1.一种锂离子电池功率输入电热耦合模型建立方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
步骤1:构建锂离子电池功率输入等效电路模型;
步骤2:模型的参数辨识;
步骤3:基于matlab/simulink仿真平台搭建功率输入电热耦合模型,在动态工况下模型精度验证;
步骤4:将功率输入电池耦合模型应用于新能源汽车动力总成系统仿真模型。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池功率输入电热耦合模型建立方法,其特征在于:所述步骤1具体为:
步骤1.1:锂离子电池功率输入2-rc等效电路模型
假设电池输入/输出功率能时刻满足功率需求,将需求功率取代电流作为模型的输入;
其中,p表示模型的输入,即外电路的需求功率,单位为w;
vt表示端电压,单位为v;
i表示电流,单位为a,以充电方向为正方向;
ocv表示开路电压,受soc和温度的影响,单位为v;
r、r1和r2分别为受soc、温度与电流方向影响的欧姆内阻和两个极化内阻,单位为ω;
c1和c2则是考虑、温度与电流方向变化的极化电容,单位为f;
v1和v2表示极化电压,单位为v;
需求功率为:
p=vti=(ocv+ri+v1+v2)i(1)
端电压为:
vt=ocv+ri+v1+v2(2)
根据基尔霍夫定律,两个极化电压分别表示为:
式中:
电池的soc与电池的可用容量和充放电有关,表示为:
式中:soc(t)为soc在t时刻的值;soc(t0)为soc的在t时刻的值;q为最大可用容量;
电模型中待识别的参数为:
θe=[r1r2c1c2rocvq](6);
步骤1.2:锂离子电池热模型
在搭建热模型之前,先提出生热率模型:
式中:qre为电池生热率,单位为w;
锂离子电池热模型为集总参数热网络模型,为简化模型,做出如下假设:
(1)电池热物性参数为定值;
(2)忽略辐射与电池内部对流;
(3)电池均匀生热;
(4)铝制电池外壳导热系数高,温度分布均匀;
cc与cs分别对应电池内部介质热容与壳体热容,单位为j/k;ri与r0分别表示电池的内部至表面的热阻与电池表面至环境介质的热阻,单位为k/w;tamb、ts和tin分别表示环境温度、电池表面温度和电池内部温度,单位为k;
热模型由式(8)表示:
令:
则式(8)转变为:
将式(10)进行拉普拉斯变换得:
对式(11)进行整理得:
热模型待识别的参数为:
在生热率已知的条件下,由式(13)估算出电池内部和表面温度,即实现电池表面温度与核心温度的在线估计;
步骤1.3:耦合原理
电热耦合模型的子模型通过生热率模型与温度进行耦合;功率输入2-rc等效电路模型根据需求功率以及现阶段温度输出出电池开路电压、电流、内阻以及电容参数至生热率模型,生热率模型根据参数以及温度计算出电池生热率;集总参数热网络模型则根据电池生热率估计电池核心与表面温度,电池平均温度反馈至电模型与生热率模型,如此实现闭环耦合。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池功率输入电热耦合模型建立方法,其特征在于:所述步骤2具体为:
步骤2.1:电模型参数辨识
在5℃、15℃、25℃、35℃、45℃五个温度下对某款18650电池进行各项测试,得到电流、电压数据以辨识不同温度下的电模型参数;通过双脉冲测试结果来辨识不同环境温度与soc下的ocv;通过静态容量测试数据来获取不同环境温度下的电池容量;通过混合脉冲功率性能测试数据来识别不同环境温度与soc条件下的欧姆内阻、极化内阻以及极化电容;
步骤2.2:热模型参数辨识
热模型参数辨识包括温熵系数的辨识与热物性参数的辨识;
通过直接测量法获取不同soc条件下的温熵系数;
在热物性参数辨识之前,分别在某款18650电池内部以及表面的轴向中心位置布置内置式与外置式热电偶,以获取电池内外温度变化情况;1.5c倍率的脉冲充放电工况下,通过热电偶获取的电池内外温度变化数据,基于最小二乘法离线辨识热模型热物性参数。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池功率输入电热耦合模型建立方法,其特征在于:所述步骤3具体为:
对某款18650电池进行动态工况测试,记录该电池动态工况测试数据,包括负载功率、电压、电流、电池表面温度与内部温度,基于matlab/simulink仿真平台搭建功率输入电热耦合模型,验证动态工况下的模型精度。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池功率输入电热耦合模型建立方法,其特征在于:所述步骤4具体为:
多个单体电池串并联成电池组以满足汽车的电压、容量要求以及功率需求,为将提出的模型应用于新能源汽车动力总成系统仿真模型,需要根据电池组内电池串并联方式确定电池组模型与其他模型的输入输出接口;
假设电池组内各电池电热参数一致,若某款新能源汽车电池组串并联方式为n串m并;
电池组模型输入为电池组功率需求pp,则单体电池功率需求为:
以单体电池功率需求作为锂离子电池功率输入电热模型的输入,模型即输出单体电池电压、电流、soc以及电池内外温度;
则电池组模型输出的电池组电流为:
ip=i·m(15)
电池组模型输出的电池组端电压为:
vp=vt·n(16)
由于电池组内各电池电热参数一致,则电池组模型soc和温度与单体电池模型一致。