CN112733479A - 一种单体电池的模型参数计算方法、装置和介质 - Google Patents

一种单体电池的模型参数计算方法、装置和介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单体电池的模型参数计算方法、装置和介质，所述单体电池的模型参数计算方法包括：根据电池模组的平均等效模型，计算所述电池模组的平均模型参数组；构建所述电池模组的单体电池等效模型；根据所述平均模型参数组和所述电池模组的单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组。采用本发明实施例，能准确地计算电池模组中每一单体电池的模型参数，有效提高了计算单体电池的模型参数的效率。

Description

一种单体电池的模型参数计算方法、装置和介质
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种单体电池的模型参数计算方法、装置和介质。
背景技术
锂离子电池由于其能量密度高、循环寿命长、自放电率低等特点，逐渐成为目前应用最为广泛的电动汽车动力电池类型。为满足电动汽车长续航和高功率的使用要求，车载锂离子动力电池模组通常由若干个单体电池串联而成。
在汽车的使用过程中，需要对电池模组的运行状态进行监测。在现有技术中，通常通过建立电池模组的平均等效模型来辨识电池模组的参数信息，以监测电池模组的运行状态。
然而，在实施本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：由于制造和使用过程的差异，电池模组内大量单体电池不可避免地会存在性能不一致的问题。而单体电池性能不一致对整个电池模组的动态特性和性能影响比较大，若仅仅估计电池模组平均等效模型的参数信息，则难以了解到每一节单体电池的运行状态，以致无法准确地反应整个电池模组的运行状态，无法为汽车的故障诊断等场景提供可靠的依据。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种单体电池的模型参数计算方法、装置和介质，其能准确地计算电池模组中每一单体电池的模型参数，有效提高了计算单体电池的模型参数的效率。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种单体电池的模型参数计算方法，包括：
根据电池模组的平均等效模型，计算所述电池模组的平均模型参数组；
根据所述平均模型参数组和所述电池模组的单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组。
作为上述方案的改进，所述平均模型参数组包括平均欧姆内阻、平均电极化内阻、平均电极化电容、平均浓差极化内阻和平均浓差极化电容；所述模型参数组包括每一单体电池的欧姆内阻、电极化内阻、电极化电容、浓差极化内阻和浓差极化电容；
作为上述方案的改进，所述根据所述平均模型参数组和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一单体电池的模型参数组，具体包括：
计算每一所述单体电池的动态电压；
根据所述平均欧姆内阻和所述单体电池的动态电压，估计每一单体电池的欧姆内阻；
计算每一所述单体电池的电极化电压和浓差极化电压；
根据每一所述单体电池的电极化电压、所述平均电极化内阻、所述平均电极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容；
根据每一所述单体电池的浓差极化电压、所述平均浓差极化内阻、所述平均浓差极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容。
作为上述方案的改进，所述计算每一所述单体电池的动态电压，具体包括：
测量每一所述单体电池的输出电压UL,i；
根据公式Ud,i＝UL,i-Uocv，计算每一所述单体电池的动态电压Ud,i；其中，Uocv为单体电池的开路电压；i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
作为上述方案的改进，所述根据所述平均欧姆内阻和所述单体电池的动态电压，估计每一单体电池的欧姆内阻，具体包括：
根据所述平均欧姆内阻，以及，单体电池的欧姆内阻与平均欧姆内阻之比等于单体电池的动态电压与平均动态电压之比的关系式，计算每一单体电池的欧姆内阻，满足：
Figure BDA0002868305830000031
Figure BDA0002868305830000032
其中，R0,i为单体电池的欧姆内阻，R0m为平均欧姆内阻，Ud,i为单体电池的动态电压，Udm为平均动态电压，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
作为上述方案的改进，所述计算每一所述单体电池的电极化电压和浓差极化电压，具体包括：
根据公式
Figure BDA0002868305830000033
计算每一所述单体电池的电极化电压和浓差极化电压；
其中，U1,i为单体电池的电极化电压；U2,i为单体电池的浓差极化电压；Ud,i为单体电池的动态电压；R0,i为单体电池的欧姆内阻；IL为所述电池模组的电流；R1m为平均电极化内阻，C1m为平均电极化电容；R2m为平均浓差极化内阻；C2m为平均浓差极化电容；i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
