[发明专利]一种测定动力电池的动态外特性的方法

摘要

本发明涉及一种测定动力电池的动态外特性的方法，属于电池技术领域。本方法通过在不同工作电流上叠加动态激励的方法来获取不同工作电流附近动力电池的动态外特性，基于动力电池的恒流特性曲线以及曲线求差的方法来近似消除动力电池动态外特性中混叠的时变特性，最终实现对动力电池动态外特性的精确测定。本发明方法能够更加充分地揭示不同工作电流条件下动力电池内部不同的动态特性信息，因此具有更高的建模精度。本发明方法不仅可供动力电池制造商离线使用来测试动力电池的基本参数，也可用于动力电池的在线测定。

主权项

一种测定动力电池的动态外特性的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)根据动力电池产品手册规定的动力电池标准放电电流、与标准放电电流相对应的截止电压、标准充电电流、标准充电电压以及与标准充电电压相对应的截止电流，对动力电池进行多次标准充放电循环操作，最后进行标准充电或放电，将动力电池满充或满放；(2)从动力电池产品手册规定的动力电池安全工作范围中，获取动力电池的N个工作电流，记为i1,i2,……,iN，并根据动力电池产品手册得到与各个工作电流相对应的截止电压；(3)以步骤(2)的各工作电流分别对步骤(1)满充或满放的动力电池进行恒流充电或放电操作，使每次在一个工作电流下的恒流充电或放电操作的截止电压为步骤(2)中的动力电池产品手册规定的截止电压，每次恒流充电或放电操作过程中，记录不同工作电流下动力电池的端电压随时间变化的曲线，记为恒流特性曲线，同时记录动力电池在不同工作电流下持续的工作时间T；再对动力电池进行一次或多次如步骤(1)的标准充电或放电操作，使得动力电池最终处于动力电池产品手册中所规定的满充或满放状态；(4)从步骤(2)的N个工作电流中选取任意两个不同的工作电流ij和ik，以工作电流ij对动力电池进行持续时间为t1的恒流操作，随后以工作电流ik对动力电池进行持续时间为t2的恒流操作，直到动力电池的端电压达到与动力电池产品手册中所规定的工作电流ik相对应的截止电压，并记录两次恒流操作过程中动力电池的工作电流随时间变化的曲线，记为工作电流曲线，以及动力电池端电压随时间变化的曲线，记为动态特性曲线；最后对动力电池进行一次或多次如步骤(1)的标准充电或放电操作，使得动力电池最终处于动力电池产品手册中所规定的满充或满放状态；(5)将步骤(4)的工作电流曲线的各点纵坐标的工作电流值减去ij，删除工作电流曲线的横坐标t1之前的曲线段以及横坐标t1+t2‑10％×Tk之后的曲线段，得到纵坐标的初始值为0、终止值为ik‑ij的工作电流曲线；(6)使步骤(3)的工作电流为ik的恒流特性曲线与步骤(4)的动态特性曲线从曲线横坐标的末尾对齐，删除两个曲线中的横坐标t1之前的曲线段以及横坐标t1+t2‑10％×Tk之后的曲线段，计算两个曲线段中的纵坐标之差，得到残差曲线；(7)采用含有二阶阻容网络的戴维南等效电路模型作为动力电池的基本模型，得到数学方程如下：C1duC1dt+UC1R1=iC2duC2dt+UC2R2=iOCV+UC1+UC2+i·R0=Ut]]>其中，i表示动力电池的工作电流，Ut表示动力电池的端电压，OCV表示动力电池的开路电压，R0为动力电池的欧姆内阻值，R1为动力电池的浓差极化电阻值，R2表示动力电池内部温度变化所导致的内阻变化分量，C1为戴维南等效电路模型中第一电容的电容值，C2为戴维南等效电路模型中第二电容的电容值，C1·R1为动力电池物质传输动态过程的时间常数，C2·R2为动力电池内部温度变化动态过程的时间常数，UC1与UC2分别为动力电池戴维南等效电路模型中第一电容和第二电容两端的电压；根据叠加原理，将动力电池的开路电压OCV置为0，得到动力电池的端电压Ut与动力电池工作电流i之间的传递函数：(8)以步骤(5)的工作电流曲线作为模型的输入数据，以步骤(6)得到的动态响应曲线作为戴维南等效电路模型的输出数据，采用最小二乘方法求解步骤(7)的传递函数，得到各阻容参数R0、R1、C1、R2以及C2，具体过程如下：(8‑1)建立一个如下形式的传递函数：其中，k、a0、a1、b0和b1为待定系数，采用最小二乘方法，使用戴维南等效电路模型的输入数据和输出数据直接求解该传递函数，得到k、a0、a1、b0和b1；(8‑2)利用上述k、a0、a1、b0和b1，通过以下计算公式，计算得到步骤(7)的数学方程中的各阻容参数R0、R1、C1、R2以及C2：R0=kR1=b1a12-4a0-2b0a1a12-4a0+a12-4a0R2=b0a0-R1C1=2a1+a12-4a0/R1C2=2a1-a12-4a0/R2]]>(9)从步骤(4)动力电池的工作电流曲线与动态特性曲线中，分别读取与横坐标t1相对应的纵坐标的工作电流数值it1和端电压数值Ut1，根据戴维南等效电路模型，UC1与UC2分别为：UC1＝it1·R1UC2＝it1·R2根据步骤(7)的数学方程，开路电压参数OCV为：OCV＝Ut1‑it1·(R0+R1+R2)；(10)重复步骤(4)到步骤(9)，遍历所有两个不同的工作电流ij和ik，遍历以工作电流ij对动力电池进行恒流操作的持续时间t1，完成所有不同条件下的动力电池的充放电操作，测定动力电池的动态外特性。