一種車用鋰離子動力電池的soh估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源汽車電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種車用動力鋰離子電池的 健康狀態(tài)(S0H)估算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動力電池作為電動車輛的能量儲存單元，其性能直接影響車輛的燃油經(jīng)濟性和動 力性。因為電動車輛的實際運行環(huán)境是非常復雜和變化多端的，所以為了確保動力電池組 能夠高效地、可靠地以及安全地工作，一個有效的電池管理系統(tǒng)是必需的。特別是對于活性 強（安全性較差）的鋰離子電池，電池管理系統(tǒng)的意義和必要性則更加突出。電動汽車的成 本過高造成推廣困難，這其中的重要原因就是其動力鋰電池的成本降不下來。若鋰電池的 使用壽命增加，則可以降低其成本，對于電動汽車具有重要意義。精確估計鋰電池組的壽命 狀態(tài)，據(jù)此采取相應的處理措施，確保鋰電池工作在最優(yōu)情況，能夠大大增加它的使用壽 命。鋰電池組的健康狀況(State- 〇f-Health，SOH)描述的是蓄電池中的不可逆反應，它的變 化是一個緩慢的過程。在電動汽車的實際工作狀況下，電流變化劇烈，且必須是在線估計， 因此需要研究與此相適應的算法，來對鋰電池的健康狀況做出準確判斷。
[0003] 目前國內(nèi)外汽車廠商、電池廠商及科研機構(gòu)提出的S0H估計方法大致可以分為幾 大類，包括離線容量測試、電壓曲線擬合法、模糊推理法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法等。經(jīng)典的離線 容量測試方法簡單，但測試需離線，便利性差。電壓曲線擬合法相對于目前其他估算電池健 康度的方法而言，具有運算量小、成本低、易實現(xiàn)等特點，而存在的不足就是通用性較差，根 據(jù)電壓曲線擬合法所建立的估算S0H的模型僅適用于這一型號的鋰離子動力電池，換句話 說就是，如果車上換了 一批新的型號的電池，就要重新建立估算模型。模糊推理的方法是首 先建立一個動力電池的模糊邏輯模型，在電池的工作過程中采用閉環(huán)模糊推理的方法估算 電池的S0H，但動力電池的模糊邏輯模型建立需要大量的實驗數(shù)據(jù)，并深入尋找數(shù)學規(guī)律、 訓練邏輯，方法復雜，工程很難實現(xiàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡具有非線性的基本特性，具有并行結(jié)構(gòu)和學 習能力，對于外部激勵，能給出相應的輸出，故能夠模擬電池動態(tài)特性，進而估計S0H值。神 經(jīng)網(wǎng)絡法適用于各種電池，缺點是需要大量的參考數(shù)據(jù)進行訓練，估計誤差受訓練數(shù)據(jù)和 訓練方法的影響很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決以上使用以上方法對動力電池的S0H估算時所存在的諸多缺點，本發(fā)明 提供了一種車用鋰離子動力電池的S0H估算方法，以電池內(nèi)阻和容量作為S0H決定性因素， 內(nèi)阻的增加和容量的衰減衍生S0H的變化，采用動態(tài)工況電壓階躍法辨識單體的實時內(nèi)阻， 以S0C和容量變化比作為容量衰減變化，綜合分析內(nèi)阻的增加和容量的衰減作為S0H因子。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具體如下：
[0006] 一、建立車用鋰離子動力電池的S0H模型。
[0007]其中，所述車用鋰離子動力電池的S0H模型如下：
[0008] S0H=aXS0HCap(k)+bXS0HDCR(k) (1)
[0009] 式（1)中，S0HCap(k)為k時刻的容量衰減對應的SOH，a和b為權(quán)重因子，a+b = 1;且有：
[0010]
⑵；
[0011 ]式⑵中，S0HCap (k-!)為k-1時刻的容量衰減對應的S0H; Cap⑷為從動力電池設計初 始到k時刻對應整車評價工況下的容量吞吐量;Capn)為從動力電池設計初始到k-Ι時刻對 應整車評價工況下的容量吞吐量;Cap( Tcital)為從動力電池設計初始到壽命終止對應整車評 價工況下的容量總的吞吐量，為標定值；
[0012]
⑶
[0013] 式(3)中，S0HDCR(k)為k時刻的內(nèi)阻增加對應的S0H，DCR(k)為k時刻動力電池的動態(tài) 內(nèi)阻，DCRbql為動力電池設計初始時刻內(nèi)阻，DCReql為動力電池設計壽命終止時刻內(nèi)阻；其 中，DCRbol和DCReol均為標定值，S0HDCR(k)電池出廠時為100%，壽命終止時為0% ;