作为上述方案的改进，所述根据每一所述单体电池的电极化电压、所述平均电极化内阻、所述平均电极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容，具体包括：
根据每一所述单体电池的电极化电压U1,i、所述平均电极化内阻R1m、所述平均电极化电容C1m和所述单体电池等效模型的离散化方程的简化公式
Figure BDA0002868305830000041
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i：
Figure BDA0002868305830000042
Figure BDA0002868305830000043
Figure BDA0002868305830000044
Figure BDA0002868305830000045
根据每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i，以及所述单体电池等效模型的离散化方程
Figure BDA0002868305830000046
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的电极化内阻R1,i：
R1,i＝R1m×B1
Figure BDA0002868305830000047
Figure BDA0002868305830000048
Figure BDA0002868305830000049
根据每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i，以及每一所述单体电池的电极化内阻R1,i，计算每一所述单体电池的电极化电容C1,i；
其中，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量；IL为所述电池模组的电流；k为当前时刻；Δt为电流和电压的采样周期，即k时刻和(k-1)时刻的时间差。
作为上述方案的改进，所述根据每一所述单体电池的浓差极化电压、所述平均浓差极化内阻、所述平均浓差极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容，具体包括：
根据每一所述单体电池的浓差极化电压U2,i、所述平均浓差极化内阻R2m、所述平均浓差极化电容C2m和所述单体电池等效模型的离散化方程的简化公式
Figure BDA0002868305830000051
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i：
Figure BDA0002868305830000052
Figure BDA0002868305830000053
Figure BDA0002868305830000054
Figure BDA0002868305830000055
根据每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i，以及所述单体电池等效模型的离散化方程
Figure BDA0002868305830000056
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻R2,i满足：
R2,i＝R2m×B2
Figure BDA0002868305830000061
Figure BDA0002868305830000062
Figure BDA0002868305830000063
根据每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i，以及每一所述单体电池的浓差极化内阻R2,i，计算每一所述单体电池的浓差极化电容C2,i；
其中，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量；IL为所述电池模组的电流；k为当前时刻；Δt为电流和电压的采样周期，即k时刻和(k-1)时刻的时间差。
作为上述方案的改进，所述根据电池模组的平均等效模型，计算所述电池模组的平均模型参数组，具体包括：
构建电池模组的平均等效模型；
根据所述电池模组的平均等效模型的离散化方程，采用递推最小二乘法，计算所述电池模组的平均模型参数组。
作为上述方案的改进，所述电池模组的平均等效模型和所述单体电池等效模型均为戴维南二阶等效电路模型。
作为上述方案的改进，在所述根据所述平均模型参数组和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组之后，所述方法还包括：
根据每一单体电池的模型参数组，监测所述电池模组的运行状态。
本发明实施例还提供了一种单体电池的模型参数计算装置，包括：
平均模型参数组计算模块，用于根据电池模组的平均等效模型，以计算所述电池模组的平均模型参数组；
单体电池模型参数组计算模块，用于根据所述平均模型参数组和所述电池模组的单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组。
本发明实施例还提供了一种单体电池的模型参数计算装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的单体电池的模型参数计算方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述任意一项所述的单体电池的模型参数计算方法。
