1.一种基于新能源汽车电池充电、放电监测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、数字孪生模型构建:
数字孪生模型包括新能源汽车电池的热模型、老化模型和等效电路模型,所述热模型的输出端连接老化模型的输入端,所述老化模型的输出端连接等效电路模型的输入端,新能源汽车电池的热模型设置电池质量为1kg,电池散热面积为0.1;
步骤二、监测计算终端部署:
在电池管理系统BMS中部署监测计算终端,监测计算终端通过GD32ZET6嵌入式芯片处理器与数字孪生模型电信号连接通信,用于运行数字孪生模型,监测计算终端通过CAN总线与交流阻抗和整车控制器通信;
步骤三、数据采集与融合:
通过交流阻抗谱法EIS实时测量电池的电压、电流以及电池内部阻抗数据,并利用改进型卡尔曼滤波算法模型对电压、电流以及电池内部阻抗数据进行融合;所述改进型卡尔曼滤波算法模型包括数据编码模块、电化学模型变换模块、等效电路模型变换模块、分数阶导数模块、协方差匹配模块和稀疏矩阵加速模块,其中所述数据编码模块的输出端与所述电化学模型变换模块的输入端连接,所述电化学模型变换模块的输出端与所述等效电路模型变换模块的输入端连接,所述所述等效电路模型变换模块的输出端与所述等效电路模型变换模块的输入端连接,所述等效电路模型变换模块的输出端与所述分数阶导数模块的输入端连接,所述分数阶导数模块的输出端与所述协方差匹配模块的输入端连接,所述协方差匹配模块的输出端与所述稀疏矩阵加速模块的输入端连接;
步骤四、智能充放电控制:
根据数字孪生模型的输出结果,采用改进型自适应充电方法,根据新能源汽车电池的实时状态和环境温度动态调整充电电流和放电电流,充电电流调整包括恒流充电阶段和恒压充电阶段,放电电流调整根据电池荷电SOC和温度动态限制放电电流。
2.根据权利要求1所述的一种基于新能源汽车电池充电、放电监测方法,其特征在于:所述热模型模拟电池在充放电过程中的热行为,通过热力学理论预测电池内部温度分布,热模型电池温度分布输出函数为:在公式(1)中,m为电池质量,C
为电池的比热容,T为电池温度,t为时间,I为电流,R为电池内阻, 为反应热, 为极化热,h为散热系数,A为电池散热面积, 为环境温度; 表示误差函数;所述老化模型计算电池性能随时间和使用情况的衰退,其老化模型的电池健康状态输出函数为:在公式(2)中,SOH为电池的健康
状态, 为电池初始健康状态,T为电池温度, 为老化系数, 为参考温度,t为时间,I为电池电流;所述等效电路模型计算电池的电学特性,反馈参数给整车控制系统修正电压值,等效电路模型输出函数为: 在公式(3)中,U为电池端电压,R为电池电阻, 为RC支路电压, 和 分别为RC支路的电阻和电容,I为电流, 为欧姆内阻,RC为分支电路,t为时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于新能源汽车电池充电、放电监测方法,其特征在于:所述监测计算终端的部署方法为:所述监测计算终端的部署方法为:
M1:设置模组电压差>50mV自动触发被动均衡,单体温度突增>2℃/s时,在10ms内调整冷却系统功率;当电压差或阻抗偏差复合条件触发时,启动混合均衡控制器,在<5ms内完成模组电压相邻单体能量转移,并通过实时测量电解液与电极界面电荷转移的阻力,观测电化学阻抗谱EIS测量电池在不同频率下的阻抗响应;
M2:部署FreeRTOS,控制循环周期<1ms,集成EdgeX Foundry,支持本地规则引擎Drools,设置MQTT协议上报关键数据,部署双节点热备,故障切换时间<200ms;
