一种锂离子电池等效电路模型的建立方法

1.本发明涉及一种锂离子电池等效电路模型的建立方法，属于锂离子电池控制仿真技术领域。


背景技术：

2.锂离子电池等效电路模型作为模拟仿真锂离子电池的重要工具，目前建立锂离子电池等效电路模型主要有几种方法。
3.(1)rint模型，rint模型也叫做内阻等效模型，该模型将电池想象成一个理想的电压源串联一个电阻，此模型很简单，但是此模型没考虑瞬态效的效果，只考虑正常使用过程中的特性。
4.(2)thevenin模型，thevenin模型是在rint模型的基础上增加了一个rc并联回路，故又被称为一阶rc模型，re为电池等效电阻，此时rs和cs组成的回路就能够模拟动态过程，此模型考虑的是开路的电压u
oc
和电池soc之间的关系，尽管可以预测在一定soc下电池负载的瞬态响应，但是该模型没有考虑过充和自放电以及因为电流累计导致的开路电压会产生变化。
5.(3)pngv模型，此模型依据的是thevenin模型，但是在thevenin模型上进行了改进，增加了一个环节，该环节是由串联的电容器组成，该环节反映的是当前的变化对端电压以及开路电压的影响。
6.(4)dp模型，在thevenin模型中增加rc并联电路，浓度极化和电化学极化分别用两个rc并联电路区模拟，所以这种模型叫做dp(双极化)模型。
7.

技术实现要素：
本发明的目的是在于提供一种仅需提供电池的端电压与充放电电流，而无需增加其他辅助硬件的锂离子电池等效电路模型的建立方法，已解决以上各方法存在的诸多不足。
8.本发明所述的锂离子电池等效电路模型的建立方法是按照以下步骤实现的：
9.步骤一，根据2rc-pngv等效电路模型的电路结构建立离散的电池状态空间模型，其中，u
l
表示电池的外部端电压，i表示电池的充放电电流(i＞0表示放电，i＜0表示充电)，且u
l
和i为已知量，u
oc
表示电池模型内部的开路电压，同时串联在回路中的的还有电池的内阻(ro或ri，由电流的方向进行选择)、以及r1、c1构成的并联模块表示电池的极化效应，r2、c2构成的并联模块表示电化学极化效应，cb、ra构成的回路用来模拟电池自放电过程。
10.步骤二，根据搭建好的等效电路模型，依据基尔霍夫定律，列出电路关系式
[0011][0012]
步骤三，根据上述电路关系式，将关系式及逆行拉氏变换，推导出传递函数
[0013][0014]
步骤四，根据上述传递函数，再利用双线性变换对传递函数进行离散化得其中，
[0015]
步骤五，将离散化模型转化为参数辨识标准模型，令在测量过程中，会伴随随机误差，则上式转为：y(k)＝h(k)θ+v(k)，即ym＝hmθ+vm。
[0016]
步骤六，根据电池电压在充放电结束阶段的电压突变，根据得出充放电内
阻。
[0017]
步骤七，利用最小二乘法在线辨识各参数，最小二乘法的思想就是寻找一个θ的估计值使得各次测量的误差值的平方和最小，即使得各次测量的误差值的平方和最小，即如果hm的行数大于等于列数，则满秩，也即则的逆存在，则θ的最小二乘估计为
[0018]
步骤八、根据参数关系式求得模型的参数，
附图说明
[0019]
图1为本发明方法所使用的等效电路模型，图2为本发明所涉及的最小二乘参数辨识法工作原理图，图3为锂离子电池的hppc工况循环实验，图3中横坐标表示时间，单位是秒(s)，纵坐标表示电流，单位是安培(a)，图4为在图3工况下，锂离子电池的电压实际结果与仿真结果的对比，图4横坐标表示时间，单位是秒(s)，纵坐标表示电压，单位是伏特(v)，图中虚线表示利用本发明得到的锂离子电池电压值，实线表示实际锂离子电池电压值。
具体实施方式
[0020]
如图1-2所示，本实施方式所述的一种锂离子电池等效电路模型的建立方法是按照以下步骤实现的。
[0021]
步骤一，根据2rc-pngv等效电路模型的电路结构建立离散的电池状态空间模型，其中，u
l
表示电池的外部端电压，i表示电池的充放电电流(i＞0表示放电，i＜0表示充电)，且u
l
和i为已知量，u
oc
表示电池模型内部的开路电压，同时串联在回路中的的还有电池的内阻(ro或ri，由电流的方向进行选择)、以及r1、c1构成的并联模块表示电池的极化效应，r2、c2构成的并联模块表示电化学极化效应，cb、ra构成的回路用来模拟电池自放电过程。
[0022]
步骤二，根据搭建好的等效电路模型，依据基尔霍夫定律，列出电路关系式
[0023]
步骤三，根据上述电路关系式，将关系式及逆行拉氏变换，推导出传递函数
[0024]
步骤四，根据上述传递函数，再利用双线性变换对传递函数进行离散化得
[0025][0026]
其中，
[0027]
步骤五，将离散化模型转化为参数辨识标准模型，令在测量过程中，会伴随随机误差，则上式转为：y(k)＝h(k)θ+v(k)，即ym＝hmθ+vm。
[0028]
步骤六，根据电池电压在充放电结束阶段的电压突变，根据得出充放电内
阻。
[0029]
步骤七，利用最小二乘法在线辨识各参数，最小二乘法的思想就是寻找一个θ的估计值使得各次测量的误差值的平方和最小，即使得各次测量的误差值的平方和最小，即如果hm的行数大于等于列数，则满秩，也即则的逆存在，则θ的最小二乘估计为步骤八、根据参数关系式求得模型的参数


