CN105223487A - 一种锂离子电池的多状态解耦估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池的多状态解耦估计方法，包括以下步骤：1)根据温度-阻抗谱实验和寿命-阻抗谱实验，选定锂离子电池内部温度估计的频率f₁和对应的阻抗角以及寿命估计的频率f₂和对应的阻抗模；2)根据阻抗角估计锂离子电池的内部温度；3)根据内部温度和锂离子电池的开路电压进行荷电状态的估计；4)根据阻抗模、内部温度和荷电状态估计锂离子电池的电池寿命。与现有技术相比，本发明具有便于解耦、多状态估计、计算复杂度低等优点。

Description

一种锂离子电池的多状态解耦估计方法

技术领域

本发明涉及电动汽车电池管理领域，尤其是涉及一种锂离子电池的多状态解耦估计方法。

背景技术

锂离子电池的状态估计具有学术研究价值和实际应用价值。目前电池状态的估计测量方法主要分为基于模型的估计方法和基于传感器的测量方法。其中基于模型的参数估计方法有卡尔曼算法、最小二乘方法等，一般与基于传感器的测量方法共同使用以提高状态估计的精度。

交流阻抗在研究锂离子电池内部机理方面是很有效的工具，在电池状态估计上也可发挥重要的作用。锂离子电池内部的温度与交流阻抗角有对应的关系，荷电状态、寿命状态与低频下的阻抗模有对应关系。但是电池的内部温度、荷电状态、寿命状态之间是相互耦合的，欲估计其中一个状态需获得另外一个待估计的状态，因此采用某种方法去除状态之间的相互影响可以实现多状态的依次估计。本发明便提供了这种方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便于解耦、多状态估计、计算复杂度低的锂离子电池的多状态解耦估计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种锂离子电池的多状态解耦估计方法，包括以下步骤：

1)根据温度-阻抗谱实验和寿命-阻抗谱实验，选定锂离子电池内部温度估计的频率f₁和对应的阻抗角以及寿命估计的频率f₂和对应的阻抗模；

2)根据阻抗角估计锂离子电池的内部温度；

3)根据内部温度和锂离子电池的开路电压进行荷电状态的估计；

4)根据阻抗模、内部温度和荷电状态估计锂离子电池的电池寿命。

所述的步骤2)具体包括以下步骤：

21)获取在选定的锂离子电池内部温度估计的频率f₁下的内部温度-阻抗角关系图；

22)通过内部温度-阻抗角关系图拟合得到内部温度-阻抗角关系式为：

其中，为频率f₁处的电池阻抗角，T为电池内部温度；

23)根据阻抗角的大小通过插值法获取内部温度。

所述的步骤3)具体包括以下步骤：

31)获取在同一内部温度下的荷电状态-开路电压关系图；

32)通过荷电状态-开路电压关系图拟合得到荷电状态-开路电压关系式为：

SOC＝g(OCV_T)

其中，OCV_T为同一温度T下的电池开路电压，SOC为电池荷电状态；

33)根据开路电压的大小通过插值法获取荷电状态。

所述的步骤4)具体包括以下步骤：

41)获取在同一温度、同一荷电状态下的寿命状态-阻抗模关系图，并拟合得到寿命状态-阻抗模关系式为：

SOH＝h(|Ζ|_f2,T,SOC)

其中，|Ζ|_f2,T,SOC为频率f₂处同一温度、同一荷电状态下的电池阻抗模，SOH为电池的寿命状态，并以以剩余容量作为表征量；

42)根据阻抗模大小通过插值法得到锂离子电池的电池寿命。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、便于解耦：将锂离子电池的内部温度、荷电状态、寿命状态按特定顺序依次进行估计以去除不同状态之间的耦合关系。

2、多状态估计：本发明在一套方法中完成多个状态的估计，包括内部温度、荷电状态和寿命状态。

3、计算复杂度低：使用内部温度-阻抗角关系图、荷电状态-开路电压关系图和寿命状态-阻抗模关系图通过拟合获得关系式，并通过插值计算进行状态估计使得计算复杂度降低。

附图说明

图1为本发明的状态估计方法流程图；

图2为本发明的状态估计实施例示意图；

图3为实施例中电池79.4Hz阻抗角随内部温度的变化关系图；

图4为实施例中某一温度电池10Hz阻抗模随电池寿命状态的变化关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，图为实施例中本发明状态估计方法流程图。

