CN108594125A - 锂电池模型参数辨识装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于锂电池参数测量的电子装置领域,公开锂电池模型参数辨识装置,包括:微处理器、输入设备、数据采集传感器和上位机;其中,所述微处理器连接于输入设备、数据采集传感器和上位机,所述数据采集传感器连接于电池,以采集电池的电流数据和电压数据,所述输入设备输入充放电时间和充放电次数,所述微处理器将所采集的充放电过程中的电流数据和电压数据发送至所述上位机。该锂电池模型参数辨识装置克服了现有技术中的锂电池对测量的实时性、精度要求较高,手动操作难以完成的问题,实现了对锂电池数学模型的参数辨识。
Description
技术领域
本发明涉及用于锂电池参数测量的电子装置,具体地,涉及锂电池模型参数辨识装置。
背景技术
随着新能源汽车的兴起,锂电池作为动力电池应用日益广泛。为了更好的使用与维护锂电池,在研究锂电池的基本特性、使用情况时需要建立锂电池的数学模型,如戴维宁模型、Randles模型,然后通过可测得的物理量对数学模型中的参数进行辨识。参数辨识的过程中,通常采用混合脉冲功率实验,对电池进行周期性的充放电。此过程中对测量的实时性、精度要求较高,手动操作难以完成。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池模型参数辨识装置,该锂电池模型参数辨识装置克服了现有技术中的锂电池对测量的实时性、精度要求较高,手动操作难以完成的问题,实现了对锂电池数学模型的参数辨识。
为了实现上述目的,本发明提供一种锂电池模型参数辨识装置,该锂电池模型参数辨识装置包括:微处理器、输入设备、数据采集传感器和上位机;其中,所述微处理器连接于输入设备、数据采集传感器和上位机,所述数据采集传感器连接于电池,以采集电池的电流数据和电压数据,所述输入设备输入充放电时间和充放电次数,所述微处理器将所采集的充放电过程中的电流数据和电压数据发送至所述上位机。
优选地,该锂电池模型参数辨识装置还包括:内存卡,所述内存卡连接于所述微处理器,以保存所采集的电流数据和电压数据。
优选地,所述数据采集传感器包括:电流传感器和电压传感器,所述电流传感器连接于所述电池,以进行电流数据的采集,所述电压传感器连接于所述电池,以进行电压数据的采集。
优选地,所述数据采集传感器包括:温度传感器,所述温度传感器连接于所述电池,以进行温度数据的采集,并将采集的温度数据发送至所述微处理器。
优选地,所述微处理器通过串口连接于所述上位机,所述上位机形成电池数学模型。
优选地,所述微处理器通过电气开关连接于所述电池,以通过所述电气开关控制所述电池的充放电。
通过上述技术方案,本发明的锂电池模型参数辨识装置可用于锂电池的充放电实验的控制,实现对锂电池数学模型的参数辨识,为后续了解锂电池的基本特性与使用情况提供基础。通常对锂电池进行充放电实验,测量锂电池的充放电电流和特定时刻的端电压实现对锂电池数学模型参数的辨识。参数辨识的过程中对物理量测量的实时性以及精度要求较高,手动操作无法满足要求。本发明专利设计了一种自动测量装置,可通过按键设置充放电时间,由微处理器通过驱动电路控制电池的充、放电。并自动记录充、放电过程中电池充放电电流、电池的端电压,通过串口发送到上位机,经过计算后,实现对锂电池数学模型的参数辨识。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是说明本发明的一种锂电池模型参数辨识装置的结构框图;
图2是说明本发明的一种锂电池的Randles模型图;
图3是说明本发明的一种锂电池的混合脉冲功率实验测试示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
本发明提供一种锂电池模型参数辨识装置,该锂电池模型参数辨识装置包括:微处理器、输入设备、数据采集传感器和上位机;其中,所述微处理器连接于输入设备、数据采集传感器和上位机,所述数据采集传感器连接于电池,以采集电池的电流数据和电压数据,所述输入设备输入充放电时间和充放电次数,所述微处理器将所采集的充放电过程中的电流数据和电压数据发送至所述上位机。
通过上述技术方案,本发明的锂电池模型参数辨识装置可用于锂电池的充放电实验的控制,实现对锂电池数学模型的参数辨识,为后续了解锂电池的基本特性与使用情况提供基础。通常对锂电池进行充放电实验,测量锂电池的充放电电流和特定时刻的端电压实现对锂电池数学模型参数的辨识。参数辨识的过程中对物理量测量的实时性以及精度要求较高,手动操作无法满足要求。本发明专利设计了一种自动测量装置,可通过按键设置充放电时间,由微处理器通过驱动电路控制电池的充、放电。并自动记录充、放电过程中电池充放电电流、电池的端电压,通过串口发送到上位机,经过计算后,实现对锂电池数学模型的参数辨识。
本发明专利由微处理控制锂电池的充电、放电时间,并自动记录充放电过程中特定时刻锂电池的端电压以及充放电电流,精确高。本发明专利含有温度传感器可记录下不同温度下,电池内部参数的值,用于研究温度对电池参数的影响。本发明专利可通过输入设备设置电池的充放电次数,用于研究充放电循环次数对电池参数的影响。本发明专利可以通过输入设备设置充电时间、放电时间,以及充放电循环次数以及通过可编程电源和可编程负载仪设置锂电池的充放电倍率以模拟实际工况。用于研究不同工况下,锂电池的内部参数的值。本发明专利可将每次充放电所测数据以文本格式存储到SD卡中,便于后续对数据的处理。所述的微处理器可用STM32F103RCT6单片机,所述的输入设备可用矩阵键盘,所述的显示的设备可用2.8寸TFT液晶显示屏,所述的电流传感器可用高精度霍尔电流传感器。