[0014]
⑷
[0015] OCVsoc為當前荷電狀態(tài)(S0C)對應動力電池的開路電壓，u(k)為k時刻動力電池的端 電壓，i(k)為k時刻對應的電流。
[0016] 二、采集 S0HCap(k-i)Cap(k)和 Cap(k-1)，依據(jù)式⑵估算 S0HCap(k)〇
[0017] 三、DCR(k)的動態(tài)采集條件：（1)電池平均溫度大于20°C;(2)2s內(nèi)電池平均電流大 于20A;當滿足以上兩點時采集0CV SQC、U(k)和i(k)，根據(jù)式(4)計算DCR(k);若不同時滿足以上 兩點時，S0HDCR(k) = S0HDCR(k-l);
[0018] 根據(jù)DCR(k)的計算結(jié)果，若DCR(k)<DCR(k-1)，則S0HDCR(k) = S0HDcR(k-i);若DCR(k) 2 DCR(k-υ，則根據(jù)式(3)計算 SOHrauk);
[0019] 四、根據(jù)式（1)和權(quán)重因子a和b計算S0H。
[0020]其中，權(quán)重因子a和b獲取方法如下：
[0021] 1)在45 °C、3C倍率下對電池進行老化試驗，從B0L(動力電池初始時刻）開始直至 E0L(動力電池設計壽命終止時刻)為止，每隔200次循環(huán)對電池進行容量測試和HPPC功率試 驗；
[0022] 2)根據(jù)試驗結(jié)果計算動力電池容量衰減變化速率，得到電池容量基于時間微分 dC_ dt '
[0023] 3)根據(jù)試驗結(jié)果計算動力電池內(nèi)阻增加變化速率，得到電池內(nèi)阻基于時間微分 dR ~dt '
[0024] 4)已知同一時刻電池容量基于時間微分電池內(nèi)阻基于時間微分和S0H，求 ?、 di 解下列方程(5)得到該S0H時權(quán)重因子a和b; _ (5)。
【附圖說明】
[0026] 圖1本發(fā)明方法流程圖；
[0027] 圖2權(quán)重因子a和b隨S0H變化的變化規(guī)律圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0029]如圖1所示，利用本發(fā)明方法針對某汽車廠家HEV車用動力電池展開S0H估算模型 搭建，估算流程如下所示：
[0030] 步驟一、計算權(quán)重因子a和b;
[0031] 1)在45 °C、3C倍率下對電池進行老化試驗，從B0L(動力電池初始時刻）開始直至 E0L(動力電池設計壽命終止時刻)為止，每隔200次循環(huán)對電池進行容量測試和HPPC功率試 驗；
[0032] 2)根據(jù)試驗結(jié)果計算動力電池容量衰減變化速率，得到電池容量基于時間微分 dC_ ^ lit
[0033] 3)根據(jù)試驗結(jié)果計算動力電池內(nèi)阻增加變化速率，得到電池內(nèi)阻基于時間微分 JR ~dt
[0034] 4)已知同一時刻電池容量基于時間微分-了__電池內(nèi)阻基于時間微分了和S0H，求 *、 at 解下列方程(5)得到該S0H時權(quán)重因子a和b;所得結(jié)果如圖2所示 _5]
(5)。
[0036]步驟二、建立車用鋰離子動力電池的S0H模型：
[0037]其中，所述車用鋰離子動力電池的S0H模型如下：
[0038] S0H=aXS0HCap(k)+bXS0HDCR(k) (1)
[0039] 式（1)中，S0HCap(k)為k時刻的容量衰減對應的S0H，a和b為權(quán)重因子，a+b = 1;且有：
[0040]
⑵；
[00411式⑵中，S0HCap (k-i)為k-1時刻的容量衰減對應的S0H; Cap (k)為從動力電池設計初 始到k時刻對應整車評價工況下的容量吞吐量;Capn)為從動力電池設計初始到k-1時刻對 應整車評價工況下的容量吞吐量;Cap(Tcital)為從動力電池設計初始到壽命終止對應整車評 價工況下的容量總的吞吐量，為標定倌：
[0042]
(3)
[0043] 式(3)中，S0HDCR(k)為k時刻的內(nèi)阻增加對應的S0H，DCR(k)為k時刻動力電池的動態(tài) 內(nèi)阻，DCRbql為動力電池設計初始時刻內(nèi)阻，DCReql為動力電池設計壽命終止時刻內(nèi)阻；其 中，DCRbol和DCReol均為標定值，S0H DCR(k)電池出廠時為100%，壽命終止時為0% ;
[0044]
⑷
[0045] OCVsoc為當前荷電狀態(tài)(S0C)對應動力電池的開路電壓，U(k)為k時刻動力電池的端 電壓，i(k)為k時刻對應的電流。
