一種軌道交通用動(dòng)力電池健康狀態(tài)評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及電池S0H(state of health，健康狀態(tài))評(píng)估方法的技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種軌道交通用動(dòng)力電池健康狀態(tài)評(píng)估方法。尤指基于電池SOC-OCV模型參數(shù)衍變規(guī)律評(píng)估電池健康狀態(tài)。SOC是荷電狀態(tài)，state of charge ; OCV是開(kāi)路電壓，open circuitVoltage0
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去的研究中，動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)SOC評(píng)估一直是研究的熱點(diǎn)，而作為衡量動(dòng)力電池健康狀態(tài)的SOH評(píng)估，卻沒(méi)有得到廣泛的研究。動(dòng)力電池健康狀態(tài)SOH，反映了電池當(dāng)前狀態(tài)下提供功率和能量的能力。當(dāng)SOH處于較低水平時(shí)，電池很可能在工作過(guò)程中突然失效，因此SOH的準(zhǔn)確評(píng)估對(duì)于評(píng)價(jià)電池當(dāng)前的工作能力至關(guān)重要。
[0003]目前，電池健康狀態(tài)SOH定義主要依據(jù)電池當(dāng)前容量與額定容量的比值或者電池當(dāng)前內(nèi)阻與初始內(nèi)阻的比值來(lái)判斷。基于這兩個(gè)指標(biāo)，出現(xiàn)了很多評(píng)估SOH的方法，這些方法大致可以分成兩個(gè)重要的分支，一個(gè)是可以反映老化機(jī)理的電化學(xué)模型，另一個(gè)是基于智能算法與歷史數(shù)據(jù)結(jié)合的方法。
[0004]電化學(xué)模型要求詳細(xì)了解電池在使用過(guò)程中的每個(gè)電化學(xué)反應(yīng)，用電化學(xué)方程精確描述出這些電化學(xué)放映，因此SOH評(píng)估精度依賴于電池的使用路徑，不僅如此，電化學(xué)方程的建立需要設(shè)定邊界條件和初始條件，因此復(fù)雜性很高，很難在實(shí)際中應(yīng)用這種方法；
[0005]智能算法與歷史數(shù)據(jù)結(jié)合的模式，在實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)取得了令人滿意的評(píng)估精度，但是實(shí)際使用中的電流變化復(fù)雜，因此這種精度在實(shí)際應(yīng)用中得不到保證，不僅如此，智能算法與歷史數(shù)據(jù)結(jié)合的模式往往都是離線實(shí)現(xiàn)的，因此離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種軌道交通用動(dòng)力電池健康狀態(tài)評(píng)估方法，能夠反映出電池老化的根本原因，具有較高精度。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0008]一種軌道交通用動(dòng)力電池健康狀態(tài)評(píng)估方法，其特征在于:基于電池SOC-OCV模型，計(jì)算出電池不同老化程度下SOC-OCV模型參數(shù);其中:
[0009]電池SOC-OCV模型為:
[0010]f (s) = a-b(-ln(s) )a+cs+dep；
[0011]f (s)為開(kāi)路電壓OCV;
[0012]s為荷電狀態(tài)S0C;
[0013]a和β為常數(shù)；
[0014]a，b，c和d為關(guān)鍵參數(shù)。
[0015]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述評(píng)估方法具體步驟為:
[0016]步驟I:基于電池SOC-OCV模型，提取電池SOC-OCV模型參數(shù)a、b、c和d ；
[0017]步驟2:統(tǒng)計(jì)5只以上電池SOC-OCV模型參數(shù)隨老化的變化趨勢(shì)，得到電池SOC-OCV模型關(guān)鍵參數(shù)值隨電池老化的衍變規(guī)律；
[0018]步驟3:基于電池SOC-OCV模型參數(shù)隨電池老化的衍變規(guī)律，利用線性回歸方法建立SOH與步驟I所述模型參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，得到新的SOH定義式；
[0019]步驟4:基于步驟3得到的新的SOH定義式，評(píng)估電池的SOH。
[0020]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，需要獲得以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于確定a，b，c和d的數(shù)值:
[0021]基于荷電狀態(tài)SOC區(qū)間，8只標(biāo)稱容量為35Ah的三元電池被分成4組，不同組的電池同時(shí)進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)，老化條件為:在室溫下，電池在2C的電流倍率下循環(huán)充放電；每循環(huán)100次，測(cè)試一次電池SOC-OCV，電流采用C/3，在高低端曲線變化明顯的階段，以5 % SOC為間隔；在中間區(qū)域曲線變化平緩的階段，以10%S0C為間隔；
