一种测量电池状态的方法及其应用技术

本申请公开了一种测量电池状态的方法及其应用。本申请的测量电池状态的方法包括，(1)实时测量运行中的电池的电流和电压；(2)根据测量的电流和电压值，采用最小二乘法提取一阶RC等效电路模型的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值；(3)根据提取的串联电阻阻值所在区间初步判断SOH，根据并联电阻阻值和并联电容值所在区间判断SOH。本申请的测量方法，能较真实、全面描述电池在使用过程中的健康状态和荷电状态，有利于确定电池性能，延长电池使用寿命，使电池得到充分利用。并且，本申请的方法只需对电池的电流和电压进行在线测试，节省测试时间和费用的同时，提高了电池使用率；适于建立各种退役锂离子电池的寿命预测模型。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及电池状态检测领域，特别是涉及一种测量电池状态的方法及其应用。
技术介绍
电动汽车用动力电池状态的实时状态测量技术是电动汽车推广应用的关键技术之一。其动力电池状态的实时测量内容包括，电池健康状态(缩写SOH)测量技术和电池荷电状态(缩写SOC)测量技术。其中，SOC是指电池当前的剩余容量与电池充满电状态的容量的比值，其取值范围在0-1之间，当SOC＝1时表示电池充满电，当SOC＝0时表示电池放电完全。SOH是指电池充满电状态的容量与电池的额定容量的比值，同样的，其取值范围在0-1之间。根据定义，SOH低于80％，即容量衰减至低于额定容量80％的动力电池为非健康电池。若不及时更换非健康电池，将造成电池组整体容量损失加快，甚至导致安全事故。所以为了使人们更加安全、低成本的出行，需要对汽车用动力电池状态进行实时准确估测。在汽车行驶过程中，为了保护电池免受过充或过放状态的损害，同时给车主提供可靠的汽车可行驶里程等信息，我们需要对电池的荷电状态作出实时准确的估测。电池荷电状态估测方法中，安时积分法和开路电压法简单易用，但估测误差较大；基于模型的闭环估测方法，如开尔曼滤波法，估测精确度高，但计算过程复杂，不易于工程实际应用。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的测量电池状态的方法及其应用。本申请采用了以下技术方案：本申请公开了一种测量电池状态的方法，包括以下步骤，(1)实时测量在运行中的电池的电流和电压；(2)根据测量的电流和电压值，采用最小二乘法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值；(3)根据提取的串联电阻阻值所在区间初步判断SOH，并根据并联电阻阻值和并联电容值所在区间判断SOH。需要说明的是，本申请的关键在于，经过大量的试验发现，通过一阶RC等效电路模型提取的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值，这三个值与电池的健康状态关系密切。经过研究发现，串联电阻阻值在健康状态电池中的提取值比在非健康状态电池中的提取值要小，即相同条件下，采用相同的测量方法获得的电流和电压，非健康状态电池的串联电阻阻值有所增大。也就是说，将串联电阻阻值作为电池的欧姆内阻，欧姆内阻随电池历史循环次数增加和电池健康状态的恶化而缓慢增大，但是健康电池和非健康电池的串联内阻阻值所在的区间会有重叠部分，因此串联电阻阻值所在区间只能初步判断SOH。而并联电阻阻值和并联电容值这两个值在健康状态电池和非健康状态电池中的分布则明显不同，在确定的荷电状态下，例如以SOC＝40％时为例，健康状态电池的并联内阻阻值落在区间7.8–9.5mΩ里，而非健康电池的并联内阻阻值落在区间6.7–7.2mΩ里，由此根据测量的并联内阻阻值所在区间，就可以判断电池的健康状态。同样的，以SOC＝40％时为例，健康电池的并联电容值所在区间为680–795F，而非健康电池的并联电容值所在区间为970–1110F，由此根据测量的并联电容值所在区间，就可以判断电池的健康状态。本申请分别对并联电容值和并联电阻阻值的区间进行了统计和拟合，最终得到一个边界曲线，在特定SOC下，测量的并联电容值，缩写Cp值，在边界曲线之上为非健康状态电池，边界曲线之下为健康状态电池，Cp的边界曲线如下：Cp＝475.6+1125.7×SOC-149.8×SOC2-232.1×SOC3；在特定SOC下，测量的并联电阻阻值，缩写Rp值，在边界曲线之上为健康状态电池，边界曲线之下为非健康状态电池，Rp的边界曲线如下：Rp＝19.5-58.2×SOC+87.0×SOC2-42.9×SOC3。还需要说明的是，本申请中，提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值，可以采用最小二乘法，也可以采用开尔曼滤波法、傅里叶变换、Z变换等常规的提取一阶RC等效电路模型参数值的方法，只是不同的算法，所提取的值会有不同，最终获得的具体函数值有所差异，但通过串联电阻阻值所在区间初步判断SOH，并根据并联电阻阻值和并联电容值所在区间判断SOH，该基本原则不变。优选的，本申请的方法，还包括步骤(4)，根据步骤(3)的SOH判断结果，按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC。需要说明的是，本申请经过大量的研究发现，在电池健康状态，SOC在一定范围内，与提取的并联电容值呈线性关系，因此，可以根据并联电容值计算出SOC；而电池在非健康状态，SOC与提取的并联电容值呈另外一种线性关系，
