[发明专利]一种预测锂电池组可输出能量的方法

权利要求书

1.一种预测锂电池组可输出能量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选取与待测锂电池组中单体型号相同的电池单体，分别开展脉冲放电实验，获取内阻-SOC变化曲线、内阻-温度变化曲线、开路电压-SOC变化曲线以及开路电压-温度曲线；

步骤2：将内阻-SOC变化曲线、内阻-温度变化曲线结合起来，得到内阻随温度和SOC变化的二元函数；具体方法为：

2.1)对内阻-温度变化曲线拟合，得到内阻随温度的变化函数F(T)；然后用F(T)除以标准状态下的电池单体内阻R，得到函数F(T)的系数f(T)；

2.2)对内阻-SOC变化曲线拟合，得到内阻随SOC的变化函数G(SOC)；然后用G(SOC)除以标准状态下的电池单体内阻R，得到函数G(SOC)的系数g(SOC)；

2.3)内阻随温度和SOC变化的二元函数为R*f(T)*g(SOC)，根据该二元函数R*f(T)*g(SOC)可以得到任意温度T、任意荷电状态SOC下的电池内阻；

步骤3：将开路电压-SOC变化曲线、开路电压-温度变化曲线结合起来，得到开路电压随温度和SOC变化的二元函数，具体方法为：

3.1)对开路电压-温度变化曲线拟合，得到开路电压随温度的变化函数M(T)；然后用M(T)除以标准状态下的电池单体的开路电压U，得到函数M(T)的系数m(T)；

3.2)对开路电压-SOC变化曲线拟合，得到开路电压随SOC的变化函数N(SOC)；然后用N(SOC)除以标准状态下的电池单体开路电压U，得到函数N(SOC)的系数n(SOC)；

3.3)开路电压随温度和SOC变化的二元函数为U*m(T)*n(SOC)，根据该二元函数U*m(T)*n(SOC)可以得到任意温度T、任意荷电状态SOC下的开路电压；

步骤4：获取放电时长Δt内的ΔSOC随温度的变化函数；

步骤5：函数导入

将内阻随温度和SOC变化的二元函数、开路电压随温度和SOC变化的二元函数，以及放电时长Δt内SOC随温度的变化函数导入matlab中；

步骤6：模型构建和初始参数设置

构建待预测电池组的等效电路模型，导入matlab软件中，然后设置好电池组中每个电池单体的初始参数，包括初始内阻R0、初始SOC0，初始温度T0、初始内热源φ0以及初始开路电压U0；

步骤7：计算第1个放电时刻各电池单体的工作电压U′1并判定：

7.1)根据每个电池单体的初始温度T0，结合每个电池单体的初始内热源φ0、电池单体的比热容Cp、电池模组的换热系数h以及换热面积S，电池密度ρ，电池体积V，计算每个电池单体在第1个放电时刻的温度T1；

其中，比热容Cp为已知量，电池单体出厂比热容便确定了，为定值；换热系数h由电池模组的三维结构、材料确定，通过matlab软件可以得到；Δt1为第1个放电时刻到初始时刻的时间间隔；

7.2)将每个电池单体的初始温度T0，分别代入二元函数ΔSOC＝q(T)*I*Δt中，计算得到每个电池单体从初始时刻至第1个放电时刻的SOC变化量ΔSOC0，进一步得到每个电池单体在第1个放电时刻的SOC1＝SOC0-ΔSOC0；

7.3)利用matlab软件求取各电池单体在第1个放电时刻的体平均温度这里电池单体的体平均温度指的是温度关于电池单体的体积求积分再除以电池单体的体积；

7.4)将步骤7.1)得到的第1个放电时刻的各电池单体的体平均温度和步骤7.2)得到的荷电状态SOC1代入内阻随温度和SOC变化的二元函数R*f(T)*g(SOC)，获取第1个放电时刻每个电池单体的内阻R1；

7.5)步骤7.1)得到的第1个放电时刻的各电池单体的体平均温度和步骤7.2)得到的荷电状态SOC1代入开路电压随温度和SOC变化的二元函数U*m(T)*n(SOC)，获取第1个放电时刻每个电池单体的开路电压U1；