与现有技术相比，本发明公开的单体电池的模型参数计算方法、装置和介质，根据电池模组的平均等效模型，计算所述电池模组的平均模型参数组，包括平均欧姆内阻、平均电极化内阻、平均电极化电容、平均浓差极化内阻和平均浓差极化电容；通过构建所述电池模组的单体电池等效模型，根据所述平均模型参数组和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组，包括每一单体电池的欧姆内阻、电极化内阻、电极化电容、浓差极化内阻和浓差极化电容。本发明实施例提供的单体电池的模型参数计算方法，相比于单独对每一节单体电池模型进行参数辨识和状态监测的方法，其能够在准确地计算每一单体电池模型的模组参数组的基础上，极大地减少电池管理系统的运算量，降低处理器的运行负荷。并且，本发明实施例计算得到的单体电池的模型参数，可以用于评估所述单体电池的运行状态，在监测电池模组的运行状态的过程中，考虑了电池模组中每一单体电池的参数不一致性，能够更加准确地反应整个电池模组的运行状态，为电池管理系统的故障诊断和电芯均衡算法提供更加可靠的数据基础。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种单体电池的模型参数计算方法的步骤流程示意图；
图2是本发明实施例中电池模组的平均等效模型的电路结构示意图；
图3是本发明实施例中电池模组的单体电池等效模型的电路结构示意图；
图4是本发明实施例中计算单体电池的模型参数组的步骤流程示意图；
图5是本发明实施例二提供的一种单体电池的模型参数计算装置的结构示意图；
图6是本发明实施例三提供的一种单体电池的模型参数计算装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例一提供的一种单体电池的模型参数计算方法的步骤流程示意图。本发明实施例提供的一种单体电池的模型参数计算方法，通过步骤S1至S2执行：
S1、根据电池模组的平均等效模型，计算所述电池模组的平均模型参数组；
在本发明实施例中，所述平均模型参数组包括平均欧姆内阻、平均电极化内阻、平均电极化电容、平均浓差极化内阻和平均浓差极化电容。将所述由若干个单体电池组成的电池模组作为一个整体，以构建所述电池模组的平均等效模型，根据所述平均等效模型，计算所述电池模组的平均欧姆内阻R0m、平均电极化内阻R1m、平均电极化电容C1m、平均浓差极化内阻R2m和平均浓差极化电容C2m，作为监测所述电池模组的运行状态的平均模型参数组。
作为优选的实施方式，步骤S1通过步骤S11至S12执行：
S11、构建电池模组的平均等效模型。
S12、根据所述电池模组的平均等效模型的离散化方程，采用递推最小二乘法，计算所述电池模组的平均模型参数组。
参见图2，是本发明实施例中电池模组的平均等效模型的电路结构示意图。在本发明实施例中，所述电池模组的平均等效模型为戴维南二阶等效电路模型。所述电池模组的平均等效模型的相关参数包括：平均欧姆内阻R0m、平均电极化内阻R1m、平均电极化电容C1m、平均浓差极化内阻R2m、平均浓差极化电容C2m、平均电极化电压U1m、平均浓差极化电压U2m、单体电池的开路电压Uocv、电池模组的平均输出电压ULm和电池模组的电流IL。
其中，单体电池的开路电压Uocv是所述电池模组中单体电池的标称值，可通过查表得到。电池模组的平均输出电压ULm通过电池模组的总输出电压UL,module和电池模组内的单体电池数量n通过公式
Figure BDA0002868305830000091
计算得到，总输出电压UL,module和电池模组的电流IL可以通过测量得到。
所述电池模组的平均等效模型的离散方程式包括：
Figure BDA0002868305830000092
Figure BDA0002868305830000093
其中，k为当前时刻；Δt为电流和电压的采样周期，即k时刻和(k-1)时刻的时间差。
可以理解地，所述离散化方程式可以表示上一时刻数据求下一刻数据之间的关系。当有足够多的电流和电压采集点，即可根据所述电池模组的平均等效模型的离散方程式，采用常规的辨识方法递推最小二乘法，计算得到所述电池模组的平均模型参数组[R0m,R1m,C1m,R2m,C2m]。
S2、根据所述平均模型参数组和所述电池模组的单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组；
在本发明实施例中，所述模型参数组包括每一单体电池的欧姆内阻、电极化内阻、电极化电容、浓差极化内阻和浓差极化电容。
具体地，参见图3，是本发明实施例中电池模组的单体电池等效模型的电路结构示意图。在本发明实施例中，所述电池模组的单体电池等效模型为戴维南二阶等效电路模型。所述电池模组的单体电池等效模型中每一单体电池的相关参数包括：欧姆内阻R0,i、电极化内阻R1,i、电极化电容C1,i、浓差极化内阻R2,i、浓差极化电容C2,i、电极化电压U1,i、浓差极化电压U2,i、单体电池的开路电压Uocv、单体电池的输出电压UL,i和电流IL。其中，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
在本发明实施例中，在根据所述电池模组的平均等效模型计算得到平均模型参数组[R0m,R1m,C1m,R2m,C2m]之后，进一步构建所述电池模组的单体电池等效模型，以根据所述平均模型参数组和所述电池模组的单体电池等效模型，计算得到每一单体电池的模型参数组[R0,i,R1,i,C1,i,R2,i,C2,i]。
作为优选的实施方式，参见图4，是本发明实施例中计算单体电池的模型参数组的步骤流程示意图。步骤S2具体通过步骤S21至S25执行：
S21、计算每一所述单体电池的动态电压。
