CN104749533B - 一种锂离子电池健康状态在线估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池健康状态在线估算方法，根据电池工况下的电池的充电电压、平衡电动势、充电电流和充电时间等状态数据，并对这些数据进行分析和处理处理，最终能够获得电池的直流内阻、最大放电功率和剩余容量反应电池的健康状态。利用电池老化过程中剩余容量，直流电阻和最大可用功率三个指标作为电池健康状态。与传统单一的参数相比，更直观的了解电池的健康状态，有助于提高电池电荷状态估算精度，准确判断电池的剩余电量，从而更准确预测电动汽车可续航的里程。此外，对于健康状况较低的电池予以及时更换，保证了电动汽车的性能。

Description

一种锂离子电池健康状态在线估算方法

技术领域

本发明涉及一种电池监测技术，特别涉及一种锂离子电池健康状态在线估算方法。

背景技术

随着世界工业化进程的不断加快，煤炭、石油等不可再生能源被大量消耗以至日益枯竭，全球的石油储量按照现在的发展要求将在40年后枯竭，而现今全球的交运设备的石油需求量占总需求量的60％。为此，发展新能源汽车已是大势所趋。

动力电池作为电动汽车作为新能源汽车的核心，电池管理系统(BMS)作为电动汽车监管电池的重要部件，目前并没发展成熟，电池健康状态估计是目前研究的薄弱环节，已经成为当前电池管理系统的最大缺陷，直接影响了电池容量的有效发挥，降低了电池使用的安全性和可靠性，并且影响了电池均衡系统的功能发挥，使得电池充放电控制缺乏足够参考依据，最终会影响到电池的性能和使用寿命。

电池的健康状态是一个缓慢的、不可逆的变化过程，与电池内阻、充放电能力、平衡电动势等多种因素有关。电池在使用过程中发生老化，导致在不同时期具有不同的电池特性，而健康状态直观地反映了电池的整体性能以及在一定条件下释放电能的能力，为提高整车的控制性能和预测续驶里程具有重要意义。在实验室条件下可通过充放电实验获取电池健康状态，但此方法无法应用于电动汽车中电池工作情况下。

发明内容

本发明是针对电池使用过程中健康状态难检测的问题，提出了一种锂离子电池健康状态在线估算方法，能够根据电池工况下的电池的充电电压、平衡电动势、充电电流和充电时间等状态数据，并对这些数据进行分析和处理处理，最终能够获得电池的直流内阻、最大放电功率和剩余容量，即为电池的健康状态。

本发明的技术方案为：一种锂离子电池健康状态在线估算方法，具体包括如下步骤：

1)、电池工况下，采用先恒定大电流，后恒定小电流对电池进行两个阶段充电，采集并记录充电过程中，充电时电池两端的充电电压、电池正负极的平衡电动势、充电电流和充电时间数据；

2)、根据所获取的电池充电截止电压、电池充电截止时正负极平衡电动势和恒定小电流计算出电池的直流内阻；

3)、根据步骤2)所获取的电池直流内阻、电池充电截止时正负极平衡电动势和电池厂商提供的电池放电截止电压，计算出电池的最大放电电流；

4)、根据步骤3)所获取的电池最大放电电流和厂商提供的该电池最大安全放电电流，取其中较小的电流值作为电池最大工作电流；

5)、根据步骤4)所获取的电池最大工作电流，电池直流内阻和电池充电截止时正负极平衡电动势计算出电池的最大放电功率；

6)、根据充电前后所获取的电池正负极平衡电动势，充电电流和充电时间，计算出电池的剩余容量；

7)、所得的电池直流内阻、最大放电功率和剩余容量即为电池的健康状态。

所述恒定大电流为0.2C，恒定小电流为0.033C，C为电池标称容量。

本发明的有益效果在于：本发明锂离子电池健康状态在线估算方法，利用电池老化过程中剩余容量，直流电阻和最大可用功率三个指标作为电池健康状态。与传统单一的参数相比，更直观的了解电池的健康状态，有助于提高电池电荷状态估算精度，准确判断电池的剩余电量，从而更准确预测电动汽车可续航的里程。此外，对于健康状况较低的电池予以及时更换，保证了电动汽车的性能。

附图说明

图1为本发明锂离子电池健康状态在线估算方法流程图。

具体实施方式

如图1所示锂离子电池健康状态在线估算方法流程图，对发明的技术方案进行详细说明，包括如下步骤：

(1)在电池工况下，采用先恒定大电流，后恒定小电流对电池进行两个阶段充电，采集并记录充电过程中，充电时电池两端的充电电压、电池正负极的平衡电动势、充电电流和充电时间数据；恒定大电流为0.2C，恒定小电流为0.033C，C为电池标称容量。

(2)根据所获取的电池充电电压、电池充电截止时正负极平衡电动势和充电电流计算出电池的直流内阻。计算电池直流内阻关系式为：式中：r为电池直流内阻，U_ocv为电池充电截止电压，EMF_t为电池充满电后电池平衡电动势，I_c为为恒定小电流。

(3)根据所获取的电池直流内阻、电池平衡电动势和由电池厂商提供的电池放电截止电压计算出电池的最大放电电流。计算电池的最大放电电流关系式为：式中：I_max1为电池最大放电电流，U_Lmin为电池放电截止电压。

(4)根据所获取的电池最大放电电流和由厂商提供的该电池最大安全放电电流计算出电池的最大工作电流。计算电池最大工作电流关系式为：

I_max＝min{I_max1,I_max2}，式中：I_max为电池最大工作电流，I_max1为电池最大放电电流，I_max2电池厂商提供的电池最大安全放电电流。

(5)根据所获取的电池最大工作电流，电池直流内阻和电池平衡电动势计算出电池的最大放电功率。计算电池最大放电功率关系式为：P_max＝(EMF_t-I_max·r)I_max，式中：P_max为电池最大放电功率。

(6)根据所获取的电池平衡电动势，充电电流和充电时间，计算出电池的剩余容量。计算电池剩余容量关系式为：式中:C_remain为电池的剩余容量,i(t)为电池的充电电流，EMF₀为电池充电前的平衡电动势。

(7)上述所得到的电池直流内阻、最大放电功率和剩余容量参数即为电池的健康状态。

所述的电池为磷酸铁锂锂离子电池。电池最大工作电流为电池最大放电电流值和由厂家提供的该电池最大安全放电电流值中较小的电流值。

Claims (1)

1.一种锂离子电池健康状态在线估算方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）、电池工况下，采用先恒定0.2C大电流，后恒定0.033C小电流对电池进行两个阶段充电，C为电池标称容量，采集并记录充电过程中，充电时电池两端的充电电压、电池正负极的平衡电动势、充电电流和充电时间数据；

2）、根据所获取的电池充电截止电压、电池充电截止时正负极平衡电动势和恒定小电流计算出电池的直流内阻；

3）、根据步骤2）所获取的电池直流内阻、电池充电截止时正负极平衡电动势和电池厂商提供的电池放电截止电压，计算出电池的最大放电电流；

4）、根据步骤3）所获取的电池最大放电电流和厂商提供的该电池最大安全放电电流，取其中较小的电流值作为电池最大工作电流；

5）、根据步骤4）所获取的电池最大工作电流，电池直流内阻和电池充电截止时正负极平衡电动势计算出电池的最大放电功率；

6）、根据充电前后所获取的电池正负极平衡电动势，充电电流和充电时间，计算出电池的剩余容量；

7）、所得的电池直流内阻、最大放电功率和剩余容量即为电池的健康状态。