非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)及方法，本發(fā)明從概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)角度入手，考慮了動力電池開路電壓、容量、內(nèi)阻等參數(shù)的不一致性，實(shí)現(xiàn)了動力電池組參數(shù)分布式特征與隨機(jī)變量概率正態(tài)分布之間的聯(lián)系，符合自然界的基本規(guī)律，有效解決因電池單體一致性差異和環(huán)境因素所導(dǎo)致的動力電池組模型精度低的難題；本發(fā)明建立在電池單體模型的基礎(chǔ)上，從概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的角度，對動力電池組的參數(shù)分布式特性進(jìn)行建模，但對采用的單體建模方法沒有限制，因而本發(fā)明具有廣泛的適用性和良好的通用性。
【專利說明】
非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境污染日益嚴(yán)重和化石能源大量消耗，電動汽車已成為未來汽車的發(fā)展方 向。動力電池對電動汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性至關(guān)重要，是制約電動汽車規(guī)模發(fā)展的 關(guān)鍵因素。精確的電池模型對動力電池的合理設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行具有重要意義，是電池荷電 狀態(tài)(S0C)估計(jì)、健康狀態(tài)(S0H)估算和剩余壽命(RUL)預(yù)測方法的基礎(chǔ)。
[0003] 電池模型發(fā)展到現(xiàn)階段可W按照建模機(jī)理的不同劃分為表現(xiàn)電池內(nèi)部特征的電 化學(xué)模型、簡化的電化學(xué)模型、熱模型等，W及描述電池外部特征的隨機(jī)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模 型、等效電路模型等。其中，電化學(xué)模型使用復(fù)雜非線性微分方程描述電池內(nèi)部化學(xué)過程； 簡化的電化學(xué)模型用一個降階方程來表征電池的非線性容量效應(yīng)及運(yùn)行時間；熱模型主要 研究電池的生熱、傳熱過程，可與電化學(xué)模型禪合，但運(yùn)S種模型不能描述電池的I-V特性， 不宜用于電氣設(shè)計(jì)與仿真；隨機(jī)模型主要關(guān)注電池的恢復(fù)特性，將電池行為描述為一個馬 爾科夫過程，能夠很好地描述電池的脈沖放電特性，但是不適于變電流負(fù)載情況;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模型具有良好的非線性映射能力、快速的并行處理能力、較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)和自組織能力等優(yōu) 點(diǎn)，但是需要大量的實(shí)驗(yàn)來獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù)且模型誤差易受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法的影響；等 效電路模型根據(jù)電池的物理特性使用不同元器件構(gòu)成等效電路模型模擬電池的I-V特性， 形式簡單直觀、適宜于電氣設(shè)計(jì)與仿真等。
[0004] 然而，建立一個精確且結(jié)構(gòu)簡單的電池模型絕非易事，運(yùn)是因?yàn)殡姵貎?nèi)部的化學(xué) 反應(yīng)設(shè)及化學(xué)能、電能、熱能等的復(fù)雜轉(zhuǎn)換，具有高度的非線性和不確定性。目前上述幾種 電池建模方法在電池單體模型方面得到了廣泛應(yīng)用，但是，針對的對象主要是電池單體，或 者假設(shè)所有單體的性能一致，簡單地將動力電池組看作是一個按電池單體特性線性放大后 的電池單體模型。而實(shí)際上，電池組存在不一致性，電池組的不一致性主要是指電池組中包 括很多串、并聯(lián)的電池單體，由于制作工藝的差異，電池單體的輸出電壓、剩余電量、內(nèi)阻、 容量、自放電率和庫倫效率等存在差異，而運(yùn)種差異導(dǎo)致動力電池組模型并不是簡單地將 電池單體模型線性放大。實(shí)踐證明，即使嚴(yán)格控制配料、活漿、涂布、裁剪、漉壓等工藝過程， 也只是縮小批量產(chǎn)品之間的標(biāo)準(zhǔn)差，而不能消除單體電池間的不一致性，因此電池組內(nèi)各 個單體電池的性能參數(shù)不可能完全一樣?，F(xiàn)有的單體建模方法未考慮電池組的不一致性， 導(dǎo)致電池模型精度低，不能滿足現(xiàn)實(shí)需求。