S22、根据所述平均欧姆内阻和所述单体电池的动态电压，估计每一单体电池的欧姆内阻。
具体地，计算每一所述单体电池的动态电压的方法具体包括：
S211、测量每一所述单体电池的输出电压UL,i；
S212、根据公式Ud,i＝UL,i-Uocv，计算每一所述单体电池的动态电压Ud,i；其中，Uocv为单体电池的开路电压；i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
进一步地，根据所述电池模组的工作原理，每一单体电池的欧姆内阻R0,i之比与每一单体电池的动态Ud,i之比比较接近，因而有：
R0,1:R0,2:...:R0,n:R0m≈Ud,1:Ud,2:...:Ud,n:Udm；
根据所述平均欧姆内阻R0m，以及，单体电池的欧姆内阻与平均欧姆内阻之比等于单体电池的动态电压与平均动态电压之比的关系式，计算每一单体电池的欧姆内阻R0,i，满足：
Figure BDA0002868305830000111
Figure BDA0002868305830000112
其中，Udm为平均动态电压，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
S23、计算每一所述单体电池的电极化电压和浓差极化电压。
S24、根据每一所述单体电池的电极化电压、所述平均电极化内阻、所述平均电极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容；
S25、根据每一所述单体电池的浓差极化电压、所述平均浓差极化内阻、所述平均浓差极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容。
在本发明实施例中，根据公式
Figure BDA0002868305830000113
以及所述平均模型参数组，计算每一所述单体电池的电极化电压U1,i和浓差极化电压U2,i。
进一步地，所述单体电池等效模型的离散化方程为：
Figure BDA0002868305830000121
Figure BDA0002868305830000122
针对所述电池模组中每一单体电池的第一个RC并联环节，由于采样周期一般远远小于时间常数R1,iC1,i，因此：
Figure BDA0002868305830000123
得到所述单体电池等效模型的离散化方程的简化公式
Figure BDA0002868305830000124
因而有：
Figure BDA0002868305830000125
整理得：
Figure BDA0002868305830000126
令：
Figure BDA0002868305830000127
并构造一个归一化权向量
Figure BDA0002868305830000128
可以得到，
Figure BDA0002868305830000129
则，
Figure BDA00028683058300001210
因此，在本发明实施例中，根据每一所述单体电池的电极化电压U1,i、所述平均电极化内阻R1m、所述平均电极化电容C1m和所述单体电池等效模型的离散化方程的简化公式
Figure BDA00028683058300001211
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i：
Figure BDA00028683058300001212
Figure BDA0002868305830000131
Figure BDA0002868305830000132
Figure BDA0002868305830000133
进一步地，根据所述单体电池等效模型的离散化方程
Figure BDA0002868305830000134
可以得到，
Figure BDA0002868305830000135
因此有：
Figure BDA0002868305830000136
令：
Figure BDA0002868305830000137
并构造一个归一化权向量
Figure BDA0002868305830000138
可以得到，R1,1:R1,2:...:R1,n＝R1m·B1。
因此，在本发明实施例中，根据每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i，通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的电极化内阻R1,i：
R1,i＝R1m×B1
Figure BDA0002868305830000139
Figure BDA00028683058300001310
Figure BDA00028683058300001311
最后，根据每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i，以及每一所述单体电池的电极化内阻R1,i，计算每一所述单体电池的电极化电容C1,i。
同理，针对所述电池模组中每一单体电池的第一个RC并联环节，可以采用上述相同的方法求出每一所述单体电池的浓差极化内阻R2,i和浓差极化电容C2,i。
根据每一所述单体电池的浓差极化电压U2,i、所述平均浓差极化内阻R2m、所述平均浓差极化电容C2m和所述单体电池等效模型的离散化方程的简化公式
Figure BDA0002868305830000141
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i：
Figure BDA0002868305830000142
