[发明专利]基于电化学模型的动力锂电池状态估计构建系统及方法

权利要求书

1.一种基于电化学模型的动力锂电池状态估计构建方法，其特征在于，包括：

电化学模型构建步骤：构建动力锂电池的电化学模型；

等效电路模型构建步骤：将所述电化学模型与动力锂电池的等效电路模型相匹配；

代码生成步骤：将所述等效电路模型经过仿真转换为可执行代码导入电池管理系统进行动力锂电池状态估计；

所述电化学模型的构建包括：

对电池电化学模型的控制方程在s域内进行求解，假设电池系统的输入为电流I，输出为电压V，得到电池系统的传递函数为：

通过得到电池系统中各电压组成部分对于电流I的传递函数，再通过传递函数的相加即可获得电池系统输出电压对于输入电流的传递函数，即电池系统的阻抗模型；

电池系统涉及到的方程呈现非线性关系，在求解过程中获得的传递函数不一定具有有理多项式的形式，因此对所述获得的传递函数进行一定的简化处理，采用Pade逼近方法在给定目标逼近阶数的条件下，Pade逼近法将任意一个函数近似表达成两组有理多项式之比的形式；

电池系统的输出电压中包含有电池正负电极的开路电势，其大小与固相粒子中的表面离子浓度有关，电池正负电极的开路电势是电池正负电极粒子表面离子浓度的函数，电势和正负极表面锂离子浓度之间建立一一对应的关系，把锂离子电池固相粒子表面离子浓度与电极中最大离子浓度的比值通常定义为化学当量；

通过建立粒子表面离子浓度与电势之间的关系，便能建立所述电池系统中正负电极开路电势与电流之间的关系，再把固相电极中的离子浓度控制方程和边界条件通过以下Fick第二扩散定律来描述：

再把所见方程确立对应的边界条件为：

通过所建立的非稳态偏微分方程，获得固相电极离子浓度对于电流的传递函数解析解，并对所述偏微分方程进行Laplace变换并在s域内进行求解，最终获得固相电极粒子表面离子浓度C_s(R_s,x,s)对于电化学反应速率J^Li(x,s)的传递函数为：

电池电化学模型与等效电路模型，通过传递函数建立起直接表达关系，包括：

锂离子电池正负电极与电解液接触部位由于电化学反应将产生一定的过电压，反应过程可以通过Bulter-Volmer方程进行描述：

其中，α_a和α_c分别是阳极和阴极的传递系数，其数值为0.5；

再把Bulter-Volmer方程右端的指数函数在零点处进行一阶泰勒展开，并进行Laplace变换可以得到以下关系：

从而得到所述锂离子电池电化学模型中经Laplace变换后过电势对电化学反应速率的传递函数：

将电化学方程中的电解液电势控制方程中涉及到电解液电势，同时获得电解液中锂离子浓度，在对方程进行了线性化处理基础之上，简化的方程表达式如下：

考虑到所述电解液的有效电导率κ^eff与所述电解液的有效离子扩散电导率之间存在以下数学关系，在x方向进行一次数学积分操作，得到：

通过在x方向再进行一次数学积分操作，得到所述电化学模型中电解液电势差的表达式为：

由于所述电解液中的锂离子分布在电池整个区域，因此所述电解液中锂离子物质守恒方程在电池的负极、隔膜和正极区域分别给出：

负极：

隔膜：

正极：

结合电化学反应速率与电流之间的关系可以得到电池电解液电势差对于电流的传递函数：

将电池电化学模型中的电解液电势差对于输入电流的传递函数，经过数学处理得到电池系统动态电压对于输入电流的传递函数解析解，即为详细的锂离子电池参数化传递函数模型的具体表达，表达方式如下：

2.根据权利要求1所述的基于电化学模型的动力锂电池状态估计构建方法，其特征在于，所述模型构建步骤通过对动力锂电池内部各部分表达的偏微分控制方程的建模、求解与简化获得。