一种环境温度不同时锂离子电池健康状态预估方法技术

本发明专利技术属于电池健康状态预估技术领域，尤其涉及一种环境温度不同时锂离子电池健康状态预估方法，包括以下步骤：步骤1、将锂离子电池在不同环境温度时进行充电实验，步骤2、计算锂离子电池在不同环境温度下SOH、不同环境温度下SOH与室温下SOH的比值，步骤3、建立Thevenin等效电路模型、开路电压U

【技术实现步骤摘要】
一种环境温度不同时锂离子电池健康状态预估方法


[0001]本专利技术属于电池健康状态预估
，尤其涉及一种环境温度不同时锂离子电池健康状态预估方法。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池以其自放电率低，循环寿命长，无记忆性，环境友好等优势逐渐应用于航空航天、国防军事、交通运输以及电子移动设备等领域。但为了确保锂离子电池在使用过程中的安全性和高效性，需要借助于电池管理系统来监测锂离子电池的状态量，如荷电状态、健康状态和功率状态等。其中，健康状态作为评价锂离子电池老化程度的量化指标，反映了锂离子电池的老化情况，最直观的表现是锂离子电池最大可用容量的减少和功率等级的下降，内部反映为容量衰退和内阻增加。因此准确估计健康状态是锂离子电池应用中的关键问题。
[0003]当前关于健康状态SOH的估计技术均没有研究电池在不同温度时的SOH与室温下的SOH之间的关系。在不同的环境温度下，电池内部的化学反应速度和锂离子的速度不同，导致电池的实际容量和老化速度发生变化。温度过高或过低都会影响电池的性能。尤其是，电池处于低温时的容量与电池处于室温下的容量有明显的不同。以电动汽车为例，在电动汽车用锂离子蓄电池行业标准QC/T743
‑
2006中，第6.2.11款对电池健康状态的判断标准做出了规定，即在20℃
±
2℃的条件下，对电池进行循环寿命试验，当电池容量下降到其额定容量的80％时，判定锂离子电池失效，这里将20℃
±
2℃这样的标准温度统称为室温。存在以下的情况，在低温时，电池的SOH已经低于了初始SOH的80％。而且，电池在低温时的SOH值与其在20℃
±
2℃时的SOH值可能不相同。所以，按照标准，仍无法判断环境温度不同时电池是否失效，需要得到锂离子电池在当前温度下对应20℃
±
2℃下的SOH，才能进行判断电池是否需要进行更换。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，本专利技术的锂离子电池健康状态预估方法，通过建立锂离子电池在不同温度下SOH与室温下SOH的映射关系，得到锂离子电池在不同环境温度下对应的室温SOH值，从而当环境温度不同时可以准确判断电池是否需要进行更换。
[0005]本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种环境温度不同时锂离子电池健康状态预估方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、将锂离子电池在不同环境温度时进行充电实验，记录当前环境温度并采集锂离子电池充电过程中电压、电流、时间，将充电过程中电流和采样时间相乘后得到当前锂离子电池的容量；
[0007]步骤2、根据SOH容量定义计算锂离子电池在不同环境温度下SOH，得到实际的不同环境温度下SOH值，并计算锂离子电池在不同环境温度下SOH与室温下SOH的比值，得到实际
的不同环境温度下对应的室温SOH值；
[0008]步骤3、建立Thevenin等效电路模型，利用多项式拟合方式建立开路电压U
oc
与荷电状态SOC的关系模型，基于采集的锂离子电池充电过程中电压、电流数据，采用递归最小二乘法对开路电压U
oc
与荷电状态SOC的关系模型的参数进行辨识，当特定荷电状态SOC时获取不同环境温度下电池的欧姆内阻R0、极化内阻R
p
、电压值V；
[0009]步骤4、将特定荷电状态SOC时欧姆内阻R0、极化内阻R
p
、电压值V、SOC值、温度T进行归一化处理，再将处理后的欧姆内阻R0、极化内阻R
p
、电压值V、SOC值、温度T为高斯过程回归GPR算法的输入，不同环境温度下SOH为高斯过程回归GPR算法的输出，构建估计不同环境温度下SOH模型，利用该模型估计出不同环境温度下SOH，得到预估的不同环境温度下SOH值；
[0010]步骤5、将欧姆内阻R0、极化内阻R
p
、电压值V、SOC值、温度T、不同环境温度下SOH作为最小二乘支持向量回归LSSVR算法的输入，并使用粒子群优化PSO算法优化最小二乘支持向量回归LSSVR算法的参数，构建估计不同环境温度下SOH与室温下SOH的比值模型，利用该模型估计出锂离子电池不同温度下SOH与室温下SOH的比值，得到预估的不同环境温度下对应的室温SOH值；
[0011]步骤6、根据预估的不同环境温度下SOH值与实际的不同环境温度下SOH值、预估的不同环境温度下对应的室温SOH值与实际的不同环境温度下对应的室温SOH值，计算其最大绝对误差MAX Absolute error、平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE，通过最大绝对误差MAX Absolute error、平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE来评估预估的不同环境温度下SOH值、预估的不同环境温度下对应的室温SOH值的性能。
[0012]进一步，步骤1、将锂离子电池在不同环境温度时进行充电实验，进一步包括，采用标准恒流恒压充电方式将锂离子电池在不同环境温度时进行充电实验。
[0013]进一步，步骤2、根据SOH容量定义计算锂离子电池在不同环境温度下SOH，得到实际的不同环境温度下SOH值，并计算锂离子电池在不同环境温度下SOH与室温下SOH的比值，得到实际的不同环境温度下对应的室温SOH值，进一步包括，