Figure BDA0002868305830000143
Figure BDA0002868305830000144
Figure BDA0002868305830000145
根据每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i，以及所述单体电池等效模型的离散化方程
Figure BDA0002868305830000146
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻R2,i满足：
R2,i＝R2m×B2
Figure BDA0002868305830000151
Figure BDA0002868305830000152
Figure BDA0002868305830000153
根据每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i，以及每一所述单体电池的浓差极化内阻R2,i，计算每一所述单体电池的浓差极化电容C2,i。
其中，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量；IL为所述电池模组的电流；k为当前时刻；Δt为电流和电压的采样周期，即k时刻和(k-1)时刻的时间差。
因此，通过上述计算单体电池的模型参数组的步骤流程，可以计算得到所述电池模组中，每一单体电池对应的模型参数组[R0,i,R1,i,C1,i,R2,i,C2,i]。
作为优选的实施方式，在步骤S2之后，所述单体电池的模型参数计算方法还包括步骤S3：
S3、根据每一单体电池的模型参数组，监测所述电池模组的运行状态。
根据每一单体电池对应的模型参数组[R0,i,R1,i,C1,i,R2,i,C2,i]，可以评估每一单体电池的运行状态，进而，根据每一所述单体电池的运行状态，以准确地监测所述电池模组的整体的运行状态。
本发明实施例一提供了一种单体电池的模型参数计算方法，根据电池模组的平均等效模型，计算所述电池模组的平均模型参数组，包括平均欧姆内阻、平均电极化内阻、平均电极化电容、平均浓差极化内阻和平均浓差极化电容；通过构建所述电池模组的单体电池等效模型，根据所述平均模型参数组和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组，包括每一单体电池的欧姆内阻、电极化内阻、电极化电容、浓差极化内阻和浓差极化电容。本发明实施例提供的单体电池的模型参数计算方法，相比于单独对每一节单体电池模型进行参数辨识和状态监测的方法，其能够在准确地计算每一单体电池模型的模组参数组的基础上，极大地减少电池管理系统的运算量，降低处理器的运行负荷。并且，本发明实施例计算得到的单体电池的模型参数，可以用于评估所述单体电池的运行状态，在监测电池模组的运行状态的过程中，考虑了电池模组中每一单体电池的参数不一致性，能够更加准确地反应整个电池模组的运行状态，为电池管理系统的故障诊断和电芯均衡算法提供更加可靠的数据基础。
参见图5，是本发明实施例二提供的一种单体电池的模型参数计算装置的结构示意图。本发明实施例提供了一种单体电池的模型参数计算装置20，包括平均模型参数组计算模块21和单体电池模型参数组计算模块22，其中，
所述平均模型参数组计算模块21，用于根据电池模组的平均等效模型，以计算所述电池模组的平均模型参数组；
所述单体电池模型参数组计算模块22，用于根据所述平均模型参数组和所述电池模组的单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组；
作为优选的实施方式，所述平均模型参数组包括平均欧姆内阻、平均电极化内阻、平均电极化电容、平均浓差极化内阻和平均浓差极化电容；其中，所述模型参数组包括每一单体电池的欧姆内阻、电极化内阻、电极化电容、浓差极化内阻和浓差极化电容；
则所述平均模型参数组计算模块21，具体用于：
构建电池模组的平均等效模型；
根据所述电池模组的平均等效模型的离散化方程，采用递推最小二乘法，计算所述电池模组的平均模型参数组。
作为优选的实施方式，所述单体电池模型参数组计算模块22，具体包括：
动态电压计算单元221，用于计算每一所述单体电池的动态电压；
欧姆电阻估计单元222，用于根据所述平均欧姆内阻和所述单体电池的动态电压，估计每一单体电池的欧姆内阻；
极化电压计算单元223，用于计算每一所述单体电池的电极化电压和浓差极化电压；
电极化内阻和电容计算单元224，用于根据每一所述单体电池的电极化电压、所述平均电极化内阻、所述平均电极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容；
浓差极化内阻和电容计算单元225，用于根据每一所述单体电池的浓差极化电压、所述平均浓差极化内阻、所述平均浓差极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容。
具体地，所述动态电压计算单元221具体用于：
测量每一所述单体电池的输出电压UL,i；根据公式Ud,i＝UL,i-Uocv，计算每一所述单体电池的动态电压Ud,i；其中，Uocv为单体电池的开路电压；i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
所述欧姆电阻估计单元222，具体用于：
根据所述平均欧姆内阻，以及，单体电池的欧姆内阻与平均欧姆内阻之比等于单体电池的动态电压与平均动态电压之比的关系式，计算每一单体电池的欧姆内阻，满足：
