考虑温度和SOC双因素的锂电池等效电路模型建立方法与流程

技术特征：
1.一种考虑温度和soc双因素的锂电池等效电路模型建立方法，其特征在于，包括：选择样本电池，设计正交试验；根据所述样本电池构建等效电路模型，根据所述正交试验的实验条件下测量电化学阻抗谱曲线，利用复非线性最小二乘方法估计所述等效电路模型的模型参数；其中，所述等效电路模型的模型参数包括多个；基于所述正交试验，以阿伦尼乌斯模型为基础、多项式模型为参数，利用分段函数表示的方式对所述等效电路模型的模型参数进行表示得到正交分段多项式阿伦尼乌斯模型；选择不同段数和不同阶段，利用非线性最小二乘方法估计正交分段多项式阿伦尼乌斯模型的模型参数；获取最优段数和阶数预测效果最好的最优模型参数，将所述最优模型参数加载到对应段数和阶数的正交分段多项式阿伦尼乌斯模型，得到最优阿伦尼乌斯参数模型；选择温度和soc值加载到最优阿伦尼乌斯参数模型中获得等效电路模型的最优参数，得到最优等效电路模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设计正交试验，包括：选择试验因素，确定试验水平；其中，所述实验因素包括：温度和soc；确定试验水平为确定温度因素和soc因素的水平；根据因素、试验水平以及是否需要考察交互作用选择正交表；将试验因素和交互作用安排到所述正交表中，将所述正交表中各列的不同水平数字换成对应各因素相应水平值，构成正交试验。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述样本电池构建等效电路模型，根据所述正交试验的实验条件下测量电化学阻抗谱曲线，利用复非线性最小二乘方法估计所述等效电路模型的参数，包括：根据所述样本电池构建等效电路模型；根据所述等效电路模型获取所述等效电路模型的阻抗；利用复非线性最小二乘方法通过所述等效电路模型的实验阻抗与计算阻抗估计所述等效电路模型的参数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述等效电路模型为二阶rc等效电路模型；所述二阶rc等效电路模型的复阻抗计算公式为：z
ecm
＝z
ro
z
ri
z
rct
zw其中，z
ecm
为复阻抗，z
ro
为欧姆阻抗，z
ri
为锂离子在sei膜迁移阻抗，为电荷转移阻抗，z
w
为锂离子在活性物质颗粒内的固态扩散阻抗，r
o
为欧姆电阻之和，r
i
为sei膜迁移电阻之和，r
ct
为电荷转移电阻之和，q
i
和q
ct
为广义容量；n
i
和n
ct
为抑制因子，取0～1之间的实数；r
w
为warburg电阻，τ
w
为扩散时间常数，n
w
在0～1之间变化。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用复非线性最小二乘方法通过所述等效电路模型的实验阻抗与计算阻抗估计所述等效电路模型的模型参数，其计算公式为：
其中，k为频率的个数，z
′
exp
(ωk)和z
″
exp
(ω
k
)分别是ω
k
处的实验阻抗的实部和虚部，z
′
cal
(ω
k
)和z
″
cal
(ω
k
)分别是计算出的ω
k
处阻抗的实部和虚部；其中，利用复非线性最小二乘方法使得实验阻抗与计算阻抗之差的平方和误差最小时，确定为所述等效电路模型的模型参数。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述正交试验，以阿伦尼乌斯模型为基础、多项式模型为参数，利用分段函数表示的方式得到正交分段多项式阿伦尼乌斯模型，选择不同段数和不同阶段，利用非线性最小二乘方法估计正交分段多项式阿伦尼乌斯模型的模型参数，包括：基于所述正交试验，以温度影响的阿伦尼乌斯模型为基础，以soc影响的多项式模型为参数，建立考虑温度和soc双因素交互作用的等效电路参数模型；对所述等效电路参数模型以分段函数的形式表示，得到正交分段多项式阿伦尼乌斯模型；选择不同段数和不同的阶数，利用非线性最小二乘方法估计正交分段多项式阿伦尼乌斯模型的模型参数。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，考虑温度和soc双因素交互作用的等效电路参数模型的公式为：考虑温度和soc双因素交互作用的等效电路参数模型的公式为：考虑温度和soc双因素交互作用的等效电路参数模型的公式为：其中，r
x
(t，soc)为等效电路模型参数在不同温度和soc下的函数，包括：[r
o
，r
i
，n
i
，q
t
，r
ct
，n
ct
，q
ct
，r
w
，τ
w
，n
w
]；r
x，a
(soc)为阿伦尼乌斯模型比例常数的多项式函数；r
x，ea
(soc)为阿伦尼乌斯模型活化能的多项式函数；所述利用分段函数表示的方式得到的正交分段多项式阿伦尼乌斯模型的表达式为：选择不同段数和不同的阶数，利用非线性最小二乘方法估计正交分段多项式阿伦尼乌斯模型的模型参数的计算公式为：其中，i为soc的个数，j为温度的个数，r
x，exp
(t
j
，soc
i
)是soc
i
和t
j
处的实验阻抗，r
x，cal
(t
j
，soc
i
)是计算出的soc
i
和t
j
处的阻抗。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据最优等效电路模型获取复阻抗的预测值。9.一种考虑温度和soc双因素的锂电池等效电路模型建立装置，其特征在于，包括：选择模块，用于选择样本电池，设计正交试验；第一构建模块，用于根据所述样本电池构建等效电路模型，根据所述正交试验的实验条件下测量电化学阻抗谱曲线，利用复非线性最小二乘方法估计所述等效电路模型的模型参数；其中，所述等效电路模型的模型参数包括多个；第二构建模块，用于基于所述正交试验，以阿伦尼乌斯模型为基础、多项式模型为参数，利用分段函数表示的方式对所述等效电路模型的模型参数进行表示得到正交分段多项式阿伦尼乌斯模型，选择不同段数和不同阶段，利用非线性最小二乘方法估计正交分段多项式阿伦尼乌斯模型的模型参数；获取模块，用于获取最优段数和阶数预测效果最好的最优模型参数，将所述最优模型参数加载到对应段数和阶数的正交分段多项式阿伦尼乌斯模型，得到最优阿伦尼乌斯参数模型；选择温度和soc值加载到最优阿伦尼乌斯参数模型中获得等效电路模型的最优参数，得到最优等效电路模型。

技术总结
本发明涉及一种考虑温度和SOC双因素的锂电池等效电路模型建立方法，所述方法包括对正交实验进行设计，然后根据正交实验设计中的温度和SOC因素影响，构建ECM模型，估计ECM模型的参数，然后以阿伦尼乌斯模型为基础，多项式模型为参数，用分段函数的形式描述，得到OPPA模型，通过选择不同的段数和阶数，估计OPPA模型的模型参数，加载预测结果最好段数和阶数的参数，代入OPPA模型获取ECM模型的参数，从而获取OPPA-ECM模型。本发明设计了双因素正交试验，基于温度影响阿伦尼乌斯方程的形式，结合SOC影响多项式模型，建立了OPPA模型。利用OPPA修正ECM模型的参数，进而使ECM模型在未知温度和SOC条件下对EIS阻抗谱表现出较好的预测性能。SOC条件下对EIS阻抗谱表现出较好的预测性能。SOC条件下对EIS阻抗谱表现出较好的预测性能。


技术研发人员：冯飞 谢翌 杨瑞 章治国 李夔宁 柴毅 牟丽莎
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2021.10.25
技术公布日：2022/3/25