[0005] 實(shí)際上，相同原材料、同批次的單體電池，開路電壓、容量、內(nèi)阻、循環(huán)壽命等性能 參數(shù)均符合正態(tài)分布并且離散程度有限。在相同的電流激勵條件下，若考慮組內(nèi)所有的單 體電池，則必有相對的過充過放情況，而且在充放電后期，所有單體的電壓分布很復(fù)雜，但 分布接近馬尾曲線。同時，動力電池組中單體電池容量不僅呈正態(tài)分布，而且容量最小的單 體電壓跌落得也最早、最快。實(shí)際上，電池單體電壓變化過程的一致性漸進(jìn)也逼近其它性能 參數(shù)的一致性，如荷電狀態(tài)SOC等。因此，通過分析動力電池單體參數(shù)的正態(tài)分布，考慮電池 單體串并聯(lián)和不一致性，可W實(shí)現(xiàn)非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建 立系統(tǒng)及方法，本發(fā)明從概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)角度入手，考慮了動力電池開路電壓、容 量、內(nèi)阻等參數(shù)的不一致性，實(shí)現(xiàn)了動力電池組參數(shù)分布式特征與隨機(jī)變量概率正態(tài)分布 之間的聯(lián)系，符合自然界的基本規(guī)律，有效解決因電池單體一致性差異和環(huán)境因素所導(dǎo)致 的動力電池組模型精度低的難題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[000引一種非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)，包括動力電池組、充放電 測試單元、數(shù)據(jù)存儲單元、控制單元和建模單元，其中，所述動力電池組包括了m并n串的動 力電池單體，充放電測試單元對動力電池組中的電池單體進(jìn)行充放電測試，并將測試結(jié)果 存放入數(shù)據(jù)存儲單元;所述控制單元，根據(jù)電池單體的測試參數(shù)提取分布式特征并進(jìn)行概 率統(tǒng)計(jì)，得到電池單體分布式規(guī)律;所述建模單元，根據(jù)電池單體分布式規(guī)律和電池單體模 型，得到電池單體并聯(lián)模型，考慮當(dāng)單體并聯(lián)模塊串聯(lián)時的不一致性，最終建立表征非均一 多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型。
[0009] 所述動力電池組，包括m并n串的動力電池單體，且電池單體材料相同。
[0010] 所述充放電測試單元，包括最大可用容量及內(nèi)阻測試、復(fù)合脈沖充放電測試、HPPC 充放電測試、脈沖充放電、不同倍率充放電測試、DST動態(tài)特性測試、UDDS巧聯(lián)和多段脈沖放 電測試模塊。
[0011] 所述測試參數(shù)具體包括動力電池組的輸出電壓、輸出電流、電池單體端電壓、單體 電流和溫度的基本數(shù)據(jù)W及內(nèi)阻、單體容量、單體S0C、自放電率和庫倫效率的過程數(shù)據(jù)。
[0012] 所述控制單元，根據(jù)測試參數(shù)對電池參數(shù)的分布式特征進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分 析，得到電池參數(shù)的正態(tài)分布規(guī)律和一致性評價體系;得到的電池單體分布式規(guī)律，是指根 據(jù)所述的電池單體模型和所述的電池單體參數(shù)分布式規(guī)律，得到的與電池單體模型有關(guān)參 數(shù)的分布式規(guī)律。
[0013] -種非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)及方法，具體包括：
[0014] (1)針對研究對象動力電池組的具體類別，選取代表性動力電池單體；
[0015] (2)對動力電池單體進(jìn)行充放電測試，采集動力電池組的過程數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)；
[0016] (3)根據(jù)測試得到的數(shù)據(jù)和采用的電池單體模型，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析電池參 數(shù)分布式規(guī)律和一致性評價體系；
[0017] (4)忽略外界影響因素，分析電池模型參數(shù)的分布規(guī)律；