Figure BDA0002868305830000171
Figure BDA0002868305830000172
其中，R0,i为单体电池的欧姆内阻，R0m为平均欧姆内阻，Ud,i为单体电池的动态电压，Udm为平均动态电压，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
所述极化电压计算单元223，具体用于：
根据公式
Figure BDA0002868305830000181
计算每一所述单体电池的电极化电压和浓差极化电压；
其中，U1,i为单体电池的电极化电压；U2,i为单体电池的浓差极化电压；Ud,i为单体电池的动态电压；R0,i为单体电池的欧姆内阻；IL为所述电池模组的电流；R1m为平均电极化内阻，C1m为平均电极化电容；R2m为平均浓差极化内阻；C2m为平均浓差极化电容；i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
所述电极化内阻和电容计算单元224，具体用于：
根据每一所述单体电池的电极化电压U1,i、所述平均电极化内阻R1m、所述平均电极化电容C1m和所述单体电池等效模型的离散化方程的简化公式
Figure BDA0002868305830000182
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i：
Figure BDA0002868305830000183
Figure BDA0002868305830000184
Figure BDA0002868305830000185
Figure BDA0002868305830000186
根据每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i，以及所述单体电池等效模型的离散化方程
Figure BDA0002868305830000191
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的电极化内阻R1,i：
R1,i＝R1m×B1
Figure BDA0002868305830000192
Figure BDA0002868305830000193
Figure BDA0002868305830000194
根据每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i，以及每一所述单体电池的电极化内阻R1,i，计算每一所述单体电池的电极化电容C1,i；
其中，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量；IL为所述电池模组的电流；k为当前时刻；Δt为电流和电压的采样周期，即k时刻和(k-1)时刻的时间差。
所述浓差极化内阻和电容计算单元225，具体用于：
根据每一所述单体电池的浓差极化电压U2,i、所述平均浓差极化内阻R2m、所述平均浓差极化电容C2m和所述单体电池等效模型的离散化方程的简化公式
Figure BDA0002868305830000195
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i：
Figure BDA0002868305830000196
Figure BDA0002868305830000201
Figure BDA0002868305830000202
Figure BDA0002868305830000203
根据每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i，以及所述单体电池等效模型的离散化方程
Figure BDA0002868305830000204
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻R2,i满足：
R2,i＝R2m×B2
Figure BDA0002868305830000205
Figure BDA0002868305830000206
Figure BDA0002868305830000207
根据每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i，以及每一所述单体电池的浓差极化内阻R2,i，计算每一所述单体电池的浓差极化电容C2,i；
其中，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量；IL为所述电池模组的电流；k为当前时刻；Δt为电流和电压的采样周期，即k时刻和(k-1)时刻的时间差。
作为优选的实施方式，所述单体电池的模型参数计算装置20，还包括运行状态监测模块23；
所述运行状态监测模块23，用于根据每一单体电池的模型参数组，监测所述电池模组的运行状态。
需要说明的是，本发明实施例提供的一种单体电池的模型参数计算装置用于执行上述实施例的一种单体电池的模型参数计算方法的所有流程步骤，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。