因此，也可以根据并联电容值计算出SOC。优选的，本申请的一种实现方式中，根据步骤(3)的SOH判断结果，按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC，具体包括，当SOH判断为健康状态时，按照公式一计算获得SOC，当SOH判断为非健康状态时，按照公式二计算获得SOC；公式一：SOC＝-0.33+9.94×10-4×Cp公式二：SOC＝-0.46+8.24×10-4×Cp其中，Cp为一阶RC等效电路模型中提取的并联电容值。需要说明的是，本申请的公式一和公式二，如前面提到，是基于最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型并联电容值而言的，基于不同的算法，公式一和公式二的具体函数参数会有所不同。本申请的另一面公开了第二种测量电池状态的方法，包括以下步骤，(1)在电池进行运行之前，对电池进行恒流充电，并将其充满，根据充满电时的容量与电池额定容量的比值得出SOH值，SOH值大于或等于80％判断电池为健康状态，SOH值小于80％判断电池为非健康状态；(2)实时测量在运行中的电池的电流和电压；(3)根据测量的电流和电压值，采用最小二乘法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值；(4)根据步骤(1)判断的电池健康状态情况，按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC。需要说明的是，本申请所提供的第二种方法，同样是根据最小二乘法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值，并根据并联电容值与SOC的对应关系计算SOC。只是本申请的SOH判断是在充电的时候，就根据其定义，SOH值大于或等于80％判断电池为健康状态，SOH值小于80％判断电池为非健康状态；在判断电池的健康状态后，再根据健康状态或非健康状态，两种情况下各自的并联电容值与SOC的对应关系，计算SOC。优选的，本申请的第二种方法中，步骤(4)，根据步骤(1)判断的电池健康状态情况计算SOC，具体包括，当电池为健康状态时，按照公式一计算SOC，当电池为非健康状态时，按照公式二计算SOC；公式一：SOC＝-0.33+9.94×10-4×Cp公式二：SOC＝-0.46+8.24×10-4×Cp其中，Cp为一阶RC等效电路模型中提取的并联电容值。优选的本申请的第二种方法中，步骤(1)还包括，根据SOH值判断电池
的剩余循环寿命。优选的，根据SOH值判断电池的剩余循环寿命，具体包括，按照公式三计算电池的剩余循环数，公式三：其中，SOH为SOH值即容量保持率，N为剩余循环次数，e为自然常数。本申请的另一面还公开了本申请的两种方法在汽车动力电池实时检测或监控中的应用。需要说明的是，本申请的测量电池状态的方法，本身就是根据汽车动力电池实时检测而提出的，因此，其可以运用于汽车动力电池的实时检测或监控；可以理解，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量电池状态的方法，其特征在于：包括以下步骤，(1)实时测量在运行中的电池的电流和电压；(2)根据测量的电流和电压值，采用最小二乘法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值；(3)根据提取的串联电阻阻值所在区间初步判断SOH，并根据并联电阻阻值和并联电容值所在区间判断SOH。

【技术特征摘要】
1.一种测量电池状态的方法，其特征在于：包括以下步骤，(1)实时测量在运行中的电池的电流和电压；(2)根据测量的电流和电压值，采用最小二乘法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值；(3)根据提取的串联电阻阻值所在区间初步判断SOH，并根据并联电阻阻值和并联电容值所在区间判断SOH。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括步骤(4)，根据步骤(3)的SOH判断结果，按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述根据步骤(3)的SOH判断结果，按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC，具体包括，当SOH判断为健康状态时，按照公式一计算获得SOC，当SOH判断为非健康状态时，按照公式二计算获得SOC；公式一：SOC＝-0.33+9.94×10-4×Cp公式二：SOC＝-0.46+8.24×10-4×Cp其中，Cp为一阶RC等效电路模型中提取的并联电容值。4.一种测量电池状态的方法，其特征在于：包括以下步骤，(1)在电池进行运行之前，对电池进行恒流恒压充电，并将其充满，根据充满电时的容量与电池额定容量的比值得出SOH值，SOH值大于或等于80％判断电池为健康状态，SOH值...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔荣学，任文举，林原，潘锋，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44