一种基于Simscape平台的电池建模方法

【专利摘要】本发明公开了一种基于Simscape平台的电池建模方法，包括以下步骤：HPPC试验提取等效电路模型中参数；电池道路循环工况老化试验，每次循环后测试电池容量及欧姆内阻；基于Simscape平台建立等效电路模型中的各电路模块；依据建立的各电路模块建立单体电池子模型；将单体电池子模型并联建立单节电池子模型；将单节电池子模型串联建立电池组整体模型；对电池组整体模型中的各单体电池子模型进行老化因子的设定。本发明的建模精度高于目前较常用的电动汽车仿真软件ADVISOR。基于Simscape平台的建模方法为将来的建模提供一种新的思路与方法，其具有建模简单，灵活性强等优势。

【专利说明】—种基于Simscape平台的电池建模方法

【技术领域】

[0001]本发明涉及一种建模方法,尤其涉及一种基于Simscape平台的电池建模方法。

【背景技术】[0002]随着电动汽车的普及，安全问题越来越引起人们的关注，电动汽车的安全问题归根到底是动力电池的安全，电动汽车动力电池组一般由多个单体电池构成，由于单体电池的不一致，将导致某些单体电池在电池组使用过程中出现过充、过放的现象，引起电动汽车的安全问题。

[0003]电动汽车动力电池组一般由多个单体电池并联、串联组成，由于不同单体电池间的差异，使电池组的使用性能远远低于单体电池原有的水平，单体电池间的差异随电池组的使用时间而增加。由于试验环境及条件的局限性，仿真技术在电动汽车动力电池的匹配研究中扮演着重要的角色。针对此，前人提出了多种等效电路模型，例如Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型、RC模型、GNL模型等。在对电池组整体性能研究中，普遍采用Matlab/Simulink平台进行建模分析,但Matlab/Simulink平台建模需要根据物理规律提出数学方程，再根据数学模型搭建相应的仿真模型，这在进行并联电路、复杂电路仿真时显得繁琐。本申请专利提出了基于Simscape平台的电池建模方法。

[0004]研究单体电池差异对电池组使用性能的影响，对提高电动汽车动力电池组的使用性能有着重要的理论意义和实用价值。

【发明内容】

[0005]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于Simscape平台的电池建模方法，本发明的建模精度高于目前较常用的电动汽车仿真软件ADVISOR。基于Simscape平台的建模方法为将来的建模提供一种新的思路与方法，其具有建模简单，灵活性强等优势。

[0006]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:

[0007]—种基于Simscape平台的电池建模方法,包括以下步骤:

[0008]步骤一:HPPC试验提取不同电池温度、电池电流及电池SOC下的等效电路模型中参数，建立各电池模型参数与电池温度、充放电电流、单体电池SOC的多维表；Hybrid PulsePower Characteristic 即 HPPC,电池荷电状态即 State of charge,缩写:S0C ；

[0009]步骤二:电池道路循环工况老化试验，每次循环后测试电池容量及欧姆内阻，获取电池容量随电池循环使用次数衰减曲线及电池欧姆内阻随电池循环使用次数增加曲线；随着电池的使用，电池将出现容量下降及欧姆内阻增加的现象，这种被称为电池老化，为了更真实的模拟实际情况，对电池的老化情况进行测试，以分别获取电池容量随电池循环使用次数衰减曲线及电池欧姆内阻随电池循环使用次数增加曲线；

[0010]步骤三:基于Simscape平台按照等效电路原理建立电池等效电路模型中各等效电路1?块；

[0011]步骤四:依据等效电池等效电路模型，结合步骤三建立的等效电路模型中的各模块，按照电路连接原理对各模块进行电气规则连接，最后得到单体电池模型，再将单体电池模型利用平台自带的功能建立单体电池子模块，单体电池子模型的标定及验证利用HPPC试验建立的多维表及测试的数据；

