[发明专利]一种锂离子电池组等效模型构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池组等效模型构建方法，该方法针对航空锂离子电池组特殊工况和工作状态描述目标，综合考虑表征准确度和计算复杂度，结合经验方程模型和二阶等效电路模型，使用电路等效方式，提出并构建了一种针对性电池等效模型（S-ECM，Special - Equivalent Circuit Model），通过对电池不同效应的模拟，实现了航空锂离子电池组的特殊工况和工作过程的准确数学表达；等效模型S-ECM在一阶RC等效基础上，增加并联电阻以表征自放电效应；等效模型S-ECM在PNGV等效基础上，引入串有反向二极管的电阻并联回路以表征充放电内阻差异；等效模型S-ECM在Thevenin等效基础上，在电动势两端增添并联电容以表征表面效应，全面准确地表征锂离子电池组的工作过程；该方法在充分考虑锂离子电池成组工作基础上，结合S-ECM模型构建，融入状态空间方程数学描述，利用工作特性实验分析，实现状态参数辨识，实现对锂离子电池组的有效状态空间数学描述；该方法是一种基于现代控制理论的锂离子电池组工作状态描述方法，属于新能源测控领域。

背景技术

在锂离子、铅酸、镉镍和其他类型的电池中，锂离子电池由于具有高能量密度等优势，已成为当前的大功率电池组供能应用方向；根据正极材料的结构和组成成分，锂离子电池可以分为多种类型；钴酸锂材料的锂离子电池组，由于具有高能量密度和稳定性优势，在与能源领域得到探索性应用。

由于单体电压和容量的限制，锂离子电池需要串并联成组使用，单体间在生产制造和使用过程中不可避免的造成性能上的差异使其在实际应用过程中存在安全隐患，失衡状态下的工作不仅导致电池组寿命降低而且引发安全问题；如电动汽车锂离子电池组局部过热导致自燃、航空辅助供能锂离子电池组模块热失衡导致冒烟起火等安全事故；通过材料、工艺及现有均衡调节无法彻底解决该问题；随着锂离子电池组应用的日益普及，单体间不平衡所导致的安全事故对社会安全和国家政治经济有极大威胁，已然成为威胁国家能源安全的重大隐患；能源安全是国家安全和社会稳定的基石，我国公共安全面临严峻挑战，对科技提出重大战略需求，构建锂离子电池组等效模型以描述其工作状态成为重要解决途径之一。

针对航空锂离子电池组工作过程模拟与表达目标，目前所使用的等效模型构建思路，主要有经验方程模型和等效电路模型；通过对模拟表达方法进行研究，结合经验方程模型和不同拟合模拟结构的等效电路模型分析，探索并提出了准确表征航空锂离子电池组内部状态的S-ECM等效模型。

发明内容

本发明的目的是克服现有锂离子电池组等效模型构建方法的不足，提供一种锂离子电池组等效模型构建方法，解决锂离子电池成组应用的工作状态准确描述问题。

本发明主要通过构建锂离子电池组S-ECM等效模型准确描述工作状态；通过对电池不同效应的模拟，实现了锂离子电池组的工作过程的准确数学表达；该方法在一阶RC等效基础上，增加并联电阻以表征自放电效应，引入串有反向二极管的电阻并联回路以表征充放电内阻差异，增添并联电容以表征表面效应，全面准确地表征锂离子电池组的工作过程；该方法在充分考虑锂离子电池成组工作基础上，结合S-ECM模型构建，融入状态空间方程数学描述，利用工作特性实验分析进行状态参数辨识，实现对工作状态的有效描述。

本发明是基于锂离子电池组工作特性分析和等效电路模拟方法研究相结合方式，实现的锂离子电池组等效模型构建方法，具有较强的环境适用性；针对锂离子电池组工作特征，本发明进行针对性S-ECM等效模型构建，实现锂离子电池组工作状态的准确描述；本发明等效模型S-ECM在一阶RC等效基础上，增加并联电阻以表征自放电效应；在PNGV等效基础上，引入串有反向二极管的电阻并联回路以表征充放电内阻差异；在Thevenin等效基础上，在电动势两端增添并联电容以表征表面效应，全面准确地表征锂离子电池组的工作过程；在充分考虑锂离子电池成组工作基础上，结合S-ECM模型构建，融入状态空间方程数学描述，利用工作特性实验分析进行状态参数辨识，实现对工作状态的有效描述；本发明可对锂离子电池组工作状态进行准确描述，具有计算简洁、适应性好和精度高的优点。

附图说明

图1 是本发明锂离子电池组S-ECM等效模型结构图；

图2 是本发明的锂离子电池内部工作过程示意图；

图3 是本发明的锂离子电池级联成组结构示意图；

具体实施方式