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专利号: 201910137591X
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:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种带温度输入的锂离子电池开路电压估算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,依据气液动力学模型推导带温度输入的待定开路电压估算方程:其中,

P0、I和P1在气液动力学模型中分别表示管口压强、气体流速和稳态下容器内压强,在电池中分别对应端电压、电流和开路电压,P3在气液动力学模型中表示要估算的稳态下容器内气体压强,在电池中表示要估算的开路电压,T1:在气液动力学模型中表示前一时刻容器内稳态气体温度,在电池中表示前一时刻稳态时电池温度,T2:在气液动力学模型中表示排气或充气过程中容器内气体温度,在电池中表示放电或充电过程中电池温度,ρ:气流密度,μ:气流阻力系数,k1:第一等效参数,k2:第二等效参数,P0:管口压强;

步骤二,依据实验数据辨识估算方程参数:通过实验测试获得不同电流、端电压、温度下所对应的开路电压,并通过辨识方法辨识出开路电压估算方程中k1、k2、ρ和μ参数的最优值,将k1、k2、ρ和μ参数的值代入步骤一的待定开路电压估算方程得到完备的开路电压估算方程;

步骤三,依据完备的开路电压估算方程设计带温度输入开路电压估算方法,并计算得到开路电压估算值。

2.根据权利要求1所述的带温度输入的锂离子电池开路电压估算方法,其特征在于,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及阀门,所述容器内装有Vw体积的液体,剩下的容积V是压强为P,物质的量为n,密度为ρ,温度为T的气体。

3.根据权利要求2所述的带温度输入的锂离子电池开路电压估算方法,其特征在于,所述步骤一的具体过程为:所述气液动力学模型中设μ为气体流动过程中管道的综合阻力系数,字母I和P0分别为气体的流速和管口气体的压强,字母P,V,n,T分别为容器内气体的压强、体积、物质的量和热力学温度,字母Vw和nj分别为液体的体积和平衡状态下溶解于液体中气体的物质的量;P1为前一时刻容器内稳态气体压强,P2为排气或充气过程中容器内气体压强,P3为要估算的稳态下容器内气体压强;气液动力学模型在t1时刻打开阀门放出气体或充入气体,在t2时刻关闭阀门,t2=t1+Δt,Δt→0,在t3时刻达到平衡状态;

当时间处于 时刻,

理想气体状态方程:

P1V=n1RT1         公式一

气体间隙溶填充解度方程:

其中,T1:容器内稳态气体温度;P1:气体压强;n1:气体物质的量;V:气体体积;R:热力学常数; 有效间隙常数;bm:气体分子的范德华体积;Vw:液体体积;nj1:气体溶解物质的量;

t1时刻的左极限;

当时间处于 时刻,

理想气体状态方程:

P2V=n2RT2    公式三

其中,T2:排气或充气过程中容器内气体温度,P2:气体压强;n2:气体物质的量;t2-:t2时刻的左极限;

当时间处于t3时刻,

理想气体状态方程为:

P3V=n3RT2      公式四

n3=n2+nj1-nj3      公式五气体间隙填充溶解度方程:

其中,P3:要估算的稳态下容器内气体压强;n3:气体物质的量;nj3:气体溶解物质的量;

设Ps为从t2时刻到t3时刻系统内气体由非稳态到稳态过程中改变的压强,Ps=P3-P2     公式七

将公式一至式六带入到方程式七中整理化简得:

设:

将参数k1,k2再回带入公式八中得:

公式十所有参数均具有物理意义,即所有参数的值均大于0且所述气液动力学模型系统内压强均大于0,则分母必大于0,改写为方程式公式十一:将P3看作是变量,公式十一被看作是关于P3的二次方程,设:因为 恒成立;则Δ=b2-4ac>0恒成立;所以方程式公式十一有且仅有唯一的实数根,为:

当气液动力学模型系统处于t1时刻至t2时刻之间时,依据气体流动连续方程列出:

4.根据权利要求1所述的带温度输入的锂离子电池开路电压估算方法,其特征在于,所述步骤二中辨识估算方程参数具体过程为:①读取开路电压OCV、端电压U、电流I、温度T数据;

②向待定开路电压估算方程中P1,T1赋初值,P1=OCV(1),T1=T(1),设置k=1;

③赋值,P0=U(k),I=I(k),T2=T(k);

④设置待辨识参数k1、k2、ρ和μ大于或等于0;

⑤带入待定开路电压估算方程;

⑥更新初值P1,T1与k,P1=P3,T1=T2,k=k+1⑦将估算总误差S=S+│P3-OCV(k)│作为目标函数;

⑧直到S不再变小为判断终止条件;

⑨循环③至⑧步直至参数辨识结束,输出最优参数的值k1、k2、ρ和μ。

5.根据权利要求1所述的带温度输入的锂离子电池开路电压估算方法,其特征在于,所述步骤三具体过程为:①向开路电压估算方程中P1赋初值U(1)、T1赋初值T(1),P1=U(1),T1=T(1);

②将步骤二辨识出的最优参数值赋给k1、k2、ρ和μ;

③将采集的端电压、电流与温度数据赋给P0,I和T2;

④代入开路电压估算方程,算出当前开路电压P3;

⑤利用算出的当前开路电压P3更新P1,T2更新T1,即P1=P3,T1=T2;

⑥循环③至⑤步直至开路电压估算完成。

6.根据权利要求1所述的带温度输入的锂离子电池开路电压估算方法,其特征在于,所述辨识方法为遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法、蚁群算法、支持向量机法、神经网络算法或最小二乘法。

7.根据权利要求6所述的带温度输入的锂离子电池开路电压估算方法,其特征在于,所述辨识方法为遗传算法。

8.一种实现权利要求1-7所述带温度输入的锂离子电池开路电压估算方法的系统,其特征在于,包括信号采集模块、开路电压估算模块和显示模块;

所述信号采集模块用于采集电池的电流、温度和电压;

所述信号采集模块与开路电压估算模块连接并将采集的电流、温度和电压信号传送到开路电压估算模块,所述开路电压估算模块根据开路电压估算方程计算出开路电压值;

所述开路电压估算模块与显示模块连接,将电池电流、温度、电压和开路电压值发送给显示模块显示。

9.根据权利要求8所述带温度输入的锂离子电池开路电压估算方法的系统,其特征在于,所述信号采集模块包括电流传感器、温度传感器和电压传感器。

10.根据权利要求8所述带温度输入的锂离子电池开路电压估算方法的系统,其特征在于,所述开路电压估算模块包括单片机。