基于等效電路模型的鋰電池動態(tài)阻抗參數(shù)識別方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰電池狀態(tài)估計技術領域，具體涉及一種基于動態(tài)阻抗，對鋰電池單 體的充放電特性進行精確建模，進而實現(xiàn)單體或電池組的狀態(tài)估計的方法。
【背景技術】
[0002] 鋰電池作為電力系統(tǒng)中的重要儲能載體，其技術發(fā)展和管理方式的發(fā)展受到業(yè)界 極大的重視。由于其具有高能量密度和長壽命的特征，鋰電池廣泛應用于手機、數(shù)碼相機、 平板電腦等便攜式電子設備中，以及電動汽車和智能電網的儲能系統(tǒng)中。
[0003] 為了優(yōu)化設計和管理基于鋰電池的儲能系統(tǒng)，首先需要準確的模型來描述鋰電池 的充、放電特性。目前，大量的數(shù)學模型、等效電路模型和電化學模型相繼被學者們提出，給 鋰電池的設計和管理帶來了巨大的突破。通常，電化學模型的實現(xiàn)需要解大量的微分方程， 運算量極大，只適合鋰電池的設計和制造領域。c.M.Sh印herd為代表的學者提出了一系列 的數(shù)學模型，可以在恒流充放電的條件下較準確地描述鋰電池的充放電特性，然而在變電 流等復雜充放電的情況下，卻不能描述其遲滯效應。隨后，MinChen等人提出了準確的等 效電路模型，可以很好地描述鋰電池的非線性開路電壓以及與工作狀態(tài)和外界環(huán)境相關的 放電容量等動態(tài)特性。然而，現(xiàn)在的等效電路模型大都沒有考慮充放電電流對等效內阻和 等效電容的影響，這將導致模型不能適用于寬泛的工作電流。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于等效電路模型的鋰電池動態(tài)阻 抗參數(shù)識別方法。本發(fā)明從簡單的一階RC等效電路模型出發(fā)（如附圖1)，融合了動態(tài)阻抗 的思想，認為阻抗不僅與SOC、溫度等因素相關也與充放電電流相關，并提出了簡單可行的 測試方法進行參數(shù)識別。
[0005] 本發(fā)明將動態(tài)阻抗的性質融入常用等效電路模型中，并給出了估計阻抗等相關模 型參數(shù)的合理測試方式。為了達到上述目的，分別計算充電狀態(tài)下的阻抗和放電狀態(tài)下的 阻抗，本發(fā)明基于等效電路模型的鋰電池動態(tài)阻抗參數(shù)識別方法，主要包括以下步驟：
[0006] 步驟一，基于一階RC等效電路，確定充放電制度；
[0007] -、a.恒流轉恒壓充電制度；b.靜置一段時間；c.采用小電流恒流放電至截止電 壓；d.轉小電流恒流充電至截止電壓C;
[0008]二、a.恒流轉恒壓制度將電池充滿；b.靜置；c.采用放電倍率a恒流放電至截止 電壓；重復上述步驟，但每次將恒流放電電流選為0、Y或S等常用放電倍率；
[0009]三、a.以小電流恒流放電至截止電壓；b.靜置；c.采用充電倍率a恒流充電至截 止電壓；重復上述步驟，但每次將恒流充電倍率選為0、Y或S等常用充電電流；
[0010] 四、a.恒流轉恒壓制度將電池充滿；b.靜置；c.采用放電倍率a的脈沖電流進行 放電；重復上述步驟，但每次將脈沖電流選為0、Y或S等常用放電倍率；
[0011] 五、a.以小電流恒流放電至截止電壓；b.靜置；c.采用充電倍率a的脈沖電流進 行充電；重復上述步驟，但每次將脈沖電流選為0、Y或S等常用充電倍率；
[0012] 步驟二，對待測鋰電池依次執(zhí)行充放電制度，獲得測試數(shù)據(jù)，提取參數(shù)；
[0013] 對待測鋰電池依次執(zhí)行步驟一中的五條充放電制度，記錄每次采樣的時間、充/ 放電電流、端路電壓和充/放電容量，將小電流放電的容量作為待測鋰電池的總容量，用于 后續(xù)的SOC計算；在不同恒流放電或充電電流下，處于相同荷電狀態(tài)SOC的端電壓不同，而 其中的壓差便是由待測鋰電池總的動態(tài)內阻Ri+R2造成；反過來，就能通過相同荷電狀態(tài)下 的壓差，計算電池總的動態(tài)內阻；
[0014] 在脈沖放電或脈沖充電測試中，每次放電電流或充電電流發(fā)生突變時，端路電壓 也會有一個瞬時突變，這是由待測鋰電池的動態(tài)內阻&導致的；從而能夠通過歐姆定律計 算出&的阻值；此外，當這個電壓瞬時突變發(fā)生后，電池端電壓還會發(fā)生一定程度的連續(xù)變 化，這由RC回路導致；從而通過數(shù)學方法獲得相關參數(shù)R2。
[0015] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0016] 1.考慮阻抗與充放電電流相關，提高了鋰電池阻抗參數(shù)提取的準確性。
