【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电滥用电流边界估计领域，具体涉及一种锂离子电池电滥用电流边界估计方法及系统。
技术介绍
1、随着人们对使用清洁和可再生资源的日益关注，电池由于能够储存间歇性能量而吸引了大量的注意力。电池作为一种经过电化学反应将化学能转化为电能的能量转变和储能装置，被广泛用于如电子移动设备、航空航天、道路运输、电网和国防工业等领域中。近年来，锂离子电池因其具有较高的能量密度、功率密度和环境友好性而得到广泛应用。随着锂离子电池的普及，电池的充电时间过长以及低温下电池性能发生严重退化成为了制约其进一步发展的关键问题。
2、为实现电池快速充电和低温加热，需要电池以较大电流充放电，但大幅度的提高电池电流会对电池造成不可逆的损害，造成电池析锂。电化学反应动力学研究表明，当电池负极表面的固相电势与液相电势之差(即负极过电势)为负时，将会有金属锂在电池负极表面析出形成锂枝晶，即所谓的“析锂”。析锂使电池可用锂离子数量减少，导致不可逆的容量衰退；更重要的是，锂枝晶过分生长将刺穿隔膜诱发内短路和安全问题。导致析锂发生的工况(通常为大倍率充电、低温充电)是电池电滥用的外部诱因。寻找电滥用的工况边界，即明晰用怎样的电流不会导致析锂发生是实现安全快速充电和低温加热的关键。若要发现电池电滥用的工况边界，需要实用有效的析锂检测手段作为支撑。目前最为常用的非破坏性在线监测析锂的方法为数据驱动法和模型法。其中，数据驱动方法通用性、可靠性较差，基于模型的方法得到了广泛认可。因此建立合适的模型，选择适当的算法是获得电滥用边界的重点。
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种锂离子电池电滥用电流边界估计方法及系统，包括电化学模型构建、模型参数辨识、在电化学模型基础上使用比例-积分-微分控制(pid)算法进行电池不析锂电流边界估计。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种锂离子电池电滥用电流边界估计方法，包括以下步骤：
4、基于锂离子电池基本工作原理，建立电池内部过程与外特性之间的关联关系，基于所述关联关系，构建锂离子电池的简化电化学模型；
5、采用激励响应的方法，实现所述简化电化学模型的参数辨识；
6、结合完成参数辨识的所述简化电化学模型，采用pid算法，获得全荷电状态soc范围的电滥用边界。
7、优选的，所述简化电化学模型包括：电池端电压uapp和负极过电势；
8、其中，电池端电压uapp的计算公式为：
9、uapp(t)＝eocv(t)-ηact(t)-ηcon(t)-ηohm(t)，
10、式中，eocv(t)为电池的开路电势，ηohm(t)为欧姆极化过电势，ηact(t)为反应极化过电势，ηcon(t)为浓差极化过电势；
11、负极过电势的计算公式为：
12、φδ＝φs-φl＝ηn+un+rohmi＞0，
13、式中，φδ为负极过电势，φs为负极固相电势，φl为负极液相电势，ηn为负极固液相交界面处的反应极化过电势，un为负极在某个嵌锂浓度下的电势，rohm为欧姆内阻，i为电流。
14、优选的，采用激励响应的方法，实现所述简化电化学模型的参数辨识的方法包括：
15、基于欧姆内阻仪测量欧姆内阻rohm；
16、提取辨识工况中所有搁置末端的电压数据点，采用最小二乘拟合方法获取正极初始嵌锂浓度分数y0、负极初始嵌锂浓度分数x0、正极容量qp、负极容量qn；
17、提取辨识工况中施加电流激励时的电压突变量，在测量的欧姆内阻rohm的基础上，针对反应极化过程，使用最小二乘拟合方法辨识反应极化系数pact；
18、提取辨识工况中短时恒流充放电末端电压数据点，使用最小二乘拟合方法辨识正极固相扩散时间常数τp、负极固相扩散时间常数τn、正负极液相扩散比例系数pcona、pconb；
19、提取辨识工况中暂态数据点以计算浓差极化过电势，并利用已有参数反向求解液相扩散时间常数τe；
20、基于辨识工况，采用协同粒子群优化算法cpso修正辨识的所述简化电化学模型的参数。
21、优选的，结合完成参数辨识的所述简化电化学模型，采用pid算法，获得全荷电状态soc范围的电滥用边界的方法包括：
22、结合锂离子电池的简化电化学模型，将所需参数传递给pid控制器，基于pid算法实现电流估计，获得最优电流，再将所述最优电流反馈回锂离子电池的简化电化学模型这一循环过程，获得全荷电状态soc电池电滥用电流边界；
23、其中，pid算法的计算公式为：
24、
25、式中，kp为比例常数；ki为积分常数；kd为微分常数；e(t)为输入值；u(t)为输出值。