本发明实施例二提供了一种单体电池的模型参数计算装置，平均模型参数组计算模块根据电池模组的平均等效模型，计算所述电池模组的平均模型参数组，包括平均欧姆内阻、平均电极化内阻、平均电极化电容、平均浓差极化内阻和平均浓差极化电容；由单体电池模型参数组计算模块根据所述平均模型参数组和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组，包括每一单体电池的欧姆内阻、电极化内阻、电极化电容、浓差极化内阻和浓差极化电容。本发明实施例提供的单体电池的模型参数计算方法，相比于单独对每一节单体电池模型进行参数辨识和状态监测的方法，其能够在准确地计算每一单体电池模型的模组参数组的基础上，极大地减少电池管理系统的运算量，降低处理器的运行负荷。并且，本发明实施例计算得到的单体电池的模型参数，可以用于评估所述单体电池的运行状态，在监测电池模组的运行状态的过程中，考虑了电池模组中每一单体电池的参数不一致性，能够更加准确地反应整个电池模组的运行状态，为电池管理系统的故障诊断和电芯均衡算法提供更加可靠的数据基础。。
参见图6，是本发明实施例三提供的一种单体电池的模型参数计算装置的结构示意图。本发明实施例提供的一种单体电池的模型参数计算装置30，包括处理器31、存储器32以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例一所述的单体电池的模型参数计算方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如实施例一所述的单体电池的模型参数计算方法。
本领域普通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，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，包括：
根据电池模组的平均等效模型，计算所述电池模组的平均模型参数组；
根据所述平均模型参数组和所述电池模组的单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组。
2.如权利要求1所述的单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，所述平均模型参数组包括平均欧姆内阻、平均电极化内阻、平均电极化电容、平均浓差极化内阻和平均浓差极化电容；所述模型参数组包括每一单体电池的欧姆内阻、电极化内阻、电极化电容、浓差极化内阻和浓差极化电容。
3.如权利要求2所述的单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，所述根据所述平均模型参数组和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一单体电池的模型参数组，具体包括：
计算每一所述单体电池的动态电压；
根据所述平均欧姆内阻和所述单体电池的动态电压，估计每一单体电池的欧姆内阻；
计算每一所述单体电池的电极化电压和浓差极化电压；
根据每一所述单体电池的电极化电压、所述平均电极化内阻、所述平均电极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容；
根据每一所述单体电池的浓差极化电压、所述平均浓差极化内阻、所述平均浓差极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容。
4.如权利要求3所述的单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，所述计算每一所述单体电池的动态电压，具体包括：
测量每一所述单体电池的输出电压UL,i；
根据公式Ud,i＝UL,i-Uocv，计算每一所述单体电池的动态电压Ud,i；其中，Uocv为单体电池的开路电压；i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
5.如权利要求4所述的单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，所述根据所述平均欧姆内阻和所述单体电池的动态电压，估计每一单体电池的欧姆内阻，具体包括：
根据所述平均欧姆内阻，以及，单体电池的欧姆内阻与平均欧姆内阻之比等于单体电池的动态电压与平均动态电压之比的关系式，计算每一单体电池的欧姆内阻，满足：
Figure FDA0002868305820000021
Figure FDA0002868305820000022
其中，R0,i为单体电池的欧姆内阻，R0m为平均欧姆内阻，Ud,i为单体电池的动态电压，Udm为平均动态电压，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
6.如权利要求3所述的单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，所述计算每一所述单体电池的电极化电压和浓差极化电压，具体包括：
根据公式
Figure FDA0002868305820000023
计算每一所述单体电池的电极化电压和浓差极化电压；
其中，U1,i为单体电池的电极化电压；U2,i为单体电池的浓差极化电压；Ud,i为单体电池的动态电压；R0,i为单体电池的欧姆内阻；IL为所述电池模组的电流；R1m为平均电极化内阻，C1m为平均电极化电容；R2m为平均浓差极化内阻；C2m为平均浓差极化电容；i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量。
7.如权利要求6所述的单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，所述根据每一所述单体电池的电极化电压、所述平均电极化内阻、所述平均电极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容，具体包括：