[0018] (5)考慮外界因素的影響，分析電池單體模型參數(shù)的分布規(guī)律對電池組模型參數(shù) 分布規(guī)律的禪合影響關(guān)系，獲得電池參數(shù)一致性統(tǒng)計(jì)規(guī)律；
[0019] (6)考慮電池單體之間的不一致性，建立電池單體并聯(lián)模型，進(jìn)而考慮電池單體并 聯(lián)模塊串聯(lián)時的不一致性問題，基于獲得的電池參數(shù)一致性統(tǒng)計(jì)規(guī)律，建立非均一多個體 混聯(lián)的電池組分布式模型。
[0020] 所述步驟(2)中，依據(jù)頒布的有關(guān)動力電池測試國家標(biāo)準(zhǔn)，對動力電池單體進(jìn)行充 放電測試，包括最大可用容量及內(nèi)阻測試、復(fù)合脈沖充放電測試、HPPC充放電測試、脈沖充 放電、不同倍率充放電測試、DST動態(tài)特性測試、UDDS測試和多段脈沖放電測試，通過電池組 充放電測試，獲取電池測試的基本數(shù)據(jù)，包括電池組的輸出電壓、輸出電流、電池單體端電 壓和溫度，W及內(nèi)阻、單體容量、單體SOC、自放電率和庫倫效率的過程數(shù)據(jù)。
[0021] 所述步驟(3)中，通過脈沖放電實(shí)驗(yàn)，得到電池單體電壓的響應(yīng)曲線，計(jì)算脈沖放 電過程中電池的端電壓，結(jié)合電池單體的測試參數(shù)，分析不同SOC下、電池模型不同參數(shù)的 正態(tài)分布，得到動力電池的參數(shù)分布式規(guī)律和建立電池的一致性評價體系。
[0022] 所述步驟(4)中，根據(jù)電池單體的參數(shù)分布規(guī)律，進(jìn)行確信度檢驗(yàn)，確認(rèn)控制參數(shù) 或策略。
[0023] 所述步驟(5)中，若影響某一隨機(jī)變量的隨機(jī)因素很多，且運(yùn)些因素的影響又可疊 加，但每個因素獨(dú)自的影響都不能起決定性作用，則該隨機(jī)變量服從正態(tài)分布。
[0024] 本發(fā)明的有益效果為：
[0025] (1)本發(fā)明公開了一種非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)及方法， 基于電池單體參數(shù)分布式規(guī)律和一致性評價體系，有效解決了因動力電池組一致性差異和 環(huán)境因素導(dǎo)致的模型誤差等問題，克服了現(xiàn)有電池建模技術(shù)存在的不足，具有較高的實(shí)用 價值；
[0026] (2)與大自然各事物廣泛存在正態(tài)分布運(yùn)一現(xiàn)象類似，動力電池因其特殊的材料 和化學(xué)特性，相同原材料、同批次的單體電池，開路電壓、容量、內(nèi)阻、循環(huán)壽命等性能參數(shù) 也均符合正態(tài)分布并且離散程度有限，本發(fā)明非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型系 統(tǒng)，能更好地描述電池的本質(zhì)特性及其行為，符合自然界普遍現(xiàn)象；
[0027] (3)本發(fā)明建立在電池單體模型的基礎(chǔ)上，從概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的角度，對動力電 池組的參數(shù)分布式特性進(jìn)行建模，但對采用的單體建模方法沒有限制，因而本發(fā)明具有廣 泛的適用性和良好的通用性。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明一種非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)及方法，電池 參數(shù)分布式規(guī)律中電池單體開路電壓正態(tài)分布規(guī)律圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明一種非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)及方法，電池 參數(shù)分布式規(guī)律中電池單體容量正態(tài)分布規(guī)律圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明一種非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)及方法示意 圖。
[0031] 其中，l、m并n串的動力電池單體，2、充放電測試單元，3、數(shù)據(jù)存儲單元，4、電池單 體模型，5、電池單體參數(shù)分布式規(guī)律，6、電池單體模型參數(shù)分布式規(guī)律，7、電池單體并聯(lián)模 型，8、非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型。