7.6)利用步骤7.4)得到的内阻R1和步骤7.5)得到的开路电压U1，基于步骤6构建的等效电路模型，计算第1个放电时刻每个电池单体的电流I1；

7.7)利用步骤7.4)得到的内阻R1和步骤7.6)得到的电流I1，计算每个电池单体在第1个放电时刻的内热源φ1；

7.8)根据电流I1和开路电压U1，计算第1个放电时刻每个电池单体的工作电压U′1；

7.9)判定各电池单体的工作电压U′1是否达到设定的截止电压，若某一个电池单体的工作电压U′1达到截止电压，则停止迭代计算，进入步骤10；若所有电池单体的工作电压U′1均未达到截止电压，则进入步骤8；

步骤8：计算第2个放电时刻各电池单体的工作电压U′2并判定；

8.1)根据第1个放电时刻的电池单体温度T1，结合每个电池单体在第1个放电时刻的内热源φ1、电池单体的比热容Cp、电池模组的换热系数h以及换热面积S，电池密度ρ，电池体积V，计算每个电池单体在第2个放电时刻的温度T2；

其中，比热容Cp为已知量，电池单体出厂比热容便确定了，为定值；换热系数h由电池模组的三维结构、材料确定，通过matlab软件可以得到；Δt2为第2个放电时刻到第1个放电时刻的时间间隔；

8.2)将步骤7.3)得到的每个电池单体在第1个放电时刻的体平均温度分别代入二元函数ΔSOC＝q(T)*I*Δt中，计算得到每个电池单体在第2个放电时刻至第1时刻的SOC变化量ΔSOC1，进而得到每个电池单体在第2个放电时刻的SOC2＝SOC1-ΔSOC1；

8.3)利用matlab软件求取各电池单体在第2个放电时刻的体平均温度；

8.4)将第2个放电时刻的体平均温度和荷电状态SOC2代入内阻随温度和SOC变化的二元函数R*f(T)*g(SOC)，获取第2个放电时刻每个电池单体的内阻R2；

8.5)将第2个放电时刻的体平均温度和荷电状态SOC2代入开路电压随温度和SOC变化的二元函数U*m(T)*n(SOC)，获取第2个放电时刻每个电池单体的开路电压U2；

8.6)步骤8.4)得到的内阻R2和步骤8.5)得到的开路电压U2，基于步骤6构建的等效电路模型，计算第2个放电时刻每个电池单体的电流I2；

8.7)步骤8.4)得到的内阻R2和步骤8.6)得到的电流I2，计算每个电池单体在第2个放电时刻的内热源φ2；

8.8)根据电流I2和开路电压U2，计算第2个放电时刻每个电池单体的工作电压U′2；

8.9)判定各电池单体的工作电压U′2是否达到设定的截止电压，若某一个电池单体的工作电压U′2达到截止电压，则停止迭代计算，进入步骤10；若所有电池单体的工作电压U′2均未达到截止电压，则进入步骤9；依次类推；

步骤9：基于第t-1个放电时刻的电池参数，计算第t个放电时刻各电池单体的电池参数，包括电流It、内热源φt、体平均温度开路电压Ut、内阻Rt、荷电状态SOCt和工作电压U′t；判定各电池单体的工作电压U′t是否达到设定的截止电压，若达到截止电压，则停止迭代计算，进入步骤10；若所有电池单体的工作电压U′t均未达到截止电压，则计算t+1时刻的电池参数；

t分别取3，4，…，n；n由电池单体最大容量决定；

步骤10：根据能量方程分别计算从初始时刻到当前放电时刻，每个电池单体的累计输出能量；

步骤11：选取另外m组型号相同、但各电池单体初始内阻、初始SOC、初始温度和初始开路电压不同的待测锂电池组，按照步骤1-10的方法，分别得到该m组待测锂电池组从初始时刻到工作电压达到截止电压的时刻，每个电池单体的累计输出能量；m大于等于1000；

步骤12：根据前述m+1组待测锂电池组从初始时刻到工作电压达到截止电压的时刻，每个电池单体的累计输出能量与其初始内阻、初始SOC、初始温度和初始开路电压的对应关系，得到累计输出能量与初始内阻、初始SOC、初始温度和初始开路电压的对应关系数据库；

步骤13：将步骤12得到的对应关系数据库导入matlab中，利用机器学习建立预测模型；

步骤14：将待测锂电池组的中各电池单体的初始内阻、初始SOC、初始温度、以及初始开路电压，输入到预测模型中，得到从初始时刻到工作电压达到截止电压的时刻，每个电池单体的累计输出能量。