根据每一所述单体电池的电极化电压U1,i、所述平均电极化内阻R1m、所述平均电极化电容C1m和所述单体电池等效模型的离散化方程的简化公式
Figure FDA0002868305820000031
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i：
Figure FDA0002868305820000032
Figure FDA0002868305820000033
Figure FDA0002868305820000034
Figure FDA0002868305820000035
根据每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i，以及所述单体电池等效模型的离散化方程
Figure FDA0002868305820000036
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的电极化内阻R1,i：
R1,i＝R1m×B1
Figure FDA0002868305820000041
Figure FDA0002868305820000042
Figure FDA0002868305820000043
根据每一所述单体电池的电极化内阻和电极化电容的乘积R1,iC1,i，以及每一所述单体电池的电极化内阻R1,i，计算每一所述单体电池的电极化电容C1,i；
其中，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量；IL为所述电池模组的电流；k为当前时刻；Δt为电流和电压的采样周期，即k时刻和(k-1)时刻的时间差。
8.如权利要求6所述的单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，所述根据每一所述单体电池的浓差极化电压、所述平均浓差极化内阻、所述平均浓差极化电容和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容，具体包括：
根据每一所述单体电池的浓差极化电压U2,i、所述平均浓差极化内阻R2m、所述平均浓差极化电容C2m和所述单体电池等效模型的离散化方程的简化公式
Figure FDA0002868305820000044
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i：
Figure FDA0002868305820000045
Figure FDA0002868305820000051
Figure FDA0002868305820000052
Figure FDA0002868305820000053
根据每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i，以及所述单体电池等效模型的离散化方程
Figure FDA0002868305820000054
通过以下计算公式，计算每一所述单体电池的浓差极化内阻R2,i满足：
R2,i＝R2m×B2
Figure FDA0002868305820000055
Figure FDA0002868305820000056
Figure FDA0002868305820000057
根据每一所述单体电池的浓差极化内阻和浓差极化电容的乘积R2,iC2,i，以及每一所述单体电池的浓差极化内阻R2,i，计算每一所述单体电池的浓差极化电容C2,i；
其中，i＝1,2,...,n，n为所述电池模组中单体电池的数量；IL为所述电池模组的电流；k为当前时刻；Δt为电流和电压的采样周期，即k时刻和(k-1)时刻的时间差。
9.如权利要求1所述的单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，所述根据电池模组的平均等效模型，计算所述电池模组的平均模型参数组，具体包括：
构建电池模组的平均等效模型；
根据所述电池模组的平均等效模型的离散化方程，采用递推最小二乘法，计算所述电池模组的平均模型参数组。
10.如权利要求1所述的单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，所述电池模组的平均等效模型和所述单体电池等效模型均为戴维南二阶等效电路模型。
11.如权利要求1所述的单体电池的模型参数计算方法，其特征在于，在所述根据所述平均模型参数组和所述单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组之后，所述方法还包括：
根据每一单体电池的模型参数组，监测所述电池模组的运行状态。
12.一种单体电池的模型参数计算装置，其特征在于，包括：
平均模型参数组计算模块，用于根据电池模组的平均等效模型，以计算所述电池模组的平均模型参数组；
单体电池模型参数组计算模块，用于根据所述平均模型参数组和所述电池模组的单体电池等效模型的离散化方程，计算所述电池模组中每一单体电池的模型参数组。
13.一种单体电池的模型参数计算装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至11中任意一项所述的单体电池的模型参数计算方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至11中任意一项所述的单体电池的模型参数计算方法。
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