一種鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，其主要步驟為：(1)建立電池等效物理模型；(2)通過電池脈沖放電獲取電池SOC-OCV曲線，并求取電池SOC與開路電壓關(guān)系式；(3)采集電池電壓、電流和溫度參數(shù)；(4)以遞推最小二乘法為基礎(chǔ)在線辨識模型參數(shù)，獲取電池歐姆內(nèi)阻；(5)利用電池歐姆內(nèi)阻估算值計算電池健康狀態(tài)。本發(fā)明專利技術(shù)可在線估算電池健康狀態(tài)，且該方法在估算電池健康狀態(tài)時，所用工況具有隨機(jī)性，其估算結(jié)果能準(zhǔn)確反映電池真實健康狀態(tài)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于新能源電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種電池健康狀態(tài)的在線估算方法。
技術(shù)介紹
源危機(jī)與環(huán)境污染問題為新能源汽車發(fā)展帶來了契機(jī)，鋰離子電池以其工作電壓高、質(zhì)量輕、體積小、比能量大、壽命長等優(yōu)勢成為新能源汽車動力源的不二選擇，然而，由于電池管理系統(tǒng)中對電池健康狀態(tài)監(jiān)測不力引發(fā)的安全事故屢見不鮮，如何有效估算電池健康狀態(tài)，對鋰離子電池在新能源汽車應(yīng)用中推廣具有重要意義。電池健康狀態(tài)表征了電池老化程度，從工作原理分析，鋰離子電池老化的主要原因為：電池正極金屬陽離子與內(nèi)部電解質(zhì)作用，產(chǎn)生副反應(yīng)效應(yīng)并溶解于電解質(zhì)中，且在電池循環(huán)工作過程中，金屬陽離子與電池負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在電解質(zhì)表面形成界面膜(SEI)，減少了電池內(nèi)部活性鋰離子數(shù)量。從電池使用條件分析，加速電池老化的原因有：高溫或低溫環(huán)境；過充與過放；高倍率充放電。電池老化是一個緩慢的、不可逆變化過程，隨著電池組循環(huán)使用，電池單體健康程度差異將逐步加大，單體差異性增大使電池組使用效率減小、壽命縮減，構(gòu)成惡性循環(huán)。就目前的研究成果看，電池健康狀態(tài)在線估算研究較少，大部分研究都利用實驗數(shù)據(jù)離線分析電池健康狀態(tài)，無法實現(xiàn)電池健康狀態(tài)在電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用及推廣。針對此種情況，建立電池組模型，實現(xiàn)電池組健康狀態(tài)的在線估算已然成為動力電池領(lǐng)域研究人員關(guān)注的焦點，對電動汽車發(fā)展具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提出一種鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，其通過建立電池等效物理模型，利用遞推最小二乘法在線辨識模型參數(shù)，進(jìn)而估算電池歐姆內(nèi)阻，結(jié)合電池歐姆內(nèi)阻與電池健康狀態(tài)關(guān)系估算電池健康狀態(tài)。本專利技術(shù)一種鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，其估算方法包括如下步驟：步驟1：建立電池等效物理模型；步驟2：通過電池脈沖放電獲取當(dāng)電池OCV-SOC曲線，并求取電池SOC與電池開路電壓關(guān)系式；步驟3：采集電池電壓、電流和溫度參數(shù)；步驟4：以遞推最小二乘法為基礎(chǔ)在線辨識模型參數(shù)，獲取電池歐姆內(nèi)阻Rser；根據(jù)電池等效物理模型，采用帶遺忘因子的遞推最小二乘算法，用OCV表示電池的開路電壓，其由Uoc和Ccap兩部分電壓組成，電流I為模型的輸入激勵，令y＝OCV-UBat，則y表示模型的響應(yīng)，根據(jù)拉普拉斯變化，可得模型的頻域表達(dá)式(1)：y(s)=I(s)(Rser+Rd1+RdCds+Re1+ReCes)---(1)]]>則模型的傳遞函數(shù)表達(dá)式為(2)：G(s)=Rser+Rd1+RdCds+Re1+ReCes---(2)]]>取δd＝RdCd，δe＝ReCe，將表達(dá)式(2)變形可得：G(s)=Rsers2+Rser(δd+δe)+Rdδe+Reδdδdδes+Rser+δd+δeδdδes2+δd+δeδdδes+1δdδe---(3)]]>由雙線性變換法工作原理可知，采用雙線性變換法對電池等效物理模型處理后得到的離散傳遞函數(shù)和原連續(xù)傳遞函數(shù)具有相同階數(shù)，當(dāng)電池參數(shù)采樣周期較小時，通過對比，上述兩種傳遞函數(shù)較為相似，故可用雙線性變換法對表達(dá)式(3)作離散化處理。令對原傳遞函數(shù)離散化處理，可得：G(z-1)=γ0+γ1z-1+γ2z-21+λ1z-1+λ2z-2---(4)]]>其中，λ1，λ2，γ0，γ1，γ2均為待定參數(shù)。由表達(dá)式(4)可得對頻域表達(dá)式離散化處理后的差分方程為(5)：y(k)＝-λ1y(k-1)-λ2y(k-2)+γ0I(k)+γ1I(k-1)+γ2I(k-2) (5)令θ=λ1λ2γ0γ1γ2h(k)=y(k-1)y(k-2)I(k)I(k-1)I(k-2)---(6)]]>假設(shè)在k時刻電池參數(shù)測試的采樣結(jié)果誤差為e(k)，并將表達(dá)式(5)寫成最小二乘格式y(tǒng)(k)＝hT(k)θ+e(k)，利用帶遺忘因子的遞推最小二乘法可得參數(shù)λ1，λ2，γ0，γ1，γ2值；令代入表達(dá)式(4)，雙線性逆變換，可得：G(s)=T2(γ0-γ1+γ2)s2+4T(γ0-γ2)+4(γ0+γ1+γ2)T2(1-λ1+λ2)s2+4T(1-λ2)s+4(1+λ1+λ2)---(7)]]>將該表達(dá)式(7)以表達(dá)式(3)的形式化簡處理，得：G(s)=(γ0-γ1+γ2)1-λ1+λ2s2+4(γ0-γ2)T(1-λ1+λ2)s+4(γ0+γ1+γ2)T2(1-λ1+λ2)s2+4(1-λ2)T(1-λ1+λ2)s+4(1+λ1+λ2)T2(1-λ1+λ2)---(8)]]>對比表達(dá)式(3)和(8)，可得：Rser=γ0-γ1+γ21-λ1+λ2δdδe=T2(1-λ1+λ2)4(1+λ1+λ2)δd+δe=T(1-λ2)(1+λ1+λ2)Rser+Rd+Re=γ0+γ1+γ21+λ1+λ2Rser(δd+δe)+Rdδe+Reδd=T(γ0-γ2)1+λ1+λ2---(9)]]>其中，T為實驗采樣周期，由表達(dá)式(9)可求得Rser，Rd，Re，δd，δe的值，再根據(jù)δd＝RdCd，δe＝ReCe，即可得模型參數(shù)Rser，Rd，Re，Cd，Ce。步驟5：利用電池歐姆內(nèi)阻估算值計算電池健康狀態(tài)；SOH=Rold-RcurRold-Rnew×100%---(10)]]>Rcur代表當(dāng)前電池歐姆內(nèi)阻，Rnew表示電池出廠時的歐姆內(nèi)阻，Rold表示電池容量下降到80％時的歐姆內(nèi)阻。本專利技術(shù)的有益效果是：1.本專利技術(shù)一種鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法實現(xiàn)了鋰離子電池健康狀態(tài)在線估算，使電池管理系統(tǒng)實時監(jiān)測電池健康狀態(tài)成為可能；2.本專利技術(shù)一種鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，該方法估算電池健康狀態(tài)時，所用工況具有隨機(jī)性，使電池健康狀態(tài)估算不再局限于某一特定工況。