[0014]根据SOH容量定义计算锂离子电池在不同环境温度下SOH，
[0015][0016]上式中，Q
rated
为新电池出厂时的额定容量，Q
aged
为投入使用后电池实际的最大可用容量；
[0017]计算锂离子电池在不同环境温度下SOH与室温下SOH的比值，
[0018][0019]上式中，SOH是电池在不同环境温度下的健康状态值,SOH
r
是在室温下的健康状态值。
[0020]进一步，步骤3中建立Thevenin等效电路模型，利用多项式拟合方式建立开路电压U
oc
与荷电状态SOC的关系模型，进一步包括，
[0021]建立Thevenin等效电路模型为
[0022][0023]式中，U
t
表示端电压，U
oc
表示电池的开路电压，R0表示欧姆内阻，I表示电流，U
P
表示偏振电压，C
P
表示极化电容，R
P
表示极化电阻；
[0024]建立开路电压Uoc与荷电状态SOC的关系模型为
[0025]U
oc
＝K0+K1SOC+K2SOC2+K3SOC3+K4SOC4[0026]式中，K0、K1、K2、K3、K4为系数。
[0027]进一步，步骤3中当特定荷电状态SOC时获取不同环境温度下电池的欧姆内阻R0、极化内阻R
p
、电压值V，进一步包括，
[0028]记录恒流充电结束时的荷电状态为maxSOC值,当特定荷电状态S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境温度不同时锂离子电池健康状态预估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将锂离子电池在不同环境温度时进行充电实验，记录当前环境温度并采集锂离子电池充电过程中电压、电流、时间，将充电过程中电流和采样时间相乘后得到当前锂离子电池的容量；步骤2、根据SOH容量定义计算锂离子电池在不同环境温度下SOH，得到实际的不同环境温度下SOH值，并计算锂离子电池在不同环境温度下SOH与室温下SOH的比值，得到实际的不同环境温度下对应的室温SOH值；步骤3、建立Thevenin等效电路模型，利用多项式拟合方式建立开路电压U
oc
与荷电状态SOC的关系模型，基于采集的锂离子电池充电过程中电压、电流数据，采用递归最小二乘法对开路电压U
oc
与荷电状态SOC的关系模型的参数进行辨识，当特定荷电状态SOC时获取不同环境温度下电池的欧姆内阻R0、极化内阻R
p
、电压值V；步骤4、将特定荷电状态SOC时欧姆内阻R0、极化内阻R
p
、电压值V、SOC值、温度T进行归一化处理，再将处理后的欧姆内阻R0、极化内阻R
p
、电压值V、SOC值、温度T为高斯过程回归GPR算法的输入，不同环境温度下SOH为高斯过程回归GPR算法的输出，构建估计不同环境温度下SOH模型，利用该模型估计出不同环境温度下SOH，得到预估的不同环境温度下SOH值；步骤5、将欧姆内阻R0、极化内阻R
p
、电压值V、SOC值、温度T、不同环境温度下SOH作为最小二乘支持向量回归LSSVR算法的输入，并使用粒子群优化PSO算法优化最小二乘支持向量回归LSSVR算法的参数，构建估计不同环境温度下SOH与室温下SOH的比值模型，利用该模型估计出锂离子电池不同温度下SOH与室温下SOH的比值，得到预估的不同环境温度下对应的室温SOH值；步骤6、根据预估的不同环境温度下SOH值与实际的不同环境温度下SOH值、预估的不同环境温度下对应的室温SOH值与实际的不同环境温度下对应的室温SOH值，计算其最大绝对误差MAX Absolute error、平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE，通过最大绝对误差MAX Absolute error、平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE来评估预估的不同环境温度下SOH值、预估的不同环境温度下对应的室温SOH值的性能。2.根据权利要求1所述的环境温度不同时锂离子电池健康状态预估方法，其特征在于：步骤1、将锂离子电池在不同环境温度时进行充电实验，进一步包括，采用标准恒流恒压充电方式将锂离子电池在不同环境温度时进行充电实验。3.根据权利要求1所述的环境温度不同时锂离子电池健康状态预估方法，其特征在于：步骤2、根据SOH容量定义计算锂离子电池在不同环境温度下SOH，得到实际的不同环境温度下SOH值，并计算锂离子电池在不同环境温度下SOH与室温下SOH的比值，得到实际的不同环境温度下对应的室温SOH值，进一步包括，根据SOH容量定义计算锂离子电池在不同环境温度下SOH，上式中，Q
rated
为新电池出厂时的额定容量，Q
aged
为投入使用后电池实际的最大可用容量；计算锂离子电池在不同环境温度下SOH与室温下SOH的比值，
上式中，SOH是电池在不同环境温度下的健康状态值,SOH
r
是在室温下的健康状态值。4.根据权利要求1所述的环境温度不同时锂离子电池健康状态预估方法，其特征在于：步骤3中建立Thevenin等效电路模型，利用多项式拟合方式建立开路电压U
oc
与荷电状态SOC的关系模型，进一步包括，建立Thevenin等效电路模型为式中，U
t
表示端电压，U
oc
表示电池的开路电压，R0表示欧姆内阻，I表示电流，U
P
表示偏振电压，C
P
表示极化电容，R
P
表示极化电阻；建立开路电压Uoc与荷电状态SOC的关系模型为U
oc
＝K0+K1SOC+K2SOC2+K3SOC3+K4SOC4式中，K0、K1、K2、K3、K4为系数。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永芳，余湘媛，黄凯，王雅爽，张若可，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：