基于等效电路模型的锂电池动态阻抗参数识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锂电池状态估计技术领域，具体涉及一种基于动态阻抗，对锂电池单 体的充放电特性进行精确建模，进而实现单体或电池组的状态估计的方法。
【背景技术】
[0002] 锂电池作为电力系统中的重要储能载体，其技术发展和管理方式的发展受到业界 极大的重视。由于其具有高能量密度和长寿命的特征，锂电池广泛应用于手机、数码相机、 平板电脑等便携式电子设备中，以及电动汽车和智能电网的储能系统中。
[0003] 为了优化设计和管理基于锂电池的储能系统，首先需要准确的模型来描述锂电池 的充、放电特性。目前，大量的数学模型、等效电路模型和电化学模型相继被学者们提出，给 锂电池的设计和管理带来了巨大的突破。通常，电化学模型的实现需要解大量的微分方程， 运算量极大，只适合锂电池的设计和制造领域。c.M.Sh印herd为代表的学者提出了一系列 的数学模型，可以在恒流充放电的条件下较准确地描述锂电池的充放电特性，然而在变电 流等复杂充放电的情况下，却不能描述其迟滞效应。随后，MinChen等人提出了准确的等 效电路模型，可以很好地描述锂电池的非线性开路电压以及与工作状态和外界环境相关的 放电容量等动态特性。然而，现在的等效电路模型大都没有考虑充放电电流对等效内阻和 等效电容的影响，这将导致模型不能适用于宽泛的工作电流。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于等效电路模型的锂电池动态阻 抗参数识别方法。本发明从简单的一阶RC等效电路模型出发（如附图1)，融合了动态阻抗 的思想，认为阻抗不仅与SOC、温度等因素相关也与充放电电流相关，并提出了简单可行的 测试方法进行参数识别。
[0005] 本发明将动态阻抗的性质融入常用等效电路模型中，并给出了估计阻抗等相关模 型参数的合理测试方式。为了达到上述目的，分别计算充电状态下的阻抗和放电状态下的 阻抗，本发明基于等效电路模型的锂电池动态阻抗参数识别方法，主要包括以下步骤：
[0006] 步骤一，基于一阶RC等效电路，确定充放电制度；
[0007] -、a.恒流转恒压充电制度；b.静置一段时间；c.采用小电流恒流放电至截止电 压；d.转小电流恒流充电至截止电压C;
[0008]二、a.恒流转恒压制度将电池充满；b.静置；c.采用放电倍率a恒流放电至截止 电压；重复上述步骤，但每次将恒流放电电流选为0、Y或S等常用放电倍率；
[0009]三、a.以小电流恒流放电至截止电压；b.静置；c.采用充电倍率a恒流充电至截 止电压；重复上述步骤，但每次将恒流充电倍率选为0、Y或S等常用充电电流；
[0010] 四、a.恒流转恒压制度将电池充满；b.静置；c.采用放电倍率a的脉冲电流进行 放电；重复上述步骤，但每次将脉冲电流选为0、Y或S等常用放电倍率；
[0011] 五、a.以小电流恒流放电至截止电压；b.静置；c.采用充电倍率a的脉冲电流进 行充电；重复上述步骤，但每次将脉冲电流选为0、Y或S等常用充电倍率；
[0012] 步骤二，对待测锂电池依次执行充放电制度，获得测试数据，提取参数；
[0013] 对待测锂电池依次执行步骤一中的五条充放电制度，记录每次采样的时间、充/ 放电电流、端路电压和充/放电容量，将小电流放电的容量作为待测锂电池的总容量，用于 后续的SOC计算；在不同恒流放电或充电电流下，处于相同荷电状态SOC的端电压不同，而 其中的压差便是由待测锂电池总的动态内阻Ri+R2造成；反过来，就能通过相同荷电状态下 的压差，计算电池总的动态内阻；
[0014] 在脉冲放电或脉冲充电测试中，每次放电电流或充电电流发生突变时，端路电压 也会有一个瞬时突变，这是由待测锂电池的动态内阻&导致的；从而能够通过欧姆定律计 算出&的阻值；此外，当这个电压瞬时突变发生后，电池端电压还会发生一定程度的连续变 化，这由RC回路导致；从而通过数学方法获得相关参数R2。
[0015] 本发明具有以下优点：
[0016] 1.考虑阻抗与充放电电流相关，提高了锂电池阻抗参数提取的准确性。
[0017] 2.提出了简单可行的充放电测试方法与具体的参数提取算法，具有很强的实际操 作性。