【具體實(shí)施方式】：
[0032] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0033] 如圖2所示，本發(fā)明的一種非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型建立系統(tǒng)，包括 動力電池組、充放電測試單元、數(shù)據(jù)存儲單元、控制單元和建模單元，其中，所述動力電池組 包括了 m并n串的動力電池單體，充放電測試單元對動力電池組中的電池單體進(jìn)行充放電測 試，并將測試結(jié)果存放入數(shù)據(jù)存儲單元;所述控制單元，根據(jù)電池單體的測試參數(shù)提取分布 式特征并進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)，得到電池單體分布式規(guī)律;所述建模單元，根據(jù)電池單體分布式規(guī) 律和電池單體模型，得到電池單體并聯(lián)模型，考慮當(dāng)單體并聯(lián)模塊串聯(lián)時的不一致性，最終 建立表征非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型。
[0034] 動力電池組，包括m并n串的動力電池單體，且電池單體材料相同。
[0035] 充放電測試單元，包括最大可用容量及內(nèi)阻測試、復(fù)合脈沖充放電測試、HPPC充放 電測試、脈沖充放電、不同倍率充放電測試、DST動態(tài)特性測試、UDDS測試和多段脈沖放電測 試模塊。
[0036] 測試參數(shù)具體包括動力電池組的輸出電壓、輸出電流、電池單體端電壓、單體電流 和溫度的基本數(shù)據(jù)W及內(nèi)阻、單體容量、單體S0C、自放電率和庫倫效率的過程數(shù)據(jù)。
[0037] 控制單元，根據(jù)測試參數(shù)對電池參數(shù)的分布式特征進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分析，得 到電池參數(shù)的正態(tài)分布規(guī)律和一致性評價體系;得到的電池單體分布式規(guī)律，是指根據(jù)電 池單體模型和所述的電池單體參數(shù)分布式規(guī)律，得到的與電池單體模型有關(guān)參數(shù)的分布式 規(guī)律。
[0038] 電池單體模型，是指電池單體的建模方法，本發(fā)明對采用的單體建模方法沒有限 審IJ，具有廣泛的適用性，包括表現(xiàn)電池內(nèi)部特征的電化學(xué)模型、簡化的電化學(xué)模型、熱模型 等，W及描述電池外部特征的隨機(jī)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、等效電路模型等;本發(fā)明是W電池 單體二階RC等效電路模型為例；
[0039] 電池單體參數(shù)分布式規(guī)律，是根據(jù)所述的電池測試基本數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)，對電池 參數(shù)(包含開路電壓、容量、內(nèi)阻等）的分布式特征進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分析，得到電池參數(shù) 的正態(tài)分布規(guī)律和一致性評價體系；
[0040] 電池單體模型參數(shù)分布式規(guī)律，是指根據(jù)所述的電池單體模型和所述的電池單體 參數(shù)分布式規(guī)律，得到的與電池單體模型有關(guān)參數(shù)的分布式規(guī)律；
[0041] 電池單體并聯(lián)模型，是指基于所述的電池單體模型，并根據(jù)所述的電池單體參數(shù) 分布式規(guī)律，考慮電池單體并聯(lián)的不一致性，得到的電池單體并聯(lián)模型；
[0042] 非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型，是根據(jù)所述的電池單體并聯(lián)模型和所述 的電池單體參數(shù)分布式規(guī)律，考慮當(dāng)單體并聯(lián)模塊串聯(lián)時的不一致性，最終建立的能夠表 征非均一多個體混聯(lián)的電池組分布式模型，能夠有效解決由于電池單體串并聯(lián)和不一致性 差異等導(dǎo)致的電池組模型誤差等問題。
[0043] -種應(yīng)用上述非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型及實(shí)現(xiàn)方法，主要包括 W下步驟：