在本发明的一种具体实施方式中,该锂电池模型参数辨识装置还可以包括:内存卡,所述内存卡连接于所述微处理器,以保存所采集的电流数据和电压数据。本发明可将每次充放电所测数据以文本格式存储到SD卡中,便于后续对数据的处理。
在本发明的一种具体实施方式中,所述数据采集传感器可以包括:电流传感器和电压传感器,所述电流传感器连接于所述电池,以进行电流数据的采集,所述电压传感器连接于所述电池,以进行电压数据的采集。
微处理器通过电流传感器测量锂电池的充放电电流,微处理器通过电压传感器测量锂电池的端电压。输入设备与显示设备直接与微处理器相电联,可以实现装置充放电时间,充放电次数等参数的设置。
在本发明的一种具体实施方式中,所述数据采集传感器可以包括:温度传感器,所述温度传感器连接于所述电池,以进行温度数据的采集,并将采集的温度数据发送至所述微处理器。
在本发明的一种具体实施方式中,所述微处理器通过串口连接于所述上位机,所述上位机形成电池数学模型。
在本发明的一种具体实施方式中,所述微处理器通过电气开关连接于所述电池,以通过所述电气开关控制所述电池的充放电。可编程电源通过电气开关与电池相连接,电池通过电气开关与可编程负载仪相连接,其中,微处理通过驱动电路可以控制上述电气开关的导通与关断,实现在规定的时间内控制电池的按照规定的倍率充电与放电。
常用的锂电池的Randles模型能较好描述电池特性,且运算量小,被广泛使用。如图2所示,UL为电池端电压,UOCV电池的开路电压,R0为电池内阻,R1C1、R2C2两个RC环节用于描述电池充放电时的极化效应,充放电过程中极化电容C1、C2两端分得的电压分别为:U1、U2,充放电的电流为I。其中锂电池内阻R0,极化电阻R1、R2,极化电容C1、C2的值为待辨识参数。根据电路原理令τ1=R1C1,τ2=R2C2,则有:
UOCV(SOC)=IR0+U1+U2;
U1(0)、U2(0)分别为电容C1、C2两端电压的初值,UOCV(SOC)表示电池开路电压与电池SOC之间的函数。
通过混合脉冲实验,可以实现对电池参数的辨识。设置可编程负载仪对锂电池以I0恒流放电T1时间,静置T2时间,以I0恒流充电T1时间,静置T2时间,针对不同型号的锂电池,时间参数T1、T2可通过与微处理器相连的输入设备进行设置。此过程中I0与电池的端电压UL如图3所示,利用本参数辨识装置记录下不同时刻,充、放电电流I0,并记录图3中t1、t2、t3、t4时刻锂电池的端电压u1、u2、u3、u4。
在放电及充电刚停止时,电池的端电压因为其内阻而发生瞬时变化,由此估计出电池的放电电阻R0和充电电阻R'0;
在充电或放电结束后,静置T2时间后,电流为0,电池电压为令输入响应,故
利用最小二乘法可以估算出锂电池的放电时间常数τ1、充电时间常数τ2,电池静置足够长时间后,刚开始充电时,电池内部极化电容C1、C2两端的电压:U1、U2为零状态响应。
通过最小二乘法可拟合出锂电池的放电极化电阻R1、R2,充电极化电阻R1'、R'2,从而实现对锂电池充放电过程中参数的辨识。
在每次测量时,微处理器读取温度传感器测量结果,并记录到SD卡中,用于研究温度对锂电池内部参数的影响。
通过输入设备可以设置循环充放电的次数,由微处理器通过驱动电路控制可编程电源对锂电池以规定的倍率的充电以及控制可编程负载仪以规定倍率对锂电池的放电。测量装置将每次充放电数据记录到SD卡中研究充放电次数对电池内部参数的影响。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (6)
1.一种锂电池模型参数辨识装置,其特征在于,该锂电池模型参数辨识装置包括:微处理器、输入设备、数据采集传感器和上位机;其中,所述微处理器连接于输入设备、数据采集传感器和上位机,所述数据采集传感器连接于电池,以采集电池的电流数据和电压数据,所述输入设备输入充放电时间和充放电次数,所述微处理器将所采集的充放电过程中的电流数据和电压数据发送至所述上位机。
2.根据权利要求1所述的锂电池模型参数辨识装置,其特征在于,该锂电池模型参数辨识装置还包括:内存卡,所述内存卡连接于所述微处理器,以保存所采集的电流数据和电压数据。
3.根据权利要求1所述的锂电池模型参数辨识装置,其特征在于,所述数据采集传感器包括:电流传感器和电压传感器,所述电流传感器连接于所述电池,以进行电流数据的采集,所述电压传感器连接于所述电池,以进行电压数据的采集。
4.根据权利要求1所述的锂电池模型参数辨识装置,其特征在于,所述数据采集传感器包括:温度传感器,所述温度传感器贴近于所述电池,以进行温度数据的采集,并将采集的温度数据发送至所述微处理器。
5.根据权利要求1所述的锂电池模型参数辨识装置,其特征在于,所述微处理器通过串口连接于所述上位机,由所述的微处理器采集数据,发送给所述上位机,上位机形成电池数学模型。
6.根据权利要求1所述的锂电池模型参数辨识装置,其特征在于,所述微处理器通过电气开关连接于所述电池,以通过所述电气开关控制所述电池的充放电。
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