一种用于描述电池状态的几何模型法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池管理技术领域，特别是针对电池或电池组的S0C(荷电状态)和S0H(劣化程度)预测技术，提供一种用于描述电池状态的几何模型法。
【背景技术】
[0002]动力电池系统正逐步在电动汽车、大型储能系统等领域中得到广泛应用。如何有效描述电池特性、评估电池实时状态是动力电池系统在实际应用中的关键技术。通过建立电池模型用数学手段分析预测电池状态是一种较为可行的手段。目前电池模型主要可分为电化学模型、等效电路模型、神经网络模型、特定因素模型等。但由于电池特性影响因素具有高度非线性的特点，因此在实际应用中存在电池模型建立难、准确度低、计算复杂、模型抽象不便于工程师理解的问题。
【发明内容】
[0003]本发明提出了一种采用几何原理进行电池模型描述的方法，便于工程师理解并易于形成相应的评估、分析策略。
[0004]为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种用于描述电池特性的几何模型法:建立电池特性模型中的电池容量面，通过电池在特定电流值下的可放电时间与该特定电流值的面积来表示电池的容量；
所述电池容量面中，上边界对应于所述可放电时间，下边界对应于以电流轴构成的横坐标，左边界对应于以时间轴构成的纵坐标，右边界对应于所述特定电流值；
在所述电池容量面的范围内，设置有充放电调节轴和/或温度调节轴:
所述充放电调节轴平行于电流轴，其沿时间轴的上浮或下浮，与电池的充电或放电相对应；
所述温度调节轴平行于时间轴，其沿温度轴的左移或右移，与电池温度的降低或升高相对应；所述温度轴平行于所述电流轴。
[0005]优选地，通过充放电调节轴对电池的充放电电流进行积分的结果，在电池容量面中划分出分别表示电池的已释放容量和当前剩余容量的区域；
通过温度调节轴对温度的变化进行积分的结果，在电池容量面中划分出分别表示电池的当前冻结容量和当前可使用容量的区域。
[0006]优选地，在电池容量面的范围内，所述充放电调节轴所在位置以上及以下，分别对应表示电池的已释放容量和当前剩余容量的区域；
在电池容量面的范围内，所述温度调节轴所在位置往左及往右，分别对应表示电池的当前冻结容量和当前可使用容量的区域。
[0007]优选地，通过所述充放电调节轴及温度调节轴的配合，在所述电池容量面划分出以下区域:
表示已使用容量的区域S1，对应充放电调节轴以上，由充放电调节轴及电池容量面的上、左、右边界围成的区域；
表示当前可用容量的区域S2，对应充放电调节轴以下，由充放电调节轴与电池容量面的下、左、右边界围成的区域；
表示已使用容量中暂时冻结的未被释放的容量的区域fl，对应温度调节轴往右、充放电调节轴以上，由温度调节轴、充放电调节轴与电池容量面的上、右边界围成的区域；
表示未使用容量中暂时冻结无法释放的容量的区域f2，对应温度调节轴往右、充放电调节轴以下，由温度调节轴、充放电调节轴与电池容量面的下、右边界围成的区域。
[0008]优选地，在电池特性模型中设置垂直于电池容量面的循环次数轴，以循环次数轴上的数值表示电池的循环次数，并以循环次数中的任意一个数值对应划分的横截面，来表示循环到该次数时的电流值与时间值，从而通过该横截面的面积来表示循环到该次数时的电池总容量。
[0009]优选地，以初始时电池容量面的面积与横截面的面积的差值，来表示循环到相应次数时电池容量的减小量。
[0010]优选地，在横截面的范围内设置有充放电调节轴和/或温度调节轴:
通过所述充放电调节轴来表现循环到相应次数时电池的已释放容量和剩余容量；通过所述温度调节轴表示循环到相应次数时电池的冻结容量和可使用容量。
[0011]优选地，电池的循环次数，以电池使用过程中的温度因素、放电深度因素、充放电倍率因素、日历寿命因素进行折算得到。
[0012]本发明提供一种描述电池特性的几何模型法。与电化学模型、等效电路模型、神经网络模型、特定因素模型等常见方法相比，本发明的方法具有参数易于获取，模型易于建立，模型直观便于理解，同时易于嵌入式MCU进行运算的特点。
【附图说明】
[0013]图1是本发明用于描述电池特性的几何模型法在第一实施例的示意图；
图2是本发明用于描述电池特性的几何模型法在第二实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0014]本发明涉及一种用于描述电池特性的几何模型法，在构成的模型中以电流为横坐标、时间为纵坐标建立一电池容量面，将电池的容量通过该电池容量面的面积进行描述。
[0015]在该电池容量面上可以设置充放电调节轴，采用充放电调节轴对电池的充放电电流进行积分，在模型中得到相应的加减积分结果，即可在电池容量面中划分出不同的区域来表示已释放的容量和当前剩余的容量。
[0016]在该电池容量面上可以设置温度调节轴，采用温度调节轴对温度的变化进行积分，在模型中得到相应的加减积分结果，即可在电池容量面中划分出不同的区域来表示当前冻结的容量和当前可使用的容量。
[0017]在一个具体示例中，对于一颗60Ah的电芯，以其在特定电流60A下的可放电时间3600s组成的面积，来表示该电池的容量。在建立的电池容量面中，上边界对应于所述特定电流下的可放电时间(本例为3600s)，下边界对应于以电流轴构成的横坐标，左边界对应于以时间轴构成的纵坐标，右边界对应于所述特定电流值(本例为60A)。
[0018]如图1所示，在电池容量面中设置有电流变化轴AC (充放电调节轴)，其平行于电流轴(横坐标);当电池进行充电时AC沿着时间轴(纵坐标)上浮，当进行放电时AC沿着时间轴下浮。在电池容量面的范围内，AC轴所在位置以上及以下，分别划分出表示已释放容量和当前剩余容量的区域。
[0019]在电池容量面中还设置有温度变化轴TC(温度调节轴)，其平行于时间轴(纵坐标)；当电池温度升高时TC沿温度轴(该温度轴平行于横坐标)右移，当温度降低时TC沿温度轴左移。在电池容量面的范围内，TC轴所在位置往左及往右，分别划分出表示当前冻结的容量和当前可使用的容量的区域。
[0020]本例中通过电流变化轴AC及温度变化轴TC，从上述电池容量面具体划分出S1、S2、fl、f2四组区域，包含:
S1表示为已使用容量，对应的区域在AC轴以上，由AC轴与电池容