一种锂离子电池容量的实时估计方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池容量的实时估计方法，所述方法首先将初始的电量，电压数据处理成一定电压间隔的数据，然后做差分运算获得IC曲线，接着用非线性最小二乘法使用高斯函数拟合IC曲线，获取高斯函数的参数值，分析高斯函数的参数与电池容量之间的相关性，建立容量估计模型。在线容量估计时，对获取的充电数据进行处理，将拟合获取高斯函数的参数值作为模型输入即可估计实时电池容量。本方法解决了容量增量法在线应用的问题，突破了在线估计电池容量的难题。在本发明专利技术的一个实施例中，算法的实时估计误差小于3％。

A real-time estimation method for lithium ion battery capacity

The invention relates to a real-time capacity estimation method for lithium-ion batteries. The method first processes the initial electric quantity and voltage data into a certain voltage interval data, then performs differential operation to obtain IC curve, and then uses the non-linear least squares method to fit IC curve with Gauss function to obtain the parameter value of Gauss function. The correlation between the parameters of Gauss function and battery capacity is analyzed, and the capacity estimation model is established. In online capacity estimation, the obtained charging data are processed, and the real-time battery capacity can be estimated by using the parameters of the fitted Gauss function as input of the model. This method solves the problem of on-line application of capacity increment method and breaks through the problem of on-line estimation of battery capacity. In one embodiment of the invention, the real-time estimation error of the algorithm is less than 3%.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池容量的实时估计方法
本专利技术属汽车
，具体涉及一种可准确实时评估电动汽车用锂离子电池容量的方法。
技术介绍
锂离子电池由于具有能量和功率密度高、自放电率低、记忆效应弱等方面的优势，已成为当前电动汽车动力电池的首选。而它作为电动汽车的动力核心，其健康状态对电动汽车的成本和续航里程则有着重大的影响，因而需要对电池的容量进行实时的评估。目前，对车载条件下的电池容量的实时估计有三种方法：充放电法、基于模型的方法、电压微分法和容量增量法。充放电法是通过对电池进行充放电，根据电池容量的定义求得电池容量的估计值。但是充放电法耗费的时间较长，而且电动汽车的电池之间存在不一致性，不是所有电池都完成一次充放电。基于模型的方法通过最小二乘法，卡尔曼滤波等方法，对电池容量进行辨识。但该方法计算量较大，对电池管理系统具有较高要求，很难做到实时的容量估计。而相对比较好的一种方法是电压微分法(DVA,DifferentialVoltageAnalysis)和容量增量法(ICA,IncrementalCapacityAnalysis)。它是对电池进行充放电得到电池的实时容量-电压曲线，然后对曲线进行数据拟合再进行差分。差分结果曲线中的峰值位置与大小与电池的剩余容量具有相关性，对比初始情况和某时刻情况下的差分曲线，即可以对于电池容量进行估计。故基于该方法提出一种锂离子电池容量的实时估计的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池容量的实时估计的方法，有效地实时评估了锂离子电池的容量。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种锂离子电池容量的实时估计的方法，所述方法包括以下步骤：以下步骤又可以分成两个阶段，第一个是建模过程阶段；第二个是在线容量估计阶段。第一个阶段包括以下步骤：S1，通过电池耐久性试验，获取标准容量测试中的充电数据；对于需要估计的电池进行耐久性实验；耐久性测试循环在50℃下进行，对该电池进行充电和放电实验，其中，充电方式为：1/2C先恒流后恒压充电至截止电压，放电使用DST循环，30次充电放电循环后，进行一次25℃下的标准容量测试，以确定电池的真实容量；S2，根据步骤S1中获得的电量、电压数据,对数据进行预处理后计算得到IC曲线，其中，其中q为电量，v为电压；将电池的电量和电压数据进行初步处理成为一定电压间隔的数据，电压间隔为dv＝5mV；S3，根据步骤S2中获得的IC曲线，利用非线性最小二乘法及高斯函数拟合不同循环衰减程序时，不同峰的IC曲线，则IC曲线可表示为其中n为表示IC曲线中的峰的个数；Ai、ωi和V0i为第i个峰的高斯函数的参数值；利用最小二乘法使用高斯函数对IC曲线的每个峰进行拟合，当该电池IC曲线含有N个峰，因此使用N个高斯函数分别对每个区间的IC曲线进行拟合；S4，根据步骤S3中获得的高斯函数，将高斯函数的参数值作为特征量，进行参数值与电池容量之间的相关性分析；分析高斯函数的参数Ai、ωi和V0i与电池容量相关的参数；S5，根据步骤S4中相关性分析的结果，选取与容量相关的高斯函数的参数值，拟合该参数与电容之间在不同峰值对应的区间的关系曲线，建立该参数其与电池容量之间的函数关系Y＝f(x)；第二个阶段包括以下步骤：S6，在线容量实时估计阶段，获取待估计电池当前的充电数据；获取需要在先预测的电池的充电数据，所使用的充电方法与步骤S1中的相同；S7，根据步骤S3中的拟合方法，得到数据所处峰的高斯函数；S8，根据步骤S5中的函数关系，由步骤S7所得的与容量相关的高斯函数的参数值确定电池的实时容量；根据步骤S4中相关性分析的结果，选取与容量相关的高斯函数的参数值，分别选取第二个峰的参数A和第三个峰的参数A，建立其与电池的真实容量的函数关系，在本具体实施方式中采用线性拟合，也可以用其它拟合，例如指数拟合。