一種測定動(dòng)力電池的動(dòng)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(dòng)力電池的動(dòng)態(tài)外特性的方法，尤其涉及動(dòng)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(dòng)汽車技術(shù)的進(jìn)步，電池儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)中動(dòng)力電池的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并對動(dòng)力 電池外特性進(jìn)行預(yù)測。其中，對動(dòng)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(xiàng)工作決定了整個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行效率與安全性。
[0003] 目前動(dòng)力電池的外特性測定研宄主要體現(xiàn)為動(dòng)力電池的建模研宄。常見的動(dòng)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(dòng) 力電池內(nèi)部的物理化學(xué)過程，有助于對動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力電池等效電路模型的一般結(jié)構(gòu)以及動(dòng)力電池的外特性測定方 法，并建立了鉛酸動(dòng)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(dòng)力電池的 開路電壓，使用兩個(gè)可變電阻分別表示動(dòng)力電池的歐姆內(nèi)阻與活化極化內(nèi)阻，使用一個(gè)電 阻電容并聯(lián)支路表示動(dòng)力電池的濃差極化及其動(dòng)態(tài)過程，使用一個(gè)受控電流源支路表示動(dòng) 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(dòng)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(dòng)力電池外特性測定存在較大偏差，但是 該文獻(xiàn)給出的動(dòng)力電池等效電路模型一般結(jié)構(gòu)以及動(dòng)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(dòng)力電池具有較強(qiáng)非線性特性與時(shí)變特性，其動(dòng)態(tài)外特性為內(nèi)部不同動(dòng)態(tài)過 程的共同作用結(jié)果，并且其中一些動(dòng)態(tài)過程與動(dòng)力電池的時(shí)變特性存在混疊。為了對動(dòng)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(shí)變特性分量， 并在建模過程中對動(dòng)力電池內(nèi)部的不同動(dòng)態(tài)過程分別建模。然而，現(xiàn)有的動(dòng)力電池建模工 作并沒有對動(dòng)力電池的不同動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行系統(tǒng)研宄，這導(dǎo)致對動(dòng)力電池的動(dòng)態(tài)特性認(rèn)識(shí)不 清，建立的模型缺乏機(jī)理解釋，并最終影響了動(dòng)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(yàn)參數(shù)來輔助動(dòng)力電池的外特性測定，這些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的選取往 往包含有研宄者個(gè)人的主觀因素以及動(dòng)力電池測試條件中的偶然因素，并不能客觀地反映 動(dòng)力電池特性，最終導(dǎo)致這些動(dòng)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(dòng)力電池的動(dòng)態(tài)外特性的方法，通過在不同工作電 流上疊加動(dòng)態(tài)激勵(lì)的方法來獲取不同工作電流附近動(dòng)力電池的動(dòng)態(tài)外特性，基于動(dòng)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(dòng)力電池動(dòng)態(tài)外特性中混疊的時(shí)變特性， 最終稿實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力電池動(dòng)態(tài)外特性的精確測定。
[0009] 本發(fā)明提出的測定動(dòng)力電池的動(dòng)態(tài)外特性的方法，包括以下步驟：
[0010] (1)根據(jù)動(dòng)力電池產(chǎn)品手冊規(guī)定的動(dòng)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(dòng) 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(dòng)力電池滿充或滿放；
[0011] ⑵從動(dòng)力電池產(chǎn)品手冊規(guī)定的動(dòng)力電池安全工作范圍中，獲取動(dòng)力電池的N個(gè) 工作電流，記為U i2,……，iN，并根據(jù)動(dòng)力電池產(chǎn)品手冊得到與各個(gè)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(dòng)力電池進(jìn)行恒流充 電或放電操作，使每次在一個(gè)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(dòng)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(dòng)力電池的端電壓隨時(shí)間變化的曲線，記為恒流特性曲線，同時(shí)記錄動(dòng)力電池在不同 工作電流下持續(xù)的工作時(shí)間T ;再對動(dòng)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(dòng)力電池最終處于動(dòng)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(gè)工作電流中選取任意兩個(gè)不同的工作電流ij和i k，以工作 電流ij對動(dòng)力電池進(jìn)行持續(xù)時(shí)間為t i的恒流操作，隨后以工作電流i k對動(dòng)力電池進(jìn)行持 續(xù)時(shí)間為t2的恒流操作，直到動(dòng)力電池的端電壓達(dá)到與動(dòng)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(dòng)力電池的工作電流隨時(shí)間變化的 曲線，記為工作電流曲線，以及動(dòng)力電池端電壓隨時(shí)間變化的曲線，記為動(dòng)態(tài)特性曲線；最 后對動(dòng)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(dòng)力電池最終處于 動(dòng)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(diǎn)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