[0017] 2.提出了簡單可行的充放電測試方法與具體的參數(shù)提取算法，具有很強的實際操 作性。
【附圖說明】
[0018] 圖1為一階RC等效電路圖
[0019] 圖2為0. 5C的脈沖放電電流
[0020] 圖3為0. 5C的脈沖充電電流
[0021] 圖4為0. 04C充放電的端電壓與SOC曲線
[0022] 圖5為開路電壓與SOC曲線
【具體實施方式】
[0023] 下面將結合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0024] 本發(fā)明基于附圖1中的等效電路，考慮電池的阻抗不僅與電池的荷電狀態(tài)、溫度 等因素相關，還與充放電電流大小相關。本發(fā)明通過簡單可行的鋰電池充放電測試，可在線 對處于不同荷電狀態(tài)和充放電條件下的鋰電池進行動態(tài)阻抗的估算，并在此基礎上獲得簡 單、實用的電池模型。其中，根據(jù)實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：電阻&、1? 2的阻值與多種因素相關，特別是 與SOC和充放電電流相關，這對電池等效電路模型的正確建立具有較大作用，然而大多數(shù) 文獻都忽視了充放電電流對電阻的影響。
[0025] 本發(fā)明的具體充放電制度為：
[0026] 一、（1)恒流轉恒壓充電制度，如：0. 5C恒流充電至截止電壓4. 2V，轉為恒壓充電 至電流小于0.01C; (2)靜置一段時間，如：lh; (3)采用小電流恒流放電至截止電壓，如： 0. 04C;⑷轉小電流恒流充電至截止電壓，如：0. 04C。
[0027] 二、（1)恒流轉恒壓制度將電池充滿；（2)靜置；（3)采用放電倍率a恒流放電至 截止電壓；重復上述步驟，但每次將恒流放電電流選為0、Y、S等常用放電倍率。
[0028] 三、（1)以小電流恒流放電至截止電壓；（2)靜置；（3)采用充電倍率a恒流充電 至截止電壓；重復上述步驟，但每次將恒流充電倍率選為0YS等常用充電電流。
[0029] 四、（1)恒流轉恒壓制度將電池充滿；（2)靜置；（3)采用放電倍率a的脈沖電流 進行放電，放電脈沖如附圖2 ;重復上述步驟，但每次將脈沖電流選為0、Y、S等常用放電 倍率。
[0030] 五、（1)以小電流恒流放電至截止電壓；（2)靜置；（3)采用充電倍率a的脈沖電 流進行充電，充電脈沖如附圖3 ;重復上述步驟，但每次將脈沖電流選為0、Y、S等常用充 電倍率。
[0031] 下面以松下18650電池為例，說明使用基于動態(tài)阻抗的等效電路方法對單體進行 建模，并通過設計的充放電制度對鋰電池進行充放電測試，并基于測試數(shù)據(jù)，根據(jù)提出的參 數(shù)識別方法提取參數(shù)具體數(shù)值的整個過程。
[0032] S1，根據(jù)充放電制度一中的步驟，對待測鋰電池進行充放電測試，記錄相應的放電 曲線數(shù)據(jù)包括采樣時間、端路電壓以及放電電量；以充滿電后的小電流（如：〇. 04C)放電電 量作為電池總容量，則可以分別將"小電流恒流放電的端電壓與放電電量曲線"和"小電流 恒流充電的端電壓與充電電量曲線"折算為兩條"端電壓與SOC曲線"（如附圖4)。將得到 的充放電"端電壓與SOC曲線"取平均，得到一條新的"電壓與SOC曲線"（如附圖5)，并將 此曲線作為該電池的近似"開路電壓與SOC"曲線。為了方便表述，在后續(xù)的敘述中，令OCV 為電池的開路電壓，V為電池的端路電壓，I為電池的輸出（輸入）電流；
[0033] S2,在充放電制度二中，每次恒流放電前都有一段靜置時間，默認在靜置末期，電 池達到了電動勢平衡，則靜置末期的開路電壓反應了電池的SOC;根據(jù)S1中所得的"開路電 壓與SOC"曲線，能夠通過電池恒流放電前的靜置末期電壓OCV，決定電池每次放電前的初 始SOC;初始SOC-旦確定，根據(jù)安時積分法能夠獲得每條放電曲線所對應的"端電壓與SOC 曲線"；
[0034]S3,在充放電制度三中，每次恒流充電前都有一小時的靜置時間，默認在靜置末 期，電池達到了電動勢平衡，則靜置末期的開路電壓反應了電池的SOC，根據(jù)S1中所得的 "開路電壓與SOC"曲線，能夠通過電池恒流充電前的靜置末期電壓OCV，決定電池每次充電 前的初始SOC;初始SOC-旦確定，根據(jù)安時積分法獲得每條充電曲線所對應的"端電壓與 SOC曲線"；
[0035] 在恒流放電時，處于相同SOC狀態(tài)下的開路電壓OCV與端路電壓V具有關系：ocv = ￥+10^+1^);因此，分別在放電電流a、0、Y、S下，可根據(jù)式子R1+R2= (0CV-V)/I，計 算處于每個SOC狀態(tài)下的動態(tài)內阻&