[0046] 步驟三、采集S0HCap(k-i)Cap(k)和Cap(k-1)，依據(jù)式⑵估算S0H Cap(k)執(zhí)行周期為10ms;
[0047] 步驟三、DCR(k)的動態(tài)采集條件：（1)電池平均溫度大于20°C;(2)2s內(nèi)電池平均電 流大于20A;當滿足以上兩點時采集0CV SQC、U(k)和i(k)，根據(jù)式(4)計算DCR(k);若不同時滿足 以上兩點時，S0H DCR(k) = S0HDCR(k-1);
[0048] 根據(jù)DCR(k)的計算結(jié)果，若DCR(k)<DCR(k-1)，則S0HDCR(k) = S0HDcR(k-i);若DCR(k) 2 DCR(k-υ，則根據(jù)式(3)計算 SOHrauk);
[0049] 步驟四、根據(jù)式(1)和權(quán)重因子a和b計算S0H，每Is更新一次。
【主權(quán)項】
1. 一種車用鋰離子動力電池的SOH估算方法，具體步驟如下： 步驟一、建立車用鋰離子動力電池的S0H模型： 其中，所述車用鋰離子動力電池的S0H模型如下： SOH=aXSOHcaP(k)+bXSOHDCR(k) (1) 式（1)中，S0HCap(k)為k時刻的容量衰減對應的SOH，a和b為權(quán)重因子，a+b = 1;且有：式(2)中，S0HCap(k-υ為k-Ι時刻的容量衰減對應的S0H;Cap(k)為從動力電池設計初始到k 時刻對應整車評價工況下的容量吞吐量;Cap(k-i)為從動力電池設計初始到k-1時刻對應整 車評價工況下的容量吞吐量;Cap( Tcitai)為從動力電池設計初始到壽命終止對應整車評價工 況下的容量總的吞吐量，為標定值；式(3)中，S0HDCR(k)為k時刻的內(nèi)阻增加對應的SOH，DCR(k)為k時刻動力電池的動態(tài)內(nèi)阻， DCRbol為動力電池設計初始時刻內(nèi)阻，DCReol為動力電池設計壽命終止時刻內(nèi)阻；其中， DCRbol和DCReol均為標定值，S0HDCR(k)電池出廠時為100%，壽命終止時為0% ;OCVsocS當前荷電狀態(tài)（S0C)對應動力電池的開路電壓，U〇〇為k時刻動力電池的端電 壓，i(k)為k時刻對應的電流； 步驟二、采集 S0HCap(k-i)Cap(k)和 Cap(k-i)，依據(jù)式(2)估算 S0HCap(k); 步驟三、DCR(k)的動態(tài)采集條件：（1)電池平均溫度大于20°C;(2)2s內(nèi)電池平均電流大 于20A;當滿足以上兩點時采集0CVSQC、U(k)和i(k)，根據(jù)式(4)計算DCR (k);若不同時滿足以上 兩點時，SOHDCR(k) = SOHDCR(k-l); 根據(jù)DCR(k)的計算結(jié)果，若DCR(k) <DCR(k-1)，則S0HDCR(k) = S0HDCR(k-1);若DCR(k) 2 DCR(k-1)， 則根據(jù)式(3)計算S0HDGR(k); 步驟四、根據(jù)式(1)和權(quán)重因子a和b計算SOH; 其中，權(quán)重因子a和b獲取方法如下： 1) 在45 °C、3C倍率下對電池進行老化試驗，從B0L(動力電池初始時亥lj)開始直至E0L(動 力電池設計壽命終止時刻)為止，每隔200次循環(huán)對電池進行容量測試和HPPC功率試驗； 2) 根據(jù)試驗結(jié)果計算動力電池容量衰減變化速率，得到電池容量基于時間微分3) 根據(jù)試驗結(jié)果計算動力電池內(nèi)阻增加變化速率，得到電池內(nèi)阻基于時間微分4) 已知同一時刻電池容量基于時間微分電池內(nèi)阻基于時間微分和S0H，求解下 列方程(5)得到該S0H時權(quán)重因子a和b;
【專利摘要】本發(fā)明屬于電動汽車動力電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種動力鋰離子電池管理系統(tǒng)SOH評估方法。本發(fā)明針對現(xiàn)有的SOH估算方法所存在的諸多問題，通過動態(tài)計算動力電池的DCR評估動力鋰離子電池的內(nèi)阻增加因子；通過動態(tài)計算動力電池的容量吞吐評估動力鋰離子電池的容量衰減因子；在此基礎上，綜合運用內(nèi)阻增加因子和容量衰減因子，建立一種SOH評估方法。
【IPC分類】G01R31/36
【公開號】CN105676134
【申請?zhí)枴緾N201610011492
【發(fā)明人】柳志民, 劉東秦, 許立超, 王賀敏, 于春洋
【申請人】中國第一汽車股份有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月8日