一種測定動力電池的動態(tài)外特性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測定動力電池的動態(tài)外特性的方法，尤其涉及動力電池的測試方 法以及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理方法，屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著新型可再生能源技術(shù)、微網(wǎng)技術(shù)以及電動汽車技術(shù)的進(jìn)步，電池儲能系統(tǒng)正 在被日益廣泛地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活當(dāng)中。為了保證電池儲能系統(tǒng)的安全、高效 運(yùn)行，系統(tǒng)均配備電池管理系統(tǒng)來對電池儲能系統(tǒng)中動力電池的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并對動力 電池外特性進(jìn)行預(yù)測。其中，對動力電池的外特性進(jìn)行準(zhǔn)確測定是電池管理系統(tǒng)對電池進(jìn) 行有效管理的關(guān)鍵，這項工作決定了整個電池儲能系統(tǒng)的運(yùn)行效率與安全性。
[0003] 目前動力電池的外特性測定研宄主要體現(xiàn)為動力電池的建模研宄。常見的動力 電池模型主要包括電化學(xué)模型與等效電路模型兩類。電化學(xué)模型能夠較為完備地反映動 力電池內(nèi)部的物理化學(xué)過程，有助于對動力電池工作過程中內(nèi)部發(fā)生的變化進(jìn)行細(xì)致地研 宄；然而這類模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且涉及大量難以獲取的物理化學(xué)參數(shù)，因此電化學(xué)模型一般 被應(yīng)用于動力電池的性能分析與相關(guān)的理論研宄中。等效電路模型使用一些物理特性已知 的電路器件來描述動力電池的電氣外特性；這類模型結(jié)構(gòu)簡單、易于理解，并且模型參數(shù)具 有明確的物理化學(xué)機(jī)理解釋，因此在動力電池建模研宄中應(yīng)用最為廣泛。
[0004] 目前已有一些關(guān)于動力電池的等效電路模型研宄工作，典型工作例如：
[0005] Massimo C.New dynamical models of lead - acid batteries [J]. IEEE Transactions On Power Systems, vol. 15, No. 4, pp. 1184-1190, November 2000〇
[0006] 該文獻(xiàn)給出了動力電池等效電路模型的一般結(jié)構(gòu)以及動力電池的外特性測定方 法，并建立了鉛酸動力電池的三階等效電路模型。該模型使用可變電壓源表示動力電池的 開路電壓，使用兩個可變電阻分別表示動力電池的歐姆內(nèi)阻與活化極化內(nèi)阻，使用一個電 阻電容并聯(lián)支路表示動力電池的濃差極化及其動態(tài)過程，使用一個受控電流源支路表示動 力電池的自放電過程。該文獻(xiàn)通過調(diào)節(jié)模型參數(shù)來直接擬合動力電池在不同工況下的端電 壓外特性。雖然文獻(xiàn)中的建模結(jié)果并不理想，導(dǎo)致動力電池外特性測定存在較大偏差，但是 該文獻(xiàn)給出的動力電池等效電路模型一般結(jié)構(gòu)以及動力電池外特性測定方法是后續(xù)眾多 研宄的基礎(chǔ)。