M3:设置电压和电流采样率为1kHz,温度采样率为100Hz,电压为 3.3V,检测到短路时,在5ms内切断模组继电器。
4.根据权利要求1所述的一种基于新能源汽车电池充电、放电监测方法,其特征在于:所述CAN总线设置时钟配置PLL倍频为108MH,设置ADC为循环采样模式,采样率≥1kHz;
初始化CAN控制器设置波特率为250kbps,通过标准源校准ADC采样精度,误差控制在±0.5%以内。
5.根据权利要求1所述的一种基于新能源汽车电池充电、放电监测方法,其特征在于:所述改进型卡尔曼滤波算法模型的输出函数为: 在公式
(4)中,x为当前时刻的状态估计值,k为卡尔曼增益,z为测量值,H为观测矩阵,p为当前时刻的状态估计误差协方差矩阵,I为单位矩阵, 时的状态估计值。
6.根据权利要求1所述的一种基于新能源汽车电池充电、放电监测方法,其特征在于:所述改进型自适应充电方法为:
A1;电池荷电状态SOC<20%,使用小电流恒流充电,电荷状态在20% 80%,使用多阶恒流~加上负脉冲去极化充电,荷电状态SOC≥80%,切换为恒压模式充电;
A2;充电时,环境温度<‑10℃,充电电流调整系数设置为0.3,电压补偿值设置为+0.2V,环境温度范围25℃ 45℃,充电电流调整系数设置为1.0,不补偿电压,环境温度>45℃,充电~电流调整系数设置为0.7,电压补偿值设置为‑0.1V;
A3:过温保护为电池温度为60℃充电降额50%,电池温度为65℃充电降额80%,电池温度为70℃立即停止充电,电压大于100mV/s时持续100ms触发保护。
7.根据权利要求1所述的一种基于新能源汽车电池充电、放电监测方法,其特征在于:所述改进型自适应充电方法输出公式为:
在公式(5)中, 为调整系数,SOC为
电荷状态, 为低荷电状态的阈值, 为高荷电状态的阈值, 为电池初始的健康状态值。
8.根据权利要求1所述的一种基于新能源汽车电池充电、放电监测方法,其特征在于:电化学模型变换模块的工作方法为:通过正交配置法将偏微分方程离散化为常微分方程组,保留固液相锂离子浓度分布的核心动力学特性,采用伴随灵敏度分析法,实时更新电解质扩散系数De与反应速率常数k0:在公式(6)中, 表示伴随变量, 表示待辨识参数;利用泰勒级
数展开对电化学方程进行多项式近似,以计算周期<5ms的速度在GD32ZET6芯片上实现实时求解;等效电路模型变换模块的实现方法为:通过构建三阶Randle电路将充电、放电过程中的电荷参数以毫秒级欧姆极化、秒级电化学极化与分钟级浓差极化表征出来,将充电或放电过程中不同参数数据以动态映射的方式通过电化学模型输出生成等效电路参数;其中三阶Randle电路等效函数为: 在公式(7)中, 表示毫秒级欧姆极化数据参数信息; 表示秒级电化学极化数据参数信息;
表示分钟级浓差极化数据参数信息;其中等效电路参数输出函数 为:在公式(8)中, 表示活化过电位;分数阶导数模块通过变阶次
自适应调节等效电路参数输出函数;
协方差匹配模块包括电参数监测模块、电池工况特征模块、隶属度计算模块和充放电参数对比模块,所述电参数监测模块的输出端与所述电池工况特征模块的输入端连接,所述电池工况特征模块的输出端与所述隶属度计算模块的输入端连接,所述隶属度计算模块的输出端与所述充放电参数对比模块的输入端连接;通过匹配充电、放电过程中的电荷参数判断用户用电情况;
稀疏矩阵加速模块包括数据压缩模块、矩阵转换模块、计算特征设置模块、并行计算加速器和多通道数据接口,其中所述数据压缩模块的输出端与所述矩阵转换模块的输入端连接,所述矩阵转换模块的输出端与所述计算特征设置模块的输入端连接,所述计算特征设置模块的输出端与所述并行计算加速器的输入端连接,所述并行计算加速器的输出端与所述多通道数据接口的输入端连接。