一种锂电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂电池

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池SOH在线监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及锂电池健康监测
，尤其是涉及一种锂电池
SOH
在线监测方法及系统
。

技术介绍

[0002]锂电池具有能量密度高
、
使用寿命长
、
轻巧便携
、
环保和无记忆效应等优点，被广泛应用于便携式电子设备
、
可再生能源系统和电动汽车等领域
。
锂电池的应用领域不断扩大以及需求也不断增加，人们开始愈加关注锂电池的寿命
、
性能以及安全性问题，而这些都与锂电池的健康状态
(State of Health,SOH)
相关，对锂电池
SOH
在线监测进行研究，对于锂电池的进一步应用和发展
、
保障锂电池的安全使用以及提高锂电池的使用寿命和性能等具有重要意义
。
[0003]传统的基于电化学阻抗谱
EIS
的锂电池
SOH
估计方法存在两方面挑战
。
一方面，电池阻抗谱及
SOH
在线监测受温度影响；另一方面，注入式阻抗谱在线测量耗时较长，难以满足大容量电池包中多电池
SOH
实时监测需要
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了提供一种利用锂电池高频电抗特性的锂电池
SOH
在线监测方法及系统，实现实时在线估计锂电池
SOH
，且基本不受温度影响
。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种锂电池
SOH
在线监测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤
1)
接通开关，通过双向
DC
‑
DC
变换器连接锂电池与负载，使锂电池处于运行状态；
[0008]步骤
2)
利用高速
A/D
采集锂电池开关振荡电流信号，并通过调理电路对采集到的信号进行调理；
[0009]步骤
3)
对调理后的开关振荡电流信号进行切片处理，并对每个片段进行
FFT
操作，通过半功率带宽算法计算振荡频率和阻尼比；
[0010]步骤
4)
根据锂电池开关振荡电流高频等效电路，基于每个片段振荡频率和阻尼比计算电池相同
SOC
条件下的等效高频电抗，并对各个片段的等效高频电抗取平均值得到电池高频电抗；
[0011]步骤
5)
根据在线监测得到的电池高频电抗，基于预先标定的
SOH
特性曲线，查表得到锂电池
SOH。
[0012]所述通过调理电路对采集到的信号进行调理包括滤波
、
调幅操作
。
[0013]所述锂电池开关振荡电流高频等效电路包括锂电池等效组件以及与其并联连接的谐振电容等效组件和
PWM
电流纹波激励源，其中，锂电池等效组件由串联的锂电池高频等效串联电阻
R
Bat
和电感
L
Bat
以及锂电池内电动势
E0组成，谐振电容等效组件由串联的谐振电容的电容
C
res
、
等效串联电阻
ESR
Cres
和自感
L
Cres
组成
。
[0014]所述锂电池开关振荡电流高频等效电路中，锂电池和谐振电容构成一个等效
RLC
串联谐振回路，在
PWM
电流纹波激励源开关电压的作用下，电感上存在
PWM
纹波电流，纹波电流作为激励信号，使谐振回路发生高频
RLC
串联谐振，产生开关振荡电流信号
。
[0015]所述谐振电容的容值范围为
0.1
μ
F
‑
10
μ
F。
[0016]所述振荡频率表示为：
[0017][0018]其中，
f0为振荡频率，
C
res
为谐振电容的电容值，
L
res
为谐振回路的等效电感，
L
res
由锂电池电感电感
L
Bat
和谐振电容自感
L
Cres
组成
。
[0019]所述阻尼比表示为：
[0020][0021]其中，
ζ
为振荡阻尼比，
R
res
为谐振回路的等效电阻，
R
res
由锂电池等效串联电阻
R
Bat
和谐振电容等效串联电阻
ESR
Cres
组成
。
[0022]所述等效高频电抗的计算方法为：
[0023][0024][0025]其中，
X
HF
为等效高频电抗，
f
r
为谐振频率，
f0为振荡频率，
ζ
为振荡阻尼比
。
[0026]所述锂电池
SOH
在线监测方法计算等效高频电抗的适用频段范围为
10kHz
‑
1MHz。
[0027]一种锂电池
SOH
在线监测系统，包括：
[0028]锂电池实验电路搭建模块，用于搭建实验电路，并接通实验电路的开关，通过双向
DC
‑
DC
变换器连接锂电池与负载，使锂电池处于运行状态；
[0029]信号采集与预处理模块，用于利用高速
A/D
采集锂电池开关振荡电流信号，并通过调理电路对采集到的信号进行调理；
[0030]健康因子计算模块，用于对调理后的开关振荡电流信号进行切片处理，并对每个片段进行
FFT
操作，通过半功率带宽算法计算振荡频率和阻尼比；根据锂电池开关振荡电流高频等效电路，基于每个片段振荡频率和阻尼比计算电池相同
SOC
条件下的等效高频电抗，并对各个片段的等效高频电抗取平均值得到电池高频电抗，作为健康因子；
[0031]SOH
监测模块，用于根据在线监测得到的电池高频电抗，基于预先标定的
SOH
特性曲线，查表得到锂电池
SOH。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0033]1)
对温度不敏感：本专利技术提出的健康因子
(
高频电抗
)
对温度不敏感，即
SOH
在线监测精度基本不受温度影响
。
[0034]2)
实时连续：本专利技术提出的方法能在不影响锂电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂电池
SOH
在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1)
接通开关，通过双向
DC
‑
DC
变换器连接锂电池与负载，使锂电池处于运行状态；步骤
2)
利用高速
A/D
采集锂电池开关振荡电流信号，并通过调理电路对采集到的信号进行调理；步骤
3)
对调理后的开关振荡电流信号进行切片处理，并对每个片段进行
FFT
操作，通过半功率带宽算法计算振荡频率和阻尼比；步骤
4)
根据锂电池开关振荡电流高频等效电路，基于每个片段振荡频率和阻尼比计算电池相同
SOC
条件下的等效高频电抗，并对各个片段的等效高频电抗取平均值得到电池高频电抗；步骤
5)
根据在线监测得到的电池高频电抗，基于预先标定的
SOH
特性曲线，查表得到锂电池
SOH。2.
根据权利要求1所述的一种锂电池
SOH
在线监测方法，其特征在于，所述通过调理电路对采集到的信号进行调理包括滤波
、
调幅操作
。3.
根据权利要求1所述的一种锂电池
SOH
在线监测方法，其特征在于，所述锂电池开关振荡电流高频等效电路包括锂电池等效组件以及与其并联连接的谐振电容等效组件和
PWM
电流纹波激励源，其中，锂电池等效组件由串联的锂电池高频等效串联电阻
R
Bat
和电感
L
Bat
以及锂电池内电动势
E0组成，谐振电容等效组件由串联的谐振电容的电容
C
res
、
等效串联电阻
ESR
Cres
和自感
L
Cres
组成
。4.
根据权利要求3所述的一种锂电池
SOH
在线监测方法，其特征在于，所述锂电池开关振荡电流高频等效电路中，锂电池和谐振电容构成一个等效
RLC
串联谐振回路，在
PWM
电流纹波激励源开关电压的作用下，电感上存在
PWM
纹波电流，纹波电流作为激励信号，使谐振回路发生高频
RLC
串联谐振，产生开关振荡电流信号
。5.
根据权利要求3所述的一种锂电池
SOH
在线监测方法，其特征在于，所述谐振电容的容值范围为
0.1
μ
F
‑
10
μ

【专利技术属性】
技术研发人员：向大为，谢强，李豪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：