附圖說明圖1為鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法流程圖具體實施例為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖1和具體實施例，描述本專利技術(shù)一種鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法。其估算方法包括如下步驟：步驟1：建立電池等效物理模型；步驟2：通過電池本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，通過建立電池等效物理模型，估算電池歐姆內(nèi)阻，結(jié)合電池歐姆內(nèi)阻與電池健康狀態(tài)關(guān)系估算電池健康狀態(tài)，其特征在于，所述估算電池歐姆內(nèi)阻方法是利用遞推最小二乘法在線辨識模型參數(shù)，進(jìn)而估算鋰離子電池健康狀態(tài)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰離子電池健康狀態(tài)估算方法，通過建立電池等效物理模型，估算電池歐姆內(nèi)阻，結(jié)合電池歐姆內(nèi)阻與電池健康狀態(tài)關(guān)系估算電池健康狀態(tài)，其特征在于，所述估算電池歐姆內(nèi)阻方法是利用遞推最小二乘法在線辨識模型參數(shù)，進(jìn)而估算鋰離子電池健康狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估算鋰離子電池健康狀態(tài)，其特征在于，其估算方法包括如下步驟：步驟1：建立電池等效物理模型；步驟2：通過電池脈沖放電獲取當(dāng)電池OCV-SOC曲線，并求取電池SOC與電池開路電壓關(guān)系式；步驟3：采集電池電壓、電流和溫度參數(shù)；步驟4：以遞推最小二乘法為基礎(chǔ)在線辨識模型參數(shù)，獲取電池歐姆內(nèi)阻Rser；根據(jù)電池等效物理模型，采用帶遺忘因子的遞推最小二乘算法，用OCV表示電池的開路電壓，其由Uoc和Ccap兩部分電壓組成，電流I為模型的輸入激勵，令y＝OCV-UBat，則y表示模型的響應(yīng)，根據(jù)拉普拉斯變化，可得模型的頻域表達(dá)式(1)：y(s)=I(s)(Rser+Rd1+RdCds+Re1+ReCes)---(1)]]>則模型的傳遞函數(shù)表達(dá)式為(2)：G(s)=Rser+Rd1+RdCds+Re1+ReCes---(2)]]>取δd＝RdCd，δe＝ReCe，將表達(dá)式(2)變形可得：G(s)=Rsers2+Rser(δd+δe)+Rdδe+Reδdδdδes+Rser+δd+δeδdδes2+δd+δeδdδes+1δdδe---(3)]]>由雙線性變換法工作原理可知，采用雙線性變換法對電池等效物理模型處理后得到的離散傳遞函數(shù)和原連續(xù)傳遞函數(shù)具有相同階數(shù)，當(dāng)電池參數(shù)采樣周期較小時，通過對比，上述兩種傳遞函數(shù)較為相似，故可用雙線性變換法對表達(dá)式(3)作離散化處理。令對原傳遞函數(shù)離散化處理，可得：G(z-1)=γ0+γ1z-1+γ2z-21+λ1z-1+λ2z-2---(4)]]>其中，λ1，λ2，γ0，γ1，γ2均為待定參數(shù)。由表達(dá)式(4)可得對頻域表達(dá)式離散化處理后的差分方程為(5)：y(k)＝-λ1y(k-1)-λ2y(k-2)+γ0I(k)+γ1I(k-1)+γ2I(k-2) (5)令θ=λ1λ2γ0γ1γ2h(k)=y(k-1)y(k-2)I(k)I(k-1)I(k-2)---(6)]]>假設(shè)在k時刻...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘海鴻，林偉龍，李海波，陳琳，李君子，黃炳瓊，
申請(專利權(quán))人：廣西大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣西;45