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专利号: 2017113378816
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于气液动力学模型的锂离子电池SOC精确估算方法,其特征在于,包括以下步骤:对锂离子电池做恒流间歇性充电一静置实验,根据测得的数据拟合出开路电压OCV与SOC的关系式;

对锂离子电池做变电流间歇性充/放电—静置实验,记录开路电压及对应的SOC数据,用于识别气液动力学模型的参数值;

建立气液动力学模型:所述气液动力学模型的物理原型为设有气液共存系统的一个密闭容器,在容器的顶部安装有管道(3)及阀门(4),所述容器内装有Vw体积的液体(1),剩下的容积V是压强为P,物质的量为n,密度为ρ的气体(2),管道(3)及阀门(4)综合综合阻力系数为μ,管道(3)的外部管口(5)气体压强为P0,气液共存系统处于平衡状态时溶解于液体中的气体物质的量为nj,系统从非稳态到稳态过程中气体改变的压强为Ps;

推导充/放电SOC估计模型:依据气液模型稳态方程推导放电状态下的气液模型瞬态方程,验证放电状态下的气液稳态与瞬态关系方程有解,验证放电状态下的气液稳态与瞬态方程有唯一正整数解;依据气液模型稳态方程推导充电状态下的气液模型瞬态方程,验证充电状态下的气液稳态与瞬态关系方程有解,验证充电状态下的气液稳态与瞬态方程有唯一正整数解;

根据变电流间歇放电—静置实验数据,对充/放电气液共存系统稳态与瞬态递推公式进行参数识别;

用充/放电模型估计电池SOC值;

对锂离子电池做变电流脉冲充/放电—静置实验,记录开路电压及对应的SOC数据;

验证充/放电SOC估计模型:根据变电流脉冲充/放电—静置实验数据,验证气液动力学模型预测开路电压的准确性;

采用验证后的充/放电SOC估计模型对锂离子电池SOC精确估算。

2.根据权利要求1所述基于气液动力学模型的锂离子电池SOC精确估算方法,其特征在于,依据气液模型稳态方程推导放电状态下的气液模型瞬态方程的具体包括以下步骤:设时间为t1时刻气液动力学模型处于稳态,此时气体压强为P1、气体物质的量为n1、溶解于液体中的气体物质的量为nj1,打开所述容器的阀门(4),时间长度为Δt,系统中的气体向外放出,流速为I,综合阻力系数为μ,外部管口(5)压强为P0,在t2=t1+Δt时刻关闭阀门(4),此时气体压强为P2、气体物质的量为n2,经过一段时间后气液动力学模型再次达到稳态,此时容器内气体压强为P*,气体物质的量为nj2,Ps为容器内气体由非稳态到稳态过程中改变的压强,放电瞬态气体流动连续方程:其中ρ为气体密度。

3.根据权利要求2所述基于气液动力学模型的锂离子电池SOC精确估算方法,其特征在于,在t1时刻,理想气体状态方程为:

P1V=n1RT,

其中,T:热力学温度,P1:气体压强,n1:气体物质的量,V:气体体积,R:热力学常数;

气体间隙填充溶解度方程:

其中, 有效间隙度,bm:气体分子的范德华体积,Vw:液体体积;

气体流动连续方程:

其中,ρ为气体密度,I为气体流速,μ为综合阻力系数;

在t2时刻,理想气体状态方程为:P2V=n2RT;

* *

t2之后系统再次达到稳态时,理想气体状态方程为:PV=nRT;

气体间隙填充溶解度方程:

其中,气体物质的量为:

4.根据权利要求3所述基于气液动力学模型的锂离子电池SOC精确估算方法,其特征在于,稳态过程中气体的改变压强,即放电状态下的气液模型瞬态方程:令

由此推导出第一次稳态P1,瞬态P2,第二次稳态P*之间的隐函数关系;

放电稳态与瞬态递推公式必有唯一正实数解,为:

5.根据权利要求1所述基于气液动力学模型的锂离子电池SOC精确估算方法,其特征在于,依据气液模型稳态方程推导充电状态下的气液模型瞬态方程,具体包括以下步骤:设时间为t1时刻气液模型系统处于稳态,此时气体压强为P1、气体物质的量为n1、溶解于液体中的气体物质的量为nj1,打开阀门(4),时间长度为Δt,外界气体以流速为I充入容器内,管道(3)流动局部阻力系数为μ,外部管口(5)压强为P0,在t2=t1+Δt时刻关闭阀门(4),此时气体压强为P2、气体物质的量为n2,经过一段时间后气液模型系统再次达到稳态,此时容器内气体压强为P*,气体物质的量为nj2,Ps是容器内气体由瞬态到稳态过程中改变的压强,充电瞬态气体流动连续方程:其中ρ为气体密度。

6.根据权利要求5所述基于气液动力学模型的锂离子电池SOC精确估算方法,其特征在于,在t1时刻,理想气体状态方程为:

P1V=n1RT,

其中,T:热力学温度,

P1:气体压强,

n1:气体物质的量,

V:气体体积,

R:热力学常数;气体间隙填充溶解度方程:其中, 有效间隙度,

bm:气体分子的范德华体积,

Vw:液体体积;

气体流动连续方程:

在t2时刻,理想气体状态方程为:P2V=n2RT;

t2之后系统再次达到稳态时,理想气体状态方程为:P*V=n*RT;

气体间隙填充溶解度方程:

其中, 为再次稳态下气体溶解于液体中的物质的量;

气体物质的量为:

7.根据权利要求6所述基于气液动力学模型的锂离子电池SOC精确估算方法,其特征在于,稳态过程中气体的改变压强,即充电状态下的气液模型瞬态方程:令

由此推导出第一次稳态P1,瞬态P2,第二次稳态P*之间的隐函数关系;

放电稳态与瞬态递推公式必有唯一正实数解,为:

8.根据权利要求1所述的一种基于气液动力学模型的锂离子电池SOC精确估算方法,特征在于,对所述锂离子电池充/放电气液共存系统稳态与瞬态递推公式进行参数的识别方法包括GA遗传算法、神经网络算法、卡尔曼滤波算法、模拟退火算法或人工智能算法。

9.根据权利要求8所述的一种基于气液动力学模型的锂离子电池SOC精确估算方法,特征在于,对所述锂离子电池充/放电气液共存系统稳态与瞬态递推公式进行参数的识别的方法为GA遗传算法。

10.根据专利要求1所述的一种基于气液动力学模型的锂离子电池SOC精确估算方法,特征在于:对锂离子电池SOC估算为采用气液动力学模型的参数进行在线估算或离线估算。