一种融合充电倍率的多因素电池充电内阻建模方法技术

本发明专利技术公开了一种融合充电倍率的多因素电池充电内阻建模方法。为实现电池充电内阻的多因素预测，提高预测精度，本发明专利技术方法主要包括步骤：首先采用最小二乘法的二元多项式建立不同荷电状态及温度下的电池充电内阻模型；然后采用三次样条插值算法融合充电倍率，构建不同充电倍率、荷电状态及温度下的电池充电内阻进行建模；最后采用所建立的多因素动态内阻模型对不同状态下的充电内阻进行估算，实现对电池充电内阻准确预测。本发明专利技术具有易于操作，模型预测精度较高等特点，可以应用在电池热管理系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种融合充电倍率的多因素电池充电内阻建模方法
本专利技术属于电池热管理
，更为具体地讲，是涉及一种融合充电倍率的多因素电池充电内阻建模方法。
技术介绍
在能源危机问题日益凸显的情况下，锂离子电池作为电动汽车的主要储能装置，已成为电动汽车重要组成部分。然而，在充电过程中，电池会释放出热量，充电内阻是电池在充电工作时产热量大小的关键参数，电池充电内阻准确建模，对电动汽车的安全性和热管理系统具有决策参考意义。目前，常见的锂离子电池充电内阻获取方法主要分为两种：基于等效电路模型来描述电池特性并获取充电内阻或者基于充电脉冲电流和电压获取充电内阻。基于等效电路模型来描述电池特性并获取充电内阻的方法通常计算量较大且计算较慢，而且对所使用数据的数量和质量要求很高，在数据量匮乏或数据质量差等情况下估算精度较差，不利于在线实施。基于充电脉冲电流和电压获取充电内阻通过分析温度和SOC对电池充电内阻的影响，并构建充电内阻关于温度和SOC的内阻模型。但只考虑温度和SOC影响的充电内阻得到的预测结果误差较大。综上，目前已有的电池充电内阻预测模型主要存在模型误差较大，以及未整合所有的充电内阻影响因素进行准确的建模。针对此种情况，构建电池充电内阻模型，实现电池充电内阻的准确预测已然成为电池领域研究人员关注的焦点，对电池行业发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有电池充电内阻建模方法的缺陷，提出一种融合充电倍率的多因素电池充电内阻建模方法。通过对不同充电倍率、温度以及SOC下的充电内阻进行测试并对其特性进行分析，最后以上述三个因素为自变量，内阻为因变量，构建多因素动态充电内阻模型，实现对电池充电内阻的高精度预测。为实现上述目标，本方法所采用的技术方案为：一种融合充电倍率的多因素电池充电内阻建模方法，至少包括电池多因素动态充电内阻模型构建和Multi-rateHPPC法内阻测试实验测量电池充电内阻两大部分。所述电池多因素动态充电内阻模型构建至少包括以下步骤：步骤1：采用Multi-rateHPPC法内阻测试实验获取电池充电过程中的开路电压E、工作电压U和工作电流I的数据，计算电池每个充电时刻的充电内阻R：步骤2：在不同充电倍率C＝(C1,C2,…,Cn)下，分别建立充电内阻R关于T和SOC的函数拟合：采用最小二乘法的二元多项式函数拟合因变量R与自变量T和SOC之间的n(n≥4)阶函数关系：其中，分别是R在不同充电倍率C1,C2,...,Cn下关于温度和SOC的二元多项式拟合函数；aij,1,aij,2,...,aij,n分别是在不同充电倍率下的二元多项式系数；步骤3：根据步骤2中所获得的二元多项式，提取不同充电倍率下的R关于T和SOC拟合的二元多项式函数系数aij,1,aij,2,...,aij,n，构成二元多项式系数的系数组aij，表达如式(3)：aij＝(aij,1,aij,2,…,aij,n)(3)其中，aij＝(aij,1,aij,2,…,aij,n)是提取所有测量充电倍率下的R关于T和SOC拟合二元多项式函数系数组；步骤4：采用三次样条插值法建立步骤3中拟合的二元多项式函数系数组aij与充电倍率C之间内在函数关系；步骤4-1：将步骤3提取的不同充电倍率下的二元多项式函数系数组aij，基于三次样条插值法在充电倍率数组区间上取m+1个节点，使充电倍率数组区间为[C1,Cm+1]，将充电倍率数组[C1,Cm+1]分割成m段：[C1,C2],[C2,C3],…,[Cm,Cm+1]；步骤4-2：将充电倍率数组的每一段充电倍率数据点之间进行分段性构建出一个三次样条插值函数；步骤4-3：得到一个整体连续的以充电倍率C为自变量的三次样条插值函数：其中，Aij是充电倍率C关于系数组aij的三次样条拟合函数，F1(C),F2(C),…,Fm(C)是充电倍率在对应区间[C1,C2],[C2,C3],…,[Cm,Cm+1]关于系数组aij的三次样条分段拟合函数；步骤5：构建R关于T、SOC和充电倍率C的多因素动态充电内阻数学模型：将公式(4)代入公式(2)中获得以充电倍率C为自变量，R关于T和SOC二元多项式函数的系数为因变量的函数关系，即：其中，R(T,SOC,C)是以内阻为因变量关于温度、SOC以及充电倍率为自变量的构造充电内阻数学模型。所述Multi-rateHPPC法内阻测试实验测量电池充电内阻至少包括以下步骤：步骤1：将电池以标准恒压-恒流(CC-CV)充电直至电池满充，计此时荷电状态SOC＝100％，并静置1h。步骤2：将电池置于高低温交变试验箱内，并设置第一个温度测量点为5℃，将电池以1C恒流放电至SOC减少了10％，静置1h。步骤3：Multi-rateHPPC充电内阻实验测试：先将电池进行I1C倍率恒流放电10s，搁置40s，再以I2C倍率恒流充电10s，搁置40s，最后以I3C倍率恒流充电10s(用于对电池短暂回充实现容量补损)，搁置40s；其中I1的初始值为0.25C，I1、I2和I3三者之间的固定比例关系为：I2＝0.75I1，I3＝0.75I1；将I1电流增加0.25C，并重复进行Multi-rateHPPC充电内阻实验测试，I2和I3根据固定比例而改变，直至达到电池最大的充放电倍率。步骤4：九种SOC状态下的内阻测试：分别调整电池SOC至0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1，重复上述步骤2～步骤3，测量并记录电池在这九种SOC条件下的响应电压和响应电流数据。步骤5：四种温度点下的内阻测试：将步骤2中的温度测量点依次调整为：15℃、25℃、35℃和45℃，重复步骤1～步骤4，分别测量出电池在这四种温度条件下的响应电压和响应电流数据。步骤6：计算充电内阻：根据步骤1～步骤5即得到电池在不同温度、不同百分比SOC及不同倍率下响应电压数据，并计算出电池在不同温度及不同百分比SOC下的多倍率充电内阻。本专利技术的有益效果在于：(1)在不同充电倍率和SOC的变化下内阻估计值与实验值之间保持较好的一致性；(2)实验验证结果表明所建立的动态内阻模型在多种倍率和温度下能够实现准确估算电池充电内阻。附图说明图1为本专利技术一种融合充电倍率的多因素电池充电内阻建模方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如附图1所示，本专利技术为克服现有技术中电池充电内阻模型预测精度不高的缺陷，提出了一种融合充电倍率的多因素电池充电内阻建模方法，具体包括以下步骤：步骤1：采用Multi-rateHPPC法内阻测试实验获取电池充电过程中的开路电压E、工作电压U和工作电流I的数据，计算电池每个充电时刻的充电内阻R：在实验室搭建Multi-rateHPPC法充电内阻实验测试平台，实验测试平台由电池充放电系统、高低温交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合充电倍率的多因素电池充电内阻建模方法，其特征在于，对充电内阻模型的建立同时考虑了温度T、荷电状态(State of Charge，简写为SOC)和充电倍率C对充电内阻R的影响。该方法包括以下步骤：/n步骤1：采用内阻测试实验获取充电时的开路电压E、工作电压U和工作电流I的数据，计算其充电内阻R：/n