例如，在本具体实施方式中，第二个峰的参数A与电池容量之间的函数关系为：第三个峰的参数A与电池容量之间的函数关系为：y＝3.4553x+2.4135上述公式中：n表示循环次数；x表示拟合获得的高斯函数的参数A的大小；y表示估计得到的电池容量；第二个阶段包括以下步骤：S6，在线容量实时估计阶段，获取待估计电池当前的充电数据；获取得到的充电数据，所使用的充电方法与步骤S1中的相同。根据所获得的电压的所在区间，采集的数据需至少包含[3.8V,4.0V]和[4.0V,4.2V]中的一段；S7，根据步骤S3中的拟合方法，得到部分数据所处峰的高斯函数；步骤S7，根据步骤S3中的拟合方法，对得到的充电数据进行处理，拟合得到曲线中每个峰的高斯函数；S8，根据步骤S5中的函数关系，由步骤S7所得的高斯函数的特征值确定电池的实时容量。与现有技术相比，本专利技术方法中建立了一种基于高斯函数拟合获取IC曲线，使用高斯函数的参数进行容量建模与估计，实现了锂离子电池健康状态的在线实时检测，突破在线容量估计的难题。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明，其中：图1一种使用高斯函数拟合IC曲线进行容量估计的流程图；图2某款三元锂离子电池使用不同电压间隔计算得到的IC曲线；图3某款三元锂离子电池IC曲线拟合的结果；图4某款三元锂离子电池第二个峰的高斯函数的参数A随循环的变化情况图5某款三元锂离子电池第三个峰的高斯函数的参数A随循环的变化情况图6某款三元锂离子电池建立的容量估计模型的容量估计结果。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术提出了一种使用高斯函数拟合IC曲线实现锂离子电池容量估计的方法，该方法可以至少用于对于动力电池进行在线容量估计。根据本专利技术的实施例，具体包括以下步骤：如附图1所示，以下步骤又可以划分为两个阶段，第一个阶段是电池测试与模型标定阶段，一般在实验室中进行；第二个阶段是在线估计阶段，是电池容量在线估计算法的实施流程。所述第一个阶段包括以下步骤：S1，通过电池耐久性试验，获取标准容量测试中的充电数据；在本具体实施方式中，对于需要估计的电池进行耐久性实验，所述电池可以是任何需要估计的锂离子电池。例如，以其中一种电池为例，该待测电池为三元锂离子电池。耐久性测试循环在50℃下进行，对该电池进行充电和放电实验。其中，充电方式为：1/2C先恒流后恒压充电至截止电压4.2V，放电使用DST循环。30次充电放电循环后，进行一次25℃下的标准容量测试，以确定电池的真实容量，并且在此过程中测量电池的电压数据。S2，根据步骤S1中获得的电量、电压数据,对数据进行预处理后计算得到IC曲线，其中，其中q为电量，v为电压。在本步骤中，将电池的电量和电压数据进行初步处理成为一定电压间隔的数据，本实施案例中采用电压间隔dV＝5mV，以电压为横坐标即X轴，以电量为纵坐标即Y轴，得到曲线。在本具体实施方式中，分别将所述电压间隔取5mv，20mv，50mv进行比较，分别计算得到的IC曲线如附图2所示；从图2可以看出随着dv的增加曲线逐渐清晰，但曲线形状也会随之发生变化，因此综合考虑，在本实施例中选择dV＝5mV。S3，根据步骤S2中获得的IC曲线，利用非线性最小二乘法及高斯函数拟合不同循环衰减程序时，不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池容量的实时估计的方法，其特征在于所述方法包括两个阶段，第一个是建模过程阶段；第二个是在线容量估计阶段。第一个阶段包括以下步骤：S1，通过电池耐久性试验，获取标准容量测试中的充电数据；对于需要估计的电池进行耐久性实验；耐久性测试循环在50℃下进行，对该电池进行充电和放电实验，其中，充电方式为：1/2C先恒流后恒压充电至截止电压，放电使用DST循环，30次充电放电循环后，进行一次25℃下的标准容量测试，以确定电池的真实容量；S2，根据步骤S1中获得的电量、电压数据,对数据进行预处理后计算得到IC曲线，其中，

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池容量的实时估计的方法，其特征在于所述方法包括两个阶段，第一个是建模过程阶段；第二个是在线容量估计阶段。第一个阶段包括以下步骤：S1，通过电池耐久性试验，获取标准容量测试中的充电数据；对于需要估计的电池进行耐久性实验；耐久性测试循环在50℃下进行，对该电池进行充电和放电实验，其中，充电方式为：1/2C先恒流后恒压充电至截止电压，放电使用DST循环，30次充电放电循环后，进行一次25℃下的标准容量测试，以确定电池的真实容量；S2，根据步骤S1中获得的电量、电压数据,对数据进行预处理后计算得到IC曲线，其中，其中q为电量，v为电压；将电池的电量和电压数据进行初步处理成为一定电压间隔的数据，电压间隔为dv＝5mV；S3，根据步骤S2中获得的IC曲线，利用非线性最小二乘法及高斯函数拟合不同循环衰减程序时，不同峰的IC曲线，则IC曲线可表示为其中n为表示IC曲线中的峰的个数；Ai、ωi和V0...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凌珺，梁统一，石凯，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11