[0044] 本發(fā)明W-組海特圓柱型26650憐酸鐵裡離子動力電池為例，詳細(xì)說明實(shí)現(xiàn)非均 一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型的過程，并盡可能全面描述了實(shí)際電池的響應(yīng)特性 和內(nèi)部特性。所謂響應(yīng)特性是指電池的端電壓與負(fù)載電流的對應(yīng)關(guān)系；內(nèi)部特性是指電池 的內(nèi)部變量，如開路電壓、容量、內(nèi)阻等參數(shù)與SOC、溫度等的關(guān)系。
[0045] 步驟一:針對研究對象動力電池組的具體類別，如鉛酸動力電池、憐酸鐵裡電池、 =元=元電池等，選取代表性的動力電池單體，本發(fā)明W-組海特圓柱型26650憐酸鐵裡裡 離子動力電池為研究對象；
[0046] 步驟二:根據(jù)2015年國家頒布的《GB/T 31486-2015電動汽車用動力蓄電池電性能 要求及試驗(yàn)方法》、《GB/T 31485-2015電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法》、《GB/T 31484-2015電動汽車用動力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗(yàn)方法》、《GB/T 31467.1-2015電動 汽車用裡離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第1部分:高功率應(yīng)用測試規(guī)程》、《GB/T 31467.2-2015 電動汽車用裡離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第2部分:高能量應(yīng)用測試規(guī)程》、《GB/T 31467.3- 2015電動汽車用裡離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分:安全性要求與測試方法》等動力電池 有關(guān)測試的國家標(biāo)準(zhǔn)，對動力電池單體進(jìn)行充放電測試，充放電測試內(nèi)容和流程，包括最大 可用容量及內(nèi)阻測試、復(fù)合脈沖充放電測試、HPPC充放電測試、脈沖充放電、不同倍率充放 電測試、DST動態(tài)特性測試、UDDS測試、多段脈沖放電測試等;通過電池組充放電測試，獲取 電池測試的基本數(shù)據(jù)，包括電池組的輸出電壓、輸出電流、電池單體端電壓、溫度等；W及內(nèi) 阻、單體容量、單體SOC、自放電率、庫倫效率等過程數(shù)據(jù)；
[0047]步驟根據(jù)步驟二得到的數(shù)據(jù)和采用的電池單體模型，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析 電池參數(shù)分布式規(guī)律和一致性評價體系。
[004引 W電池組開路電壓OCV的分布式規(guī)律和一致性評價為例，海特圓柱型26650憐酸鐵 裡離子動力電池充滿電時，電池 SOC為100%，此時，電池單體統(tǒng)計(jì)的開路電壓正態(tài)分布曲線 如附圖1所示。則此時電池開路電壓正態(tài)分布的頻率密度為：
[0049]
[0050] 式中，y為被測電池組單體開路電壓分布的平均數(shù)，O為被測電池組單體開路電壓 的標(biāo)準(zhǔn)差。在正態(tài)分布中，O用于描述數(shù)據(jù)分布的離散程度，O越大，數(shù)據(jù)分布越分散，O越小， 數(shù)據(jù)分布越集中；O也稱為正態(tài)分布的形狀參數(shù)，O越大，曲線越扁平，反之，O越小，曲線越瘦 局。
[0051] 通過頻率密度正態(tài)分布函數(shù)，可W得到電池參數(shù)的近似的正態(tài)分布曲線。同理，在 不同SOC下，如10%S0C、20%S0C. . .90%S0C等荷電狀態(tài)下，不同參數(shù)正態(tài)分布的y和O都可 W由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計(jì)分析得到；
[0052] 通過分析不同SOC下、不同電池參數(shù)的正態(tài)分布曲線，可W得到動力電池的參數(shù)分 布式規(guī)律，通過對不同SOC下、不同電池參數(shù)分布的離散程度O的大小，可W建立電池的一致 性評價體系。W本發(fā)明的海特26650憐酸鐵裡動力電池為例，從附圖1和附圖2可W看出，統(tǒng) 計(jì)分析同批次電池的開路電壓、容量等參數(shù)的1〇,2〇,3〇分布規(guī)律都較為接近正態(tài)分布的分 布法則。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，用正態(tài)分布函數(shù)進(jìn)行分析，并進(jìn)行確信度檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要 求，進(jìn)行O控制，一般控制在30范圍比較合適