[0022]記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中SOC與OCV的數(shù)據(jù)，得到OCV與SOC的映射數(shù)據(jù)；
[0023]基于得到OCV與SOC的映射數(shù)據(jù)，帶入電池SOC-OCV模型中，得到a，b，c和d參數(shù)值。
[0024]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，得到8只電池SOC-OCV模型參數(shù)隨老化的變化趨勢(shì)，參數(shù)a和參數(shù)c是SOC-OCV模型的線性表征部分，被選為電池健康狀態(tài)SOH的表征因子，利用線性回歸的方法，得到SOH與參數(shù)a的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)得到SOH與參數(shù)c的函數(shù)關(guān)系。
[0025]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，選用參數(shù)c作為電池SOH的表征因子，將SOH與參數(shù)c的函數(shù)關(guān)系式作為電池SOH的定義式，用來(lái)評(píng)估電池S0H。
[0026]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，電池是軌道交通中使用的錳酸鋰動(dòng)力電池或三元鋰電池。
[0027]本發(fā)明所述的軌道交通用動(dòng)力電池健康狀態(tài)評(píng)估方法，是基于熱力學(xué)特性的SOH定義方法，主要有四個(gè)優(yōu)勢(shì):
[0028](I)發(fā)現(xiàn)了SOH與熱力學(xué)特性之間的關(guān)系，利用少量歷史數(shù)據(jù)量化這個(gè)關(guān)系，用來(lái)預(yù)測(cè)電池后續(xù)的健康狀態(tài)；
[0029 ] (2)基于熱力學(xué)特性的SOH可以反映電池的老化機(jī)理，而不依賴于電池的電化學(xué)模型；
[0030](3)基于熱力學(xué)特性的SOH評(píng)估精度很高，不依賴于任何歷史使用路徑；
[0031](4)基于熱力學(xué)特性的SOH評(píng)估精度不依賴于電池的化學(xué)成分。
【附圖說(shuō)明】
[0032]本發(fā)明有如下附圖:
[0033]圖1電池老化實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)
[0034]圖2電池SOC-OCV曲線隨電池老化的變化趨勢(shì)
[0035](a)是# I電池的SOC-OCV曲線隨電池老化的變化趨勢(shì)
[0036](b)是#2電池的SOC-OCV曲線隨電池老化的變化趨勢(shì)
[0037](c)是#4電池的SOC-OCV曲線隨電池老化的變化趨勢(shì)
[0038](d)是#5電池的SOC-OCV曲線隨電池老化的變化趨勢(shì)[0039 ] (e)是#6電池的SOC-OCV曲線隨電池老化的變化趨勢(shì)[0040 ] (f)是#7電池的SOC-OCV曲線隨電池老化的變化趨勢(shì)
[0041]圖3a SOC-OCV模型參數(shù)a隨電池老化的變化趨勢(shì)
[0042]圖3b SOC-OCV模型參數(shù)c隨電池老化的變化趨勢(shì)
[0043 ]圖4a電池SOH隨SOC-OCV模型參數(shù)a變化的線性回歸趨勢(shì)
[0044]圖4b電池SOH隨SOC-OCV模型參數(shù)c變化的線性回歸趨勢(shì)
[0045]圖5以SOC-OCV模型參數(shù)a和參數(shù)c定義的SOH函數(shù)關(guān)系精度
[0046]圖6第6只電池的SOH評(píng)估精度
【具體實(shí)施方式】
[0047]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0048]本發(fā)明所述的軌道交通用動(dòng)力電池健康狀態(tài)評(píng)估方法，基于電池SOC-OCV模型，計(jì)算出電池不同老化程度下SOC-OCV模型參數(shù);其中:
[0049]電池SOC-OCV模型為:
[0050]f (s) = a-b(-ln(s) )a+cs+dep；
[0051 ] f (s)為開(kāi)路電壓OCV;
[0052]s為荷電狀態(tài)S0C;
[0053]a和β為常數(shù)；
[0054]a，b，c和d為關(guān)鍵參數(shù)；
[0055]所述評(píng)估方法具體步驟為:
[0056]步驟1:基于電池SOC-OCV模型，提取電池SOC-OCV模型參數(shù)a、b、c和d;
[0057]步驟2:統(tǒng)計(jì)5只以上電池SOC-OCV模型參數(shù)隨老化的變化趨勢(shì)，得到電池SOC-OCV模型關(guān)鍵參數(shù)值隨電池老化的衍變規(guī)律；
[0058]步驟3:基于電池SOC-OCV模型參數(shù)隨電池老化的衍變規(guī)律，利用線性回歸方法建立SOH與步驟I所述模型參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，得到新的SOH定義式；
[0059 ] 步驟4:基于步驟3得到的新的SOH定義式，評(píng)估電池的SOH。
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