[发明专利]基于Simscape电池组模型验证电池充放电控制策略的方法

说明书

本发明属于新能源电动汽车电池管理系统应用技术领域，特别涉及一种基于Simscape电池组模型验证电池充放电控制策略的方法，该方法以不同SOC、温度、充放电倍率以及循环寿命SOH四维状态下的二阶RC等效电路电池组模型为基础，结合单体电池与空气的热对流模型、单体电池之间的热传导模型、SOH估算模型、安时积分和充放电末端修正的SOC估算模型，模拟电池在实际使用过程中的运行情况，验证充放电控制策略中充放电倍率区间划分是否合理、倍率数值设置是否适当，实现在模拟环境下验证充放电控制策略的目的，进而缩短了实验室搭建测试平台验证的时间，提高工作效率。

技术领域

本发明专利属于新能源电动汽车电池管理系统应用技术领域，具体涉及一种基于Simscape电池组模型验证电池充放电控制策略的方法。

背景技术

近年来，随着传统燃油汽车快速增加带来的一系列能源和环境问题，迫使各国再次审视汽车产业未来的发展趋势。目前，一些国家已经明确宣布将全面禁售燃油车：英国2040年起禁售汽油和柴油汽车；法国2040年全面禁售燃油车，计划于2050年实现碳中和；德国2030年后禁售传统内燃机汽车，只允许零排放汽车上路；挪威2025年禁售燃油车；荷兰2025年禁售燃油车；印度2030年全面禁售燃油车，到2032年全面实现车辆电动化。禁售燃油车的禁令，使得新能源汽车再次成为汽车行业的关注焦点，纯电动汽车将提前迈入纯市场化的新台阶。

动力电池是电动汽车能源供给装置，其性能的优劣直接决定着新能源汽车的发展前景，因此需要专门的动力电池管理系统对电池组进行实时检测，估算电池的剩余容量(SOC)，对其进行充放电控制管理，防止电池过充、过放，提高动力电池的使用效率、可靠性，延长电池的使用寿命。目前，对动力电池充放电管理验证，多采用利用实物电池搭建测试平台，人工设置测试工步的方法，不仅耗时耗力，而且测试周期长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本发明提供了一种基于Simscape电池组模型验证电池充放电控制策略的方法，实现在模拟环境下验证电池充放电控制策略的目的，进而缩短了实验室利用实物电池搭建测试平台验证的时间，提高工作效率，缩短测试周期。等效电池模型的阶数越高，越能真实的反应电池的动态特性，电流突变时对SOC估算产生的影响越小，但考虑到阶数越高，数据处理难度成正比增加，所以本发明选择二阶等效电路模型进行建模。

为了实现上述发明专利的目的，本发明采用以下技术方案：

1)对电池HPPC测试数据进行电动势Em、内阻R0、极化内阻R1和R2、极化电容C1和C2的参数辨识，得到参数在不同SOC(0～100％，每次变化量5％)、温度、充放电倍率及循环寿命SOH(100％～80％)下的四维矩阵表。HPPC(Hybrid Pulse Power Characteristic的缩写)混合动力脉冲能力特性是用来体现动力电池脉冲充放电性能的一种特征。电池荷电状态即State of charge，缩写：SOC；也可以称为电池剩余容量。循环寿命SOH是State ofHealth的缩写，也称为寿命状态。

2)利用Simscape语言和组件间的物理特性创建四维矩阵下单体电池的电动势Em、内阻R、极化电容C模型库。该模型库跟参数SOC、温度、充放电倍率及SOH有关。

3)依据热力模型，建立电池温度模型，其中包括三部分：电池内部的能量消耗、电池与空气的热对流模型和电池与电池之间的热传导模型。电池组中单体电池的温升计算公式如下：

式中，C为电池比热容；m为单体电池的质量；为电池的温度变化率；Q₀为电池内阻产生的热流量；Q_v、Q_d分别为热对流和热传导传递出去的热流量。

欧姆内阻R₀、极化内阻R₁和R₂产生电池内部的热流量，计算公式如下：