[0053] 步驟四：在已建立的電池參數(shù)分布式規(guī)律和一致性評價體系基礎(chǔ)上，先忽略環(huán)境 等外界因素的影響，分析電池模型參數(shù)的分布式規(guī)律;本發(fā)明對采用的單體建模方法沒有 限制，具有廣泛的適用性。本發(fā)明W電池單體二階RC等效電路模型建模過程為例。，包括電 池電池開路電壓、容量、歐姆內(nèi)阻、電化學(xué)極化電阻、濃差極化電阻、電化學(xué)極化電容、濃差 極化電容等模型參數(shù)。
[0054] W脈沖放電測試為例，可W獲取不同SOC處電池開始放電時的電池端電壓的瞬間 下降值、放電結(jié)束后電池端電壓的瞬間躍升值、放電電流W及電池端電壓的零輸入響應(yīng)等 數(shù)據(jù);通過脈沖放電實(shí)驗(yàn)，得到電池單體電壓的響應(yīng)曲線，則脈沖放電過程中電池的端電壓 可表不為：
[0 化 5]
Cl)
[0化6] 式中，化at為電池端電壓;Rod為歐姆內(nèi)阻;OCVd為放電開路電壓;Uid(0+)和化d(0+) 為電池放電結(jié)束瞬間兩個分?jǐn)?shù)階RC支路的端電壓初值，其值可表述為：
[0057] Uid(0+) = idis ? Rid (2)
[005引 U2d(0+) = idis ? R2d (3)
[0059] 電池放電結(jié)束后，電池的端電壓可表示為：
[0060]
(4)
[00川式中，電池的極化電壓巧,(0+) 和巧,/(0+) 隨著時間的增長而逐漸減小， 當(dāng)時，l/w (0+) ? 6"'?和f/w (0+) ? 6^"心趨于0，此時電池端電壓化3*等于電池的開路電壓 OCV。
[0062] 由于電池歐姆內(nèi)阻的存在，當(dāng)電池放電時，電池端電壓會瞬間跌落，其值記為A Ui;當(dāng)電池停止放電時，電池端電壓會瞬間躍升，其值記為A化。因此，電池的歐姆內(nèi)阻Ro可 由下式得毛I(xiàn)I:
[0063] 巧)
[0064] 巧Id可由下式得到：
[00化] (6)
[0066] 2d可由下式得到：
[0067] (7)
[0068] ?Cid可由下式得到：
[0069] (8)
[0070] 2d可由下式得到：
[0071] 巧）
[0072] 開路電壓OCV與SOC存在非線性關(guān)系，具體關(guān)系式為：
[0073]
ClO》
[0074] 式中，曰日-曰4為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基于最小二乘法辨識得到。
[007引電池歐姆內(nèi)阻Rod與SOC的關(guān)系式為：
[0076] R〇(SOC)=b〇 ? e-wc+bi+b2 ? S0C-b3 ? S0C2+b4 ? SOC] (11)
[0077] 式中，b〇-b4為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基于最小二乘法辨識得到。
[0078] 電化學(xué)極化內(nèi)阻化d與SOC的關(guān)系式為：
[0079] Rid(SOC) = CO ? e_s〇c+ci+C2 ? S0C-C3 ? S0C2+C4 ? SOC] (12)
[0080] 式中，C0-C4為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基于最小二乘法辨識得到。
[0081] 電化學(xué)極化電容Cid與SOC的關(guān)系式為：
[0082] &d(SOC)=d〇.SOc5+di，SOc4+d2.SOc3+d3*SOc2+d4.SOC+d5 (13)
[0083] 式中，do-ds為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基于最小二乘法辨識得到。
[0084] 濃差極化內(nèi)阻R2d與SOC的關(guān)系式為：
[0085] Rsd(SOC) = eo ? e_s〇c+ei+e2 ? S0C-e3 ? S0C2+e4 ? SOC] (14)
[0086] 式中，e〇-e4為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基于最小二乘法辨識得到。
[0087] 濃差極化電容C2d與SOC的關(guān)系式為：
[008引 C2d(SOC)=f0 ? SOC己+fi ? S0C4+f2 ? S0C3+f3 ? S0C2+f4 ? SOC+f己(15)
[0089] 式中，fo-fs為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基于最小二乘法辨識得到。
