[发明专利]一种实现锂离子电池等效温度在线估计的方法

说明书

本发明公开一种实现锂离子电池等效温度在线估计的方法，包括：根据电池不同真实温度下电化学阻抗谱分析，建立锂离子电池电荷转移电阻R_{ct_0}与电池真实温度T_r关系模型；在实际工况条件下，引入SOC修正系数f_s和电流倍率修正系数f_i，分别用于修正SOC和电流倍率对电荷转移电阻的影响，建立适用于工况下的电荷转移电阻R_ct与电池温度T关系模型；再将该模型代入电池等效电路模型，以电池温度T作为状态变量，利用扩展卡尔曼滤波算法估算得到电池温度T，以此作为电池工况下的等效温度，实现电池等效温度的在线估计。

技术领域

本发明涉及锂离子电池充放电技术领域，具体而言，涉及一种实现锂离子电池等效温度在线估计的方法。

背景技术

锂离子电池因其工作电压高、使用寿命长、能量密度高、充放电倍率大、自放电电流小、无污染等诸多优点，已成为电动汽车、电动船舶和大型调频调峰储能电站等动力电池应用的首选。但温度极大地影响着锂离子电池的性能和安全，尤其在低温条件下，锂离子电池的阻抗、开路电压、SOC等参数受温度影响特别敏感。目前，锂离子电池的温度通常以其外壳表面或极柱的温度来表示，在充放电过程中，由于电池内阻和电化学反应等的产热，电池由内到外会呈现出一定的温度梯度分布，电池表面或极柱的温度不能代表电池的真实温度。在低温环境下，差异会变得更加明显，这将严重影响锂离子电池状态估算的正确性，导致锂离子电池性能的正常发挥，甚至影响锂离子电池的安全运行。

发明内容

鉴于现有锂离子电池温度的估计方法存在的上述困难，本发明提出了一种实现锂离子电池等效温度在线估计的方法，即以在线辨识所得的锂离子电池电荷转移电阻R_ct所对应的温度作为当前锂离子电池的等效温度，以此作为估算锂离子电池状态的温度值。

本发明所采用的具体技术方案为：一种实现锂离子电池等效温度在线估计的方法，该方法包括以下步骤：

1)根据电池不同真实温度下电化学阻抗谱分析，建立锂离子电池电荷转移电阻R_{ct_0}与电池真实温度T_r关系模型，记为R_{ct_0}＝f(T_r)；

2)考虑到锂离子电池电荷转移电阻R_{ct_0}与电池真实温度T_r关系模型是基于电化学阻抗谱分析方法，测试分析过程中，电池的剩余容量(SOC)基本不变，且测试电流较小；在实际工况下，电荷转移电阻R_ct会随SOC和充放电电流变化而改变；因此，在实际工况条件下，对R_{ct_0}＝f(T_r)进行修正，引入SOC修正系数f_s和电流倍率修正系数f_i，分别用于修正SOC和电流倍率对电荷转移电阻的影响，建立适用于工况下的电荷转移电阻R_ct与电池温度T关系模型，记为R_ct＝f_s*f_i*f(T)；

3)将电池等效电路模型中的电荷转移电阻用R_ct＝f_s*f_i*f(T)替代，以电池温度T作为状态变量，利用扩展卡尔曼滤波算法估算得到电池温度T，以此作为电池工况下的等效温度，实现电池等效温度的在线估计。

进一步地，步骤1)中，对锂离子电池不同真实温度下的电化学阻抗谱分析前，电池需在测试温度下搁置足够时间，测试温度可视为电池真实温度。

进一步地，步骤1)中，通过对锂离子电池不同真实温度下的电化学阻抗谱分析，得到电荷转移电阻R_{ct_0}在不同电池真实温度的值，再利用阿伦尼乌斯方程对其拟合，得到R_{ct_0}与电池真实温度T_r关系模型的表达式：