【技术特征摘要】
1.一种融合充电倍率的多因素电池充电内阻建模方法，其特征在于，对充电内阻模型的建立同时考虑了温度T、荷电状态(StateofCharge，简写为SOC)和充电倍率C对充电内阻R的影响。该方法包括以下步骤：
步骤1：采用内阻测试实验获取充电时的开路电压E、工作电压U和工作电流I的数据，计算其充电内阻R：



步骤2：在不同充电倍率C＝(C1,C2,…,Cn)下，分别建立充电内阻R关于T和SOC的函数拟合：采用最小二乘法的二元多项式函数拟合因变量R与自变量T和SOC之间的n(n≥4)阶函数关系：



RC1(T,SOC),RC2(T,SOC),…,RCn(T,SOC)分别是R在不同充电倍率C1,C2,...,Cn下关于温度和SOC的二元多项式拟合函数；aij,1,aij,2,...,aij,n分别是在不同充电倍率下的二元多项式系数；
步骤3：根据步骤2中所获得的二元多项式，提取不同充电倍率下的R关于T和SOC拟合的二元多项式函数系数aij,1,aij,2,...,aij,n，构成二元多项式系数的系数组aij，表达如式(3)：
aij＝(aij,1,aij,2,…,aij,n)(3)
其中，aij＝(aij,1,aij,2,…,aij,n)是提取所有测量充电倍率下的R关于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，吴淑孝，丁云辉，潘海鸿，姚起宏，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45