[0012]步骤五:将单体电池模型并联得到单节电池模型；步骤四中建立了单体电池子模块，实际中一般将单体电池先并联得到单节电池，故模型中也按照电路连接原理对各单体电池子模块进行并联，以建立单节电池子模块；

[0013]步骤六:将单节电池模型串联建立电池组整体模型；步骤五中建立了单节电池子模块，实际中一般将单节电池串联得到电动汽车上电池组，故模型中也按照电路连接原理对各单单节电池子模块进行串联，以建立电池组模型；

[0014]步骤七:对电池组整体模型中的各单体电池子模型进行老化因子的设定。步骤二中已经指出随着电池的使用，电池老化，为了更真实的模拟电池实际情况，对电池组整体模型中各单体电池给定老化因子；不同单体电池间不可避免存在差异，这些差异在模型中也是通过老化因子描述。

[0015]等效模型参数其中包括等效电路模型中的开路电压、欧姆内阻、极化内阻、极化电容等，这里需要根据具体的等效电路模型决定需要提取哪些模型参数，等效模型参数的提取是为了标定仿真模型。

[0016]所述步骤一中电池等效电路模型包括开路电压模型、欧姆内阻模型、极化内阻模型、极化电容模型。

[0017]所述步骤一中 电池等效电路模型为一阶RC等效电路模型。这里仅仅是以一阶RC等效电路模型为例，并不仅仅局限于此，可拓展。

[0018]所述步骤三中各个电路模块，包括开路电压模块、电阻模块、电容模块、温度模块及SOC估算模块。

[0019]所述温度模块根据单体电池内部耗能来计算单体电池内部温度，温度计算原理采用

【权利要求】

1.一种基于Simscape平台的电池建模方法,其特征是,包括以下步骤: 步骤一:HPPC试验提取不同电池温度、电池电流及电池SOC下的等效电路模型中参数，建立各电池模型参数与电池温度、充放电电流、单体电池SOC的多维表； 步骤二:电池道路循环工况老化试验，每次循环后测试电池容量及欧姆内阻，获取电池容量随电池循环使用次数衰减曲线及电池欧姆内阻随电池循环使用次数增加曲线； 步骤三:基于Simscape平台按照等效电路原理建立电池等效电路模型中各等效电路模块； 步骤四:依据等效电池等效电路模型，结合步骤三建立的等效电路模型中的各模块，按照电路连接原理对各模块进行电气规则连接，最后得到单体电池模型，再将单体电池模型利用平台自带的功能建立单体电池子模块，单体电池子模型的标定及验证利用HPPC试验建立的多维表及试验数据； 步骤五:将单体电池模型并联得到单节电池模型； 步骤六:将单节电池模型串联建立电池组整体模型； 步骤七:对电池组整体模型中的各单体电池子模型进行老化因子的设定。

2.如权利要求1所述的一种基于Simscape平台的电池建模方法,其特征是,所述步骤一中的电池等效电路模型中的模型参数包括开路电压、欧姆内阻、极化内阻及极化电容。

3.如权利要求1所述的一种基于Simscape平台的电池建模方法,其特征是,所述步骤一中电池等效电路模型为一阶RC等效电路模型。

4.如权利要求1所述的一种基于Simscape平台的电池建模方法,其特征是,所述步骤三中各个电路模块，包括开路电压模块、电阻模块、电容模块、温度模块及SOC估算模块。

5.如权利要求4所述的一种基于Simscape平台的电池建模方法,其特征是,所述温度模块根据单体电池内部耗能来计算单体电池内部温度，温度计算原理采用

6.如权利要求5所述的一种基于Simscape平台的电池建模方法,其特征是,所述电池内部消耗能量来自于电池欧姆内阻及极化内阻，其计算公式如式(2)所示:

7.如权利要求4所述的一种基于Simscape平台的电池建模方法,其特征是,所述SOC估算模块用于估算电池组整体soc，SOC估算采用安时积分法，计算公式如下:

【文档编号】G06F17/50GK103632018SQ201310721879

【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日

【发明者】程勇, 王丽梅 申请人:山东大学