26、本专利技术还提供了一种锂离子电池电滥用电流边界估计系统，包括：构建模块、辨识模块和估计模块；
27、所述构建模块用于基于锂离子电池基本工作原理，建立电池内部过程与外特性之间的关联关系，基于所述关联关系，构建锂离子电池的简化电化学模型；
28、所述辨识模块用于采用激励响应的方法，实现所述简化电化学模型的参数辨识；
29、所述估计模块用于结合完成参数辨识的所述简化电化学模型，采用pid算法，获得全荷电状态soc范围的电滥用边界。
30、优选的，所述构建模块中，所述简化电化学模型包括：电池端电压uapp和负极过电势；
31、其中，电池端电压uapp的计算公式为：
32、uapp(t)＝eocv(t)-ηact(t)-ηcon(t)-ηohm(t)，
33、式中，eocv(t)为电池的开路电势，ηohm(t)为欧姆极化过电势，ηact(t)为反应极化过电势，ηcon(t)为浓差极化过电势；
34、负极过电势的计算公式为：
35、φδ＝φs-φl＝ηn+un+rohmi＞0，
36、式中，φδ为负极过电势，φs为负极固相电势，φl为负极液相电势，ηn为负极固液相交界面处的反应极化过电势，un为负极在某个嵌锂浓度下的电势，rohm为欧姆内阻，i为电流。
37、优选的，所述辨识模块中，采用激励响应的方法，实现所述简化电化学模型的参数辨识的过程包括：
38、基于欧姆内阻仪测量欧姆内阻rohm；
39、提取辨识工况中所有搁置末端的电压数据点，采用最小二乘拟合方法获取正极初始嵌锂浓度分数y0、负极初始嵌锂浓度分数x0、正极容量qp、负极容量qn；
40、提取辨识工况中施加电流激励时的电压突变量，在测量的欧姆内阻rohm的基础上，针对反应极化过程，使用最小二乘拟合方法辨识反应极化系数pact；
41、提取辨识工况中短时恒流充放电末端电压数据点，使用最小二乘拟合方法辨识正极固相扩散时间常数τp、负极固相扩散时间常数τn、正负极液相扩散比例系数pc本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂离子电池电滥用电流边界估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电滥用电流边界估计方法，其特征在于，所述简化电化学模型包括：电池端电压Uapp和负极过电势；
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电滥用电流边界估计方法，其特征在于，采用激励响应的方法，实现所述简化电化学模型的参数辨识的方法包括：
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电滥用电流边界估计方法，其特征在于，结合完成参数辨识的所述简化电化学模型，采用PID算法，获得全荷电状态SOC范围的电滥用边界的方法包括：
5.一种锂离子电池电滥用电流边界估计系统，其特征在于，包括：构建模块、辨识模块和估计模块；
6.根据权利要求5所述的锂离子电池电滥用电流边界估计系统，其特征在于，所述构建模块中，所述简化电化学模型包括：电池端电压Uapp和负极过电势；
7.根据权利要求5所述的锂离子电池电滥用电流边界估计系统，其特征在于，所述辨识模块中，采用激励响应的方法，实现所述简化电化学模型的参数辨识的过程包括：
8.根据权利要
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电滥用电流边界估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电滥用电流边界估计方法，其特征在于，所述简化电化学模型包括：电池端电压uapp和负极过电势；
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电滥用电流边界估计方法，其特征在于，采用激励响应的方法，实现所述简化电化学模型的参数辨识的方法包括：
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电滥用电流边界估计方法，其特征在于，结合完成参数辨识的所述简化电化学模型，采用pid算法，获得全荷电状态soc范围的电滥用边界的方法包括：
5.一种锂离子电池电滥用电流...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐少春，吕超，孙清民，马晶妍，杜丽梅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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