据拟合SOC-OCV曲线 ,采用五项式拟合的方式，并得到相应计算公式OCV=f（SOC，T）。本领域技术人员知晓，当T为恒定温度时，该计算公式可以简化为OCV=f（SOC）。

拟合方式不局限于五项式拟合，所述物理模型的参数的构成，所获得的参数值的样本依据拟合方式的不同而设置，所计算获得计算公式即计算函数，能够反应出SOC-OCV之间的变化，曲线拟合方式的关联关系，可以通过反馈抽样值进行验证或自适应地调整，以便拟合的计算函数与获得参数值相匹配，可以参数多模组加权平均的方式获得更贴合的方式，也可以采用自适应回归的方式予以调整。

2）联立方程组如下：

U0＝OCV+R1*I+ΔU，

OCV=f（SOC，T），

ΔU=OCV1-OCV2=f（SOC1,T）-f（SOC2,T），

ΔSOC=g（I）=100%I*t/Cact，

3）求解当前条件下最大允许电流I，并实际试验设置功率值为P=I*Uaim。

本领域技术人员知晓，当T为恒定温度时，该计算公式OCV=f（SOC，T）可以简化为OCV=f（SOC）

4）根据实际实验数据适当进行调整

例1：

选取当前25℃下SOC＝50％、Uaim＝4.2V作为状态变量初值，测量此时10s充电最大功率。

联立方程组，令SOC1=50%，t=10s，求解得在试探充电电流最大值。

电压值在可接受范围内，结束实验并记录实验数据。

例2：

选取当前25℃下SOC＝50％、Uaim＝2.5V作为状态变量初值，测量此时10s放电最大功率。

联立方程组，令SOC1=50%，t=10s，求解得在试探放电电流最大值。

计算P=I*Uaim，并设定实验参数，记录10S恒功率放电结束时电压值。

电压值>Uaim，根据调整公式：

ΔI=（U2—Uaim）/ R1，

I2=I1+ΔI，

P2=Uaim*I2，

计算得P2，重新调整电池SOC=50%，重新设置实验参数再次实验；

所得结果10s恒功率放电结束时电压值在要求范围内，结束实验，并记录实验数据。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（Hard Disk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims

1.一种实现电池充放电最大允许功率快速测量的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、依据电池充放电的特性，获得电池充放电的参数值，建立T环境温度下的电池简化物理模型，所述参数分别为：理想电压源OCV、电阻R1，其中R1为欧姆内阻，△U为过程中电压变化值，荷电态为SOC；采用数据拟合的方式拟合SOC-OCV曲线，得到计算函数OCV＝f(SOC,T)，T为环境温度；

步骤二、结合计算函数OCV＝f(SOC，T)，建立Cact电池容量，ΔSOC荷电态变化；T环境温度，Uaim目标电压的联立方程组，求解目标电流值I；

步骤三、根据获得的目标电流值I和目标电压Uaim获得功率值P；

其中，步骤二和步骤三具体为：在25℃下，设置SOC＝50％、Uaim＝4.2V作为状态变量初值，测量10s充电最大功率；联立方程组：

U0＝OCV+R1*I+ΔU，

OCV＝f(SOC)，

ΔU＝OCV1-OCV2＝f(SOC1)-f(SOC2)，

ΔSOC＝g(I)＝100%I*t/Cact，

令SOC1＝50％，t＝10s，求解得出试探充电电流最大值；

计算P＝I*Uaim，并设定实验参数，记录10s恒功率充电结束时电压值；

以电流I为调整参数，电池端电压为调整目标，直到趋近电池的电压约束值。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，其中的数据拟合的方式为多项式拟合方式，所述获得的参数值的样本数量与数据拟合方式相匹配。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，多项式拟合方式具体为五项式拟合方式。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法适用于锂离子单体电池。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法应用于锂离子模组电池。

6.一种接触测量装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述存储器上的程序，用以实现权利要求1-5任意一项所述的方法。

7.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述计算机可读的存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现权利要求1-5任意一项所述的方法。