一種磷酸鐵鋰電池能量狀態SOE的估算方法技術

本發明專利技術提供了一種磷酸鐵鋰電池能量狀態(State?of?Energy,SOE)的估算方法，即根據磷酸鐵鋰電池內部能量組成形式，建立包含電能和熱能的SOE數學估算模型。通過在不同放電倍率下對電池放電過程的外部消耗電能以及電池內部歐姆熱能、極化熱能和熵產熱能進行測算，獲取各種放電倍率下最大可用能量，并模擬得到最大理論總能和各種放電倍率下的效率函數關系式，對估算模型中的總能進行實時修正，從而有效提高電池能量狀態SOE的估算精度。本發明專利技術引入熱能形式完善了電池放電過程中能量消耗的種類，同時以最大理論總能及能量釋放效率對估算過程的釋放總能進行實時調整，使模型更貼近實際工況，具有物理概念清晰，估算準確度高等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于磯酸鐵裡電池
，特別設及一種磯酸鐵裡電池能量狀態 S0E(state Of Energy)的估算方法。
技術介紹
[000引霧霸現象的發生，特別是PM2. 5粒子引發的健康問題與新能源應用中所固有的 "間歇性、隨機性"等特性問題進一步推動了電池儲能系統取代化石能源在汽車上的應用， 隨著儲能設備的大規模應用，單一電池荷電狀態參數不能滿足現實要求，大量有關于電池 能量狀態估算的研究興起。 電池剩余能量的估計一般是通過兩種方式，即電池容量狀態S0C(State of 化arge，即荷電狀態，也叫剩余電量）間接表示和通過電池的SOC模型與相對應的電壓模型 相互禪合得到剩余能量，由于裡離子電池的大規模應用，儲電設備必須配備更為復雜且精 準的電池管理系統，單純依靠S0C并不能線性表征電池剩余能量，而現實運行工況的多樣 性、兩模型禪合的復雜度W及S0C所表征的電池能量非線性均限制了禪合能量表征方式的 進一步發展。 本專利技術首先通過研究電池充放電過程中的能量轉換關系，引入熱能完善能量消耗 形式，同時提出電池最大允許能量和能量釋放效率概念，建立該估算方法的數學模型，更有 利于直接表征電池不同運行工況下的剩余能量，有效預測電池剩余運行時間。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種磯酸鐵裡電池能量狀態S0E的估算方法，W解決當前 電池能量狀態S0E估算不精確的問題。 為了實現上述目的，本專利技術通過下列技術方案來實現： 一種磯酸鐵裡電池能量狀態S0E的估算方法，其包括W下步驟：[000引步驟1、建立磯酸鐵裡電池包含電能和熱能兩種能量損耗形式的S0E數學估算模 型，所述電能為電池對外提供的能量總和，熱能為電池內部產生的歐姆熱能、極化熱能和滴 產熱能的總和；所述S0E數學估算模型為(1) 其中，S0E。為電池初始能量狀態，U為電池端電壓，I為電流，R為電阻，T為溫度， A S為電池反應滴變，EmJ%電池最大理論總能，n訂，I)為電池能量釋放效率； 步驟2、W電池的截止電壓aj，安全溫度VC作為其放電截止的條件，在不同放電 倍率下對電池進行放電，由測算得到的電能和熱能計算獲取最大可用能量E,，EJ%在放電 倍率為X時測量得到的電池外部電能和內部熱能之和； 步驟3、根據不同放電倍率下的最大可用能量E,擬合得到最大理論總能E 步驟4、通過不同放電倍率下最大可用能量E,與最大理論總能EmJ勺比值獲得電 池能量釋放效率的函數關系式：(2)其中，Ci-Ce為參量，可通過聯立多個放電倍率X與其對應的最大可用能量ExW及 最大理論總能6。"之間的關系進行求解；步驟5、將求解后的參量Ci-Ce代入式（2)中，并將式似獲得的關于電池能量釋 放效率的函數關系式W及步驟3中得到的最大理論總能Em"代入式（1)中，作為修正因子 對SOE數學估算模型在積分段t"-ti內電池能量狀態進行實時修正：(3)。[001引在式（1)中，電阻R=R0+Rp，其中，R。為歐姆電阻，Rp為極化電阻；在電池不同荷 電狀態下通過采用若干放電倍率對電池在一定脈沖電流下進行脈沖放電，脈沖放電時刻， 電池電壓會有一個急速下降和緩慢下降的階段，其中，急速下降階段的電壓變化值與該脈 沖電流的比值為歐姆電阻R。