[0090] 步驟五:在步驟四的基礎(chǔ)上，再考慮外界因素的影響，分析電池單體模型參數(shù)的分 布規(guī)律對電池組模型參數(shù)分布規(guī)律的禪合影響關(guān)系；若影響某一隨機(jī)變量的隨機(jī)因素很 多，且運(yùn)些因素的影響又可疊加，但每個因素獨(dú)自的影響都不能起決定性作用，則該隨機(jī)變 量服從正態(tài)分布；
[0091] 步驟六:根據(jù)W上步驟，由獲得的電池參數(shù)一致性統(tǒng)計(jì)規(guī)律，W及采用的電池單體 建模方法，如電池單體二階RC等效電路模型，考慮電池單體之間的不一致性，首先建立電池 單體并聯(lián)模型；在電池單體并聯(lián)模型基礎(chǔ)上，考慮電池單體并聯(lián)模塊串聯(lián)時的不一致性問 題，基于獲得的電池參數(shù)一致性統(tǒng)計(jì)規(guī)律，建立非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模 型；
[0092] 其中，電池單體并聯(lián)模型，由于并聯(lián)時單體兩端電壓大小一樣，但由于電池單體間 的差異，流過每個并聯(lián)單體的電流并不一樣，因此電池單體之間的不一致性，主要是指建立 單體并聯(lián)模型時，并不是采用傳統(tǒng)的一個單體模型代替，而是依據(jù)步驟五中得到的電池模 型參數(shù)分布式規(guī)律而得到的模型，W模型中的電池歐姆內(nèi)阻為例，當(dāng)不考慮電池單體之間 的一致性問題時，模型中歐姆內(nèi)阻大小采用的是電池單體并聯(lián)之后的平均歐姆內(nèi)阻，而當(dāng) 考慮電池單體之間的一致性問題，歐姆內(nèi)阻大小是依據(jù)獲得歐姆內(nèi)阻參數(shù)分布式規(guī)律，而 得到的m個歐姆內(nèi)阻值的并聯(lián)之后的大小。
[0093] 同理，由單體并聯(lián)模型再串聯(lián)建立模型時，不考慮和考慮電池單體之間的不一致 性實(shí)現(xiàn)過程與上面類似，很明顯，考慮考慮電池單體之間的不一致性時，是在步驟五的基礎(chǔ) 下實(shí)現(xiàn)的，因此由測試數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)分析得到電池參數(shù)分布式規(guī)律，進(jìn)而根據(jù)電池單體 模型，得到電池模型參數(shù)的分布式規(guī)律尤為重要。
[0094] 步驟屯:在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步綜合考慮環(huán)境等因素，分析動力電池單體模型參數(shù) 差異與外界因素之間的禪合影響，建立合理可信的、能夠表征動力電池組串并聯(lián)和單體不 一致性的分布式模型，有效解決動力電池組一致性差異和環(huán)境因素所導(dǎo)致的模型誤差問 題。
[0095] 上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍W內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型建立系統(tǒng)，其特征是:包括動力電 池組、充放電測試單元、數(shù)據(jù)存儲單元、控制單元和建模單元，其中： 所述動力電池組包括了 m并η串的動力電池單體，充放電測試單元對動力電池組中的電 池單體進(jìn)行充放電測試，并將測試結(jié)果存放入數(shù)據(jù)存儲單元； 所述控制單元，根據(jù)電池單體的測試參數(shù)提取分布式特征并進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)，得到電池 單體分布式規(guī)律； 所述建模單元，根據(jù)電池單體分布式規(guī)律和電池單體模型，得到電池單體并聯(lián)模型，考 慮當(dāng)單體并聯(lián)模塊串聯(lián)時的不一致性，最終建立表征非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布 式模型。2. 如權(quán)利要求1所述的一種非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型建立系統(tǒng)，其 特征是:所述動力電池組，包括m并η串的動力電池單體，且電池單體材料相同。3. 如權(quán)利要求1所述的一種非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型建立系統(tǒng)，其 特征是:所述充放電測試單元，包括最大可用容量及內(nèi)阻測試、復(fù)合脈沖充放電測試、HPPC 充放電測試、脈沖充放電、不同倍率充放電測試、DST動態(tài)特性測試、UDDS測試和多段脈沖放 電測試模塊。4. 