一种用于评价车用动力电池性能参数的仿真模型

摘要

本发明涉及一种用于评价车用动力电池性能参数的仿真模型，包括一基本参数输入模型、一算法模型、一示波器模型和一故障报警模型，所述基本参数输入模型用于根据实际所评价的车用动力电池的具体参数进行输入配置，所述算法模型对电池性能参数进行实时仿真计算，所述示波器模型根据所述算法模型计算的仿真数据实时显示各性能参数动态变化的二维曲线，所述故障报警模型根据设定的各性能参数阀值对各性能参数出现故障时进行实时的报警。本发明通过锂离子电池的模型研究不仅能找出进一步提高电池性能和优化充放电过程的方法，还能够将电池模型嵌入到电动汽车模型系统中对整车进行仿真研究。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源汽车动力电池性能评价测试领域，尤其是一种用于评价车用动力电池性能参数的仿真模型。

背景技术

作为新能源汽车上动力来源之一或者唯一动力源，动力电池扮演着不可或缺的角色。当前世界范围内，动力电池的性能研究还不够深入，尤其在国内，不同电池厂家生产的同种规格的动力电池在表面上看似相同，但在实际的测试或应用中，其性能存在着千变万化的差异。   

电动汽车动力电池模型描述的主要是各种影响因素和电池工作特性之间的数学关系。电池及电池组的数学模型直接影响电池组和电动车辆性能分析、参数匹配及计算机仿真，综合大量电池模型的研究文献，按照模型研究内容可以将电动汽车用动力电池模型分为电池性能模型、电化学模型、不一致性模型、热模型等。电化学模型基于电化学理论并采用数学方法描述电池内部的反应过程，主要描述电池的电压特性、电池电极、隔膜的电流分布、超电势变化等；由于电池的电化学机理模型与实际环境状况有关，建立精确的电化学模型过于复杂，即使能在特定条件下建立精度较高模型，但使用范围仍然有限，很难应用在实际工况当中。热模型的基本理论基础是电池的电能，化学能，热能相互转化和能量守恒的原理。通过对电池的生热和传热过程的研究，来建立一维模型、二维模型和三维模型，尽管理论上是可行的，但是对电池内部的一些参数，以及对电池的内部电场、热场、化学反应情况都很难准确测量，都会导致整个模型的精度不高。电动车辆工作电流、电压和功率受工况变化比较大，具有不可预知性，所以目前的电池模型较难于反映电池各种工作状态，使其应用具有较大的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种，可以根据在实验室条件下所测数据进行实时的仿真运算，以得出实车动力电池在实际的工况条件下性能参数的变化量及其变化趋势，从而为动力电池的评价测试提供一定的参考。

本发明采用以下方案实现：一种用于评价车用动力电池性能参数的仿真模型，其特征在于：包括一基本参数输入模型、一算法模型、一示波器模型和一故障报警模型，所述基本参数输入模型用于根据实际所评价的车用动力电池的具体参数进行输入配置，所述算法模型根据实验室条件下车用动力电池测试所得参数以及所述基本参数输入模块的参数对电池性能参数进行实时仿真计算，所述示波器模型根据所述算法模型计算的仿真数据实时显示各性能参数动态变化的二维曲线，所述故障报警模型根据设定的各性能参数阀值对各性能参数出现故障时进行实时的报警。

在本发明一实施例中，所述车用动力电池的具体参数包括总电压输入、电池容量输入和SOC初始值输入。

在本发明一实施例中，所述电池性能参数包括总电压、总电流、单体电压和温度。

在本发明一实施例中，所述故障报警模型分为一级报警和二级报警两种类型。

在本发明一实施例中，所述算法模型采用了拟合、积分和查表算法。

本发明的优点在于：

1、采用模块化的设计，使得模型更为直观化，操作更为简单快捷；

2、只需实验室条件下动力电池所测的需求功率以及基本参数的输入匹配，便可得出所需性能参数的数值，并可直接以实时的二维图形进行显示；

3、性能参数的仿真结果可以直接返回软件的工作空间，并可直接调用附属程序进行仿真曲线的显示，以便在后期进行更为详细的分析和评价。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的仿真模型原理框图。

具体实施方式

本发明是建立在建模仿真软件Matlab/Simulink基础之上，通过对电池在实验室进行不同工况下测试所得整车需求功率的理论数据，同时根据电池实际物理参数对总电压、SOC（state of charge，荷电状态）初始值和总容量等参数进行配置，仿真结束后，便可得到所测电池模拟在该实际工况下的特性参数变化趋势，并同时可根据模型附属的程序对仿真数据进行更为详细的分析，从而可以更方便的对电池进行性能判断和选型配置等工作。

如图1所示，本发明提供一种用于评价车用动力电池性能参数的仿真模型，包括一基本参数输入模型、一算法模型、一示波器模型和一故障报警模型，所述基本参数输入模型用于根据实际所评价的车用动力电池的具体参数进行输入配置，所述算法模型根据实验室条件下车用动力电池测试所得参数以及所述基本参数输入模块的参数对电池性能参数进行实时仿真计算，所述示波器模型根据所述算法模型计算的仿真数据实时显示各性能参数动态变化的二维曲线，所述故障报警模型根据设定的各性能参数阀值对各性能参数出现故障时进行实时的报警。

其中，所述车用动力电池的具体参数包括总电压输入、电池容量输入和SOC初始值输入，所述电池性能参数包括总电压、总电流、单体电压和温度，所述故障报警模型分为一级报警和二级报警两种类型。特别的，所述算法模型采用了拟合、积分和查表算法；算法流程大致如下：实车不同工况可以用在每个时刻不同的需求功率来表征，本发明通过查表的方式对存在于工作空间里的需求功率进行读取；对一段时间功率的积分及此段时间所消耗的Ah量都是能量的概念，故存在一定的关系，所以可以对二者进行拟合运算，由此得出动力电池在此段时间所消耗的SOC等性能参数。

本发明是一种有效且成本较低的方法，通过锂离子电池的模型研究不仅能找出进一步提高电池性能和优化充放电过程的方法，还能够将电池模型嵌入到电动汽车模型系统中对整车进行仿真研究，电动汽车动力电池模型描述的主要是各种影响因素和电池工作特性之间的数学关系。

由于动力电池的型号规格颇多，故对于模型要求具有较为广泛的普适性。在本发明中，如果要对某种型号的电池性能进行仿真，只需要先将在实验室测试得出的对该组动力电池的需求功率导入模型，然后在基本参数输入模块输入本电池的一些基本参数即可。需求功率数据导入到仿真软件的工作空间，然后再在模型之中进行调用；输入参数主要包括电池的总电压、电池总容量、SOC初始值和电池单体个数等。然后，在模型仿真界面输入本次仿真所需时间，同时打开故障报警模型子系统以便观察各个性能参数的故障情况，点击开始仿真按钮，模型便会弹出各参数的示波器模型，以表征其在每个时间点的仿真情况；故障报警模型将每个参数的故障情况在同一个界面实时显示，无故障用绿灯表征，一级故障用黄灯表征，二级故障用红灯表征。仿真进行完成后，可以根据示波器模型的各曲线对动力电池进行总体分析；由于各性能参数仿真结果数据已经返回工作空间，如果需对仿真结果进行详细分析，可以直接调用本模型的附属程序，进行二维曲线图的生成，从而进行更为精确的比对分析。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。