[发明专利]基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法、装置及介质

说明书

本申请提供基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法、装置及介质，所述方法包括：构建锂电池的伪二维模型；基于所述伪二维模型，根据设定的定容仿真工况对锂电池进行仿真计算模拟，获取电压及电流随时间的变化曲线以及锂电池内部的实时锂离子浓度分布；基于电压及电流随时间的变化曲线求取锂电池容量以及锂电池实时SOC；拟合所述实时锂离子浓度分布和锂电池实时SOC的映射关系；在任意工况下，基于锂电池的伪二维模型仿真求解锂离子浓度分布信息，将锂离子浓度分布信息输入至所述映射关系中求解锂电池SOC。本申请能准确估算锂电池容量及SOC。

技术领域

本申请属于锂电池技术领域，涉及一种基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法、装置及介质。

背景技术

锂电池具有能量密度大、效率高、循环寿命长、自放电率低等优点，在现今的新能源领域应用广泛，尤其在电力储能和电动汽车行业中无处不在；但对锂电池容量和SOC的计算精度以及锂电池组的一致性差异一直是锂电行业发展的掣肘。容量及SOC的估算是保证电力储能和电动汽车合理应用的核心技术，也是锂电池系统控制运营、监测维护的基础。在实际应用中，其表现出时变性、影响因素复杂性和不确定性等问题，造成了SOC估计难度大、精度不高和适应能力不足。因此，高精度、高速度的实时锂电池SOC估算的价值不言而喻，提高容量及SOC估算精度可保障锂电池运行安全、可靠性以及延长使用寿命，对锂电池更大规模的应用具有重要工程价值。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法、装置及介质，用于解决上述现有技术中存在的问题。

第一方面，本申请提供一种基于伪二维模型的锂电池容量及SOC估计方法，所述方法包括：构建锂电池的伪二维模型；基于所述伪二维模型，根据设定的定容仿真工况对锂电池进行仿真计算模拟，获取电压及电流随时间的变化曲线以及锂电池内部的实时锂离子浓度分布；基于电压及电流随时间的变化曲线求取锂电池容量以及锂电池实时SOC；拟合所述实时锂离子浓度分布和锂电池实时SOC的映射关系；在任意工况下，基于锂电池的伪二维模型仿真求解锂离子浓度分布信息，将锂离子浓度分布信息输入至所述映射关系中求解锂电池SOC。在本申请中，通过构建锂电池内部的实时锂离子浓度分布与SOC的映射关系，从而在任意工况下可以根据所述映射关系准确估算锂电池容量及SOC可有效避免锂电池过充、过放等极端工况的发生，亦可加强对电池组一致性的判断，从而有效避免锂电池热滥用、热失控等引起的失火、爆燃等事故。

在第一方面的一种实现方式中，所述伪二维模型包括：固相传质方程、固相电势方程、液相传质方程、液相电势方程以及巴特勒福尔默方程。

在第一方面的一种实现方式中，根据设定的定容仿真工况对锂电池进行仿真计算模拟包括：从任意工况开始，恒流充电至上截止电压；恒压充电至锂电池达到满电状态；从满电状态开始以预设的定容电流进行恒流放电至下截止电压，停止放电。

在第一方面的一种实现方式中，锂电池容量通过下式计算：Q_total＝I_cap·t，其中，Q_total为锂电池容量，I_cap为定容电流，t为以预设的定容电流进行恒流放电至下截止电压所耗费的时间。本实现方式中，相比于在实验室中实际测量电池容量，利用伪二维模型，结合适当的数值分析方法，通过仿真计算出锂电池容量，成本低，速度快，且计算结果有较高的精度。

在第一方面的一种实现方式中，求取锂电池实时SOC包括从满电状态开始以预设的定容电流进行恒流放电至下截止电压过程中，利用下式计算锂电池实时SOC：其中，soc(t)为t时刻锂电池SOC值，soc(t₀)为初始t₀时刻锂电池SOC值，soc(t₀)＝100％，Q_total为锂电池容量，I_cap为定容电流，η为库伦效率。在本实现方式中，计算锂电池实时SOC的方式相较于等效电路模型等经验模型，从第一性原理出发，从更微观的角度通过锂电池内部的锂离子分布状态解释锂电池的SOC，计算结果更加准确。