如權(quán)利要求1所述的一種非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型建立系統(tǒng)，其 特征是:所述測試參數(shù)具體包括動力電池組的輸出電壓、輸出電流、電池單體端電壓、單體 電流和溫度的基本數(shù)據(jù)以及內(nèi)阻、單體容量、單體SOC、自放電率和庫倫效率的過程數(shù)據(jù)。5. 如權(quán)利要求1所述的一種非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型建立系統(tǒng)，其 特征是:所述控制單元，根據(jù)測試參數(shù)對電池參數(shù)的分布式特征進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分析， 得到電池參數(shù)的正態(tài)分布規(guī)律和一致性評價體系，得到的電池單體分布式規(guī)律，是指根據(jù) 所述的電池單體模型和所述的電池單體參數(shù)分布式規(guī)律，得到的與電池單體模型有關(guān)參數(shù) 的分布式規(guī)律。6. -種非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型的建模方法，其特征是:具體包括： (1) 針對研究對象動力電池組的具體類別，選取代表性動力電池單體； (2) 對動力電池單體進(jìn)行充放電測試，采集動力電池組的過程數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)； (3) 根據(jù)測試得到的數(shù)據(jù)和采用的電池單體模型，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析電池參數(shù)分 布式規(guī)律和一致性評價體系； (4) 忽略外界影響因素，分析電池模型參數(shù)的分布規(guī)律； (5) 考慮外界因素的影響，分析電池單體模型參數(shù)的分布規(guī)律對電池組模型參數(shù)分布 規(guī)律的耦合影響關(guān)系，獲得電池參數(shù)一致性統(tǒng)計(jì)規(guī)律； (6) 考慮電池單體之間的不一致性，建立電池單體并聯(lián)模型，進(jìn)而考慮電池單體并聯(lián)模 塊串聯(lián)時的不一致性問題，基于獲得的電池參數(shù)一致性統(tǒng)計(jì)規(guī)律，建立非均一多個體混聯(lián) 的動力電池組分布式模型。7. 如權(quán)利要求6所述的一種非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型的建模方法， 其特征是:所述步驟(2)中，對動力電池單體進(jìn)行充放電測試，包括最大可用容量及內(nèi)阻測 試、復(fù)合脈沖充放電測試、HPPC充放電測試、脈沖充放電、不同倍率充放電測試、DST動態(tài)特 性測試、UDDS測試和多段脈沖放電測試，通過電池組充放電測試，獲取電池測試的基本數(shù) 據(jù)，包括電池組的輸出電壓、輸出電流、電池單體端電壓和溫度，以及內(nèi)阻、單體容量、單體 SOC、自放電率和庫倫效率的過程數(shù)據(jù)。8. 如權(quán)利要求6所述的一種非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型的建模方法， 其特征是:所述步驟(3)中，通過脈沖放電實(shí)驗(yàn)，得到電池單體電壓的響應(yīng)曲線，計(jì)算脈沖放 電過程中電池的端電壓，結(jié)合電池單體的測試參數(shù)，分析不同S0C下、電池模型不同參數(shù)的 正態(tài)分布，得到動力電池的參數(shù)分布式規(guī)律和建立電池的一致性評價體系。9. 如權(quán)利要求6所述的一種非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型的建模方法， 其特征是:所述步驟(4)中，根據(jù)電池單體的參數(shù)分布規(guī)律，進(jìn)行確信度檢驗(yàn)，確認(rèn)控制參數(shù) 或策略。10. 如權(quán)利要求6所述的一種非均一多個體混聯(lián)的動力電池組分布式模型的建模方法， 其特征是:所述步驟(5)中，若影響某一隨機(jī)變量的隨機(jī)因素很多，且這些因素的影響又可 疊加，但每個因素獨(dú)自的影響都不能起決定性作用，則該隨機(jī)變量服從正態(tài)分布。
【文檔編號】G06F17/50GK106021738SQ201610347929
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】張承慧, 張奇, 商云龍, 段彬, 李澤元, 周忠凱
【申請人】山東大學(xué)