技术特征：
1.一种锂离子电池等效电路模型的建立方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一、根据2rc-pngv等效电路模型的电路结构建立离散的电池状态空间模型；其中，表示电池的外部端电压，表示电池的充放电电流（表示放电，表示充电），且和为已知量；表示电池模型内部的开路电压，同时串联在回路中的的还有电池的内阻（或，由电流的方向进行选择）、以及构成的并联模块表示电池的极化效应，构成的并联模块表示电化学极化效应，构成的回路用来模拟电池自放电过程步骤二、根据搭建好的等效电路模型，依据基尔霍夫定律，列出电路关系式：步骤三、根据上述电路关系式，将关系式及逆行拉氏变换，推导出传递函数步骤四、根据上述传递函数，再利用双线性变换对传递函数进行离散化得其中步骤五、将离散化模型转化为参数辨识标准模型
令，，，在测量过程中，会伴随随机误差，则上式转为：，即步骤六、根据电池电压在充放电结束阶段的电压突变，根据得出充放电内阻步骤七、利用最小二乘法在线辨识各参数最小二乘法的思想就是寻找一个的估计值，使得各次测量的误差值的平方和最小，即：即：如果的行数大于等于列数，则满秩，也即，则的逆存在，则的最小二乘估计为最小二乘法虽然不能满足测量方程中每一个方程，使得每个方程都有偏差，但它使得所有方程偏差的平方和达到最小，兼顾了所有方程的近似程度，使得整体误差达到最小，对于抑制测量误差是有益处的步骤八、根据参数关系式求得模型的参数步骤八、根据参数关系式求得模型的参数。

技术总结
一种锂离子电池等效电路模型的建立方法，属于锂离子电池控制仿真技术领域。本发明的目的是提供一种仅需电池的端电压与充放电电流，而无需增加其他辅助硬件的锂离子电池等效电路模型的建立方法。本发明在PNGV等效电路模型的基础上，增加了一组RC环节以及正反向电流控制环节，改进得到的2RC-PNGV等效电路模型，利用最小二乘参数辨识法，构建辨识过程需要的方程，将电池的开路电压、充放电内阻、电池极化电容、电池极化电阻、电化学极化电容、电化学极化电阻作为辨识参数，将实验得到电压、电流、SOC、采样时间作为已知量，通过递推最小二乘参数辨识法，进而得到该模型的各项参数。与现有的锂离子电池等效电路模型建立方法相比，本方法具有精度更高、稳定性好、仿真效果更佳的优点。仿真效果更佳的优点。仿真效果更佳的优点。


技术研发人员：殷玉恒 卢宏伟
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/22