[0007] 由于動力電池具有較強(qiáng)非線性特性與時變特性，其動態(tài)外特性為內(nèi)部不同動態(tài)過 程的共同作用結(jié)果，并且其中一些動態(tài)過程與動力電池的時變特性存在混疊。為了對動力 電池外特性進(jìn)行精確測定，必須進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理來消除測定數(shù)據(jù)中的時變特性分量， 并在建模過程中對動力電池內(nèi)部的不同動態(tài)過程分別建模。然而，現(xiàn)有的動力電池建模工 作并沒有對動力電池的不同動態(tài)過程進(jìn)行系統(tǒng)研宄，這導(dǎo)致對動力電池的動態(tài)特性認(rèn)識不 清，建立的模型缺乏機(jī)理解釋，并最終影響了動力電池外特性測定精度。為了解決這一問 題，一些研宄引入了大量經(jīng)驗參數(shù)來輔助動力電池的外特性測定，這些經(jīng)驗參數(shù)的選取往 往包含有研宄者個人的主觀因素以及動力電池測試條件中的偶然因素，并不能客觀地反映 動力電池特性，最終導(dǎo)致這些動力電池外特性測定工作可重復(fù)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提出一種測定動力電池的動態(tài)外特性的方法，通過在不同工作電 流上疊加動態(tài)激勵的方法來獲取不同工作電流附近動力電池的動態(tài)外特性，基于動力電池 的恒流特性曲線以及曲線求差的方法來近似消除動力電池動態(tài)外特性中混疊的時變特性， 最終稿實現(xiàn)對動力電池動態(tài)外特性的精確測定。
[0009] 本發(fā)明提出的測定動力電池的動態(tài)外特性的方法，包括以下步驟：
[0010] (1)根據(jù)動力電池產(chǎn)品手冊規(guī)定的動力電池標(biāo)準(zhǔn)放電電流、與標(biāo)準(zhǔn)放電電流相對 應(yīng)的截止電壓、標(biāo)準(zhǔn)充電電流、標(biāo)準(zhǔn)充電電壓以及與標(biāo)準(zhǔn)充電電壓相對應(yīng)的截止電流，對動 力電池進(jìn)行多次標(biāo)準(zhǔn)充放電循環(huán)操作，最后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)充電，將動力電池滿充或滿放；
[0011] ⑵從動力電池產(chǎn)品手冊規(guī)定的動力電池安全工作范圍中，獲取動力電池的N個 工作電流，記為U i2,……，iN，并根據(jù)動力電池產(chǎn)品手冊得到與各個工作電流相對應(yīng)的截 止電壓；
[0012] (3)以步驟（2)的各工作電流分別對步驟（1)滿充或滿放的動力電池進(jìn)行恒流充 電或放電操作，使每次在一個工作電流下的恒流充電或放電操作的截止電壓為步驟（2)中 的動力電池產(chǎn)品手冊規(guī)定的截止電壓，每次恒流充電或放電操作過程中，記錄不同工作電 流下動力電池的端電壓隨時間變化的曲線，記為恒流特性曲線，同時記錄動力電池在不同 工作電流下持續(xù)的工作時間T ;再對動力電池進(jìn)行一次或多次如步驟（1)的標(biāo)準(zhǔn)充電或放 電操作，使得動力電池最終處于動力電池產(chǎn)品手冊中所規(guī)定的滿充或滿放狀態(tài)；
[0013] (4)從步驟⑵的N個工作電流中選取任意兩個不同的工作電流ij和i k，以工作 電流ij對動力電池進(jìn)行持續(xù)時間為t i的恒流操作，隨后以工作電流i k對動力電池進(jìn)行持 續(xù)時間為t2的恒流操作，直到動力電池的端電壓達(dá)到與動力電池產(chǎn)品手冊中所規(guī)定的工作 電流i k相對應(yīng)的截止電壓，并記錄兩次恒流操作過程中動力電池的工作電流隨時間變化的 曲線，記為工作電流曲線，以及動力電池端電壓隨時間變化的曲線，記為動態(tài)特性曲線；最 后對動力電池進(jìn)行一次或多次如步驟（1)的標(biāo)準(zhǔn)充電或放電操作，使得動力電池最終處于 動力電池產(chǎn)品手冊中所規(guī)定的滿充或滿放狀態(tài)；
[0014] (5)將步驟（4)的工作電流曲線的各點縱坐標(biāo)的工作電流值減去L，刪除工作電 流曲線的橫坐標(biāo)L之前的曲線段以及橫坐標(biāo)t Jt2-IO^ XTk之后的曲線段，得到縱坐標(biāo)的 初始值為〇、終止值為ik_ij的工作電流