【附图说明】
[0018] 图1为一阶RC等效电路图
[0019] 图2为0. 5C的脉冲放电电流
[0020] 图3为0. 5C的脉冲充电电流
[0021] 图4为0. 04C充放电的端电压与SOC曲线
[0022] 图5为开路电压与SOC曲线
【具体实施方式】
[0023] 下面将结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
[0024] 本发明基于附图1中的等效电路，考虑电池的阻抗不仅与电池的荷电状态、温度 等因素相关，还与充放电电流大小相关。本发明通过简单可行的锂电池充放电测试，可在线 对处于不同荷电状态和充放电条件下的锂电池进行动态阻抗的估算，并在此基础上获得简 单、实用的电池模型。其中，根据实测数据发现：电阻&、1? 2的阻值与多种因素相关，特别是 与SOC和充放电电流相关，这对电池等效电路模型的正确建立具有较大作用，然而大多数 文献都忽视了充放电电流对电阻的影响。
[0025] 本发明的具体充放电制度为：
[0026] 一、（1)恒流转恒压充电制度，如：0. 5C恒流充电至截止电压4. 2V，转为恒压充电 至电流小于0.01C; (2)静置一段时间，如：lh; (3)采用小电流恒流放电至截止电压，如： 0. 04C;⑷转小电流恒流充电至截止电压，如：0. 04C。
[0027] 二、（1)恒流转恒压制度将电池充满；（2)静置；（3)采用放电倍率a恒流放电至 截止电压；重复上述步骤，但每次将恒流放电电流选为0、Y、S等常用放电倍率。
[0028] 三、（1)以小电流恒流放电至截止电压；（2)静置；（3)采用充电倍率a恒流充电 至截止电压；重复上述步骤，但每次将恒流充电倍率选为0YS等常用充电电流。
[0029] 四、（1)恒流转恒压制度将电池充满；（2)静置；（3)采用放电倍率a的脉冲电流 进行放电，放电脉冲如附图2 ;重复上述步骤，但每次将脉冲电流选为0、Y、S等常用放电 倍率。
[0030] 五、（1)以小电流恒流放电至截止电压；（2)静置；（3)采用充电倍率a的脉冲电 流进行充电，充电脉冲如附图3 ;重复上述步骤，但每次将脉冲电流选为0、Y、S等常用充 电倍率。
[0031] 下面以松下18650电池为例，说明使用基于动态阻抗的等效电路方法对单体进行 建模，并通过设计的充放电制度对锂电池进行充放电测试，并基于测试数据，根据提出的参 数识别方法提取参数具体数值的整个过程。
[0032] S1，根据充放电制度一中的步骤，对待测锂电池进行充放电测试，记录相应的放电 曲线数据包括采样时间、端路电压以及放电电量；以充满电后的小电流（如：〇. 04C)放电电 量作为电池总容量，则可以分别将"小电流恒流放电的端电压与放电电量曲线"和"小电流 恒流充电的端电压与充电电量曲线"折算为两条"端电压与SOC曲线"（如附图4)。将得到 的充放电"端电压与SOC曲线"取平均，得到一条新的"电压与SOC曲线"（如附图5)，并将 此曲线作为该电池的近似"开路电压与SOC"曲线。为了方便表述，在后续的叙述中，令OCV 为电池的开路电压，V为电池的端路电压，I为电池的输出（输入）电流；
[0033] S2,在充放电制度二中，每次恒流放电前都有一段静置时间，默认在静置末期，电 池达到了电动势平衡，则静置末期的开路电压反应了电池的SOC;根据S1中所得的"开路电 压与SOC"曲线，能够通过电池恒流放电前的静置末期电压OCV，决定电池每次放电前的初 始SOC;初始SOC-旦确定，根据安时积分法能够获得每条放电曲线所对应的"端电压与SOC 曲线"；
[0034]S3,在充放电制度三中，每次恒流充电前都有一小时的静置时间，默认在静置末 期，电池达到了电动势平衡，则静置末期的开路电压反应了电池的SOC，根据S1中所得的 "开路电压与SOC"曲线，能够通过电池恒流充电前的静置末期电压OCV，决定电池每次充电 前的初始SOC;初始SOC-旦确定，根据安时积分法获得每条充电曲线所对应的"端电压与 SOC曲线"；
[0035] 在恒流放电时，处于相同SOC状态下的开路电压OCV与端路电压V具有关系：ocv = ￥+10^+1^);因此，分别在放电电流a、0、Y、S下，可根据式子R1+R2= (0CV-V)/I，计 算处于每个SOC状态下的动态内阻&