的值，緩慢下降階段的電壓變化值與該脈沖電流的比值為極化 電阻Rp的值。 所述公式（1)中，電池反應滴變AS=n^^)，其中，n為電池交換電子數，為常數 〇1 1，F為法拉第常數，數據(^)可通過將不同荷電狀態的電池靜置放置在依次從0°C-6(TC dl 變化溫度通過電壓的變化梯度下求得。 在上述的一種磯酸鐵裡電池能量狀態SOE的估算方法中，所述的數學模型中對最 大理論總能6。"的確定，W磯酸鐵裡電池的截止電壓aiV，安全溫度bi°C作為電池放電截止 的條件，選取若干放電倍率電流對磯酸鐵裡電池進行放電直至截止條件，計算出該過程消 耗的電能與熱能，電能與熱能之和即為最大可用能量，擬合若干放電倍率下總能得到一條 橫坐標為放電倍率，縱坐標為最大可用能量的曲線，該曲線的最大值可認為是電池的最大 理論總能Emax。 在上述的一種磯酸鐵裡電池能量狀態SOE的估算方法中，所述的數學模型中對能 量釋放效率的確定，電池最大理論總能是一定的，但在不同放電倍率下電池所能放出的最 大可用能量是不相同的，該其中就存在能量釋放效率問題，此時計算若干放電倍率下電池 釋放的最大可用能量與最大理論總能Em"的比值，將得到的比值擬合，得到一條橫坐標為放 電倍率，縱坐標為能量釋放效率曲線，該曲線即為能量釋放效率的函數關系式。 本專利技術與現有模型相比，具有如下優點；添加了電池放電過程中的熱量形式，完善 了能量損耗類型，同時提出了最大理論總能Em"及能量釋放效率兩個概念，并加入到S0E數 學模型中去，提高了現有數學模型的估算精度。【附圖說明】 圖1是本磯酸鐵裡電池能量狀態S0E的估算方法結構圖； 圖2是本磯酸鐵裡電池熱能隨放電倍率變化的關系圖； 圖3是本磯酸鐵裡電池電能隨放電倍率變化的關系圖； 圖4是本磯酸鐵裡電池總能隨放電倍率變化的關系圖。【具體實施方式】 下面結合附圖和【具體實施方式】對本專利技術的內容做進一步詳細說明。[002引如圖1所示，本磯酸鐵裡電池能量狀態SOE的估算方法，包括W下步驟： (1)建當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種磷酸鐵鋰電池能量狀態SOE的估算方法，其特征在于，其包括以下步驟：步驟1、建立磷酸鐵鋰電池包含電能和熱能兩種能量損耗形式的SOE數學估算模型，所述電能為電池對外提供的能量總和，熱能為電池內部產生的歐姆熱能、極化熱能和熵產熱能的總和；所述SOE數學估算模型為SOE=SOE0+∫t0t1(UI+I2R+TΔS)dtη(T,I)*Emax---(1)]]>其中，SOE0為電池初始能量狀態，U為電池端電壓，I為電流，R為電阻，T為溫度，ΔS為電池反應熵變，Emax為電池最大理論總能，η(T,I)為電池能量釋放效率；步驟2、以電池的截止電壓a1V，安全溫度b1℃作為其放電截止的條件，在不同放電倍率下對電池進行放電，由測算得到的電能和熱能計算獲取最大可用能量Ex，Ex為在放電倍率為x時測量得到的電池外部電能和內部熱能之和；步驟3、根據不同放電倍率下的最大可用能量Ex擬合得到最大理論總能Emax；步驟4、通過不同放電倍率下最大可用能量Ex與最大理論總能Emax的比值獲得電池能量釋放效率的函數關系式：η=ExEmax=c1x5+c2x4-c3x3+c4x2-c5x+c6---(2)]]>其中，c1?c6為參量，可通過聯立多個放電倍率x與其對應的最大可用能量Ex以及最大理論總能Emax之間的關系進行求解；步驟5、將求解后的參量c1?c6代入式(2)中，并將式(2)獲得的關于電池能量釋放效率的函數關系式以及步驟3中得到的最大理論總能Emax代入式(1)中，作為修正因子對SOE數學估算模型在積分段t0?t1內電池能量狀態進行實時修正：SOE=SOE0+∫t0t1(UI+I2R+TΔS)dt(c1x5+c2x4-c3x3+c4x2-c5x+c6)*Emax---(3).]]>...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮自平，羅玲，林仕立，宋文吉，呂杰，韓穎，
申請(專利權)人：中國科學院廣州能源研究所，
類型：發明
國別省市：廣東;44