如图2所示，对于一款8Ah的方形磷酸铁锂电池，根据不同温度-阻抗谱实验、不同寿命-阻抗谱实验得知电池内部温度与79.4Hz下的阻抗角具有明显的对应关系如图3所示，即f₁＝79.4Hz；电池寿命状态与10Hz下的阻抗模具有明显的对应关系，如图4所示，即f₂＝10Hz。同时，79.4Hz下的阻抗角随着电池内部温度的变化关系受电池寿命变化影响不明显，10Hz下的阻抗模与电池寿命的变化关系受电池内部温度变化影响亦不明显。因此，通过这两个特定频率下的阻抗能够将内部温度和寿命状态时间的关系解耦以方便接下来的电池状态的估计。

为了进行电池的估计，通过电池测试得到三张关系图，即内部温度-79.4Hz阻抗角图、荷电状态-开路电压-内部温度图和寿命状态-荷电状态-内部温度-10Hz阻抗模图，拟合得到电池内部温度、荷电状态、寿命状态之间的关系式，即

SOC＝g(OCV_T)(2)

SOH＝h(|Ζ|_f2,T,SOC)(3)

其中，T为电池内部温度，SOC为电池荷电状态，SOH为电池的寿命状态，为频率f₁处的电池阻抗角，OCV_T为同一温度T下的电池开路电压，|Ζ|_f2,T,SOC为频率f₂处同一温度、同一荷电状态下的电池阻抗模。

其中荷电状态-开路电压-内部温度图中并没有涉及电池的阻抗，是通过开路电压和内部温度进行荷电状态的估计的。

在进行电池多状态估计时，按照下列步骤进行。

第一步，先通过预实验进行特定频率的确定，即实施例提及的79.4Hz和10Hz；

第二步，进行电池多张关系图的获取，也即上文提及的内部温度-79.4Hz阻抗角图、荷电状态-开路电压-内部温度图和寿命状态-荷电状态-内部温度-10Hz阻抗模图；

第三步，测量79.4Hz下的电池交流阻抗角，通过式(1)插值得到电池的内部温度；

第四步，得到内部温度后，通过式(2)插值得到电池当前荷电状态；

第五步，得到内部温度和荷电状态后，通过式(3)插值得到电池当前的寿命状态。

Claims (4)

1.一种锂离子电池的多状态解耦估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据温度-阻抗谱实验和寿命-阻抗谱实验，选定锂离子电池内部温度估计的频率f₁和对应的阻抗角以及寿命估计的频率f₂和对应的阻抗模；

2)根据阻抗角估计锂离子电池的内部温度；

3)根据内部温度和锂离子电池的开路电压进行荷电状态的估计；

4)根据阻抗模、内部温度和荷电状态估计锂离子电池的电池寿命。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的多状态解耦估计方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：

21)获取在选定的锂离子电池内部温度估计的频率f₁下的内部温度-阻抗角关系图；

22)通过内部温度-阻抗角关系图拟合得到内部温度-阻抗角关系式为：

其中，为频率f₁处的电池阻抗角，T为电池内部温度；

23)根据阻抗角的大小通过插值法获取内部温度。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的多状态解耦估计方法，其特征在于，所述的步骤3)具体包括以下步骤：

31)获取在同一内部温度下的荷电状态-开路电压关系图；

32)通过荷电状态-开路电压关系图拟合得到荷电状态-开路电压关系式为：

SOC＝g(OCV_T)

其中，OCV_T为同一温度T下的电池开路电压，SOC为电池荷电状态；

33)根据开路电压的大小通过插值法获取荷电状态。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的多状态解耦估计方法，其特征在于，所述的步骤4)具体包括以下步骤：

41)获取在同一温度、同一荷电状态下的寿命状态-阻抗模关系图，并拟合得到寿命状态-阻抗模关系式为：

$SOH=h\left(\right|Z{|}_{f_2,T,SOC})$

其中，为频率f₂处同一温度、同一荷电状态下的电池阻抗模，SOH为电池的寿命状态，并以以剩余容量作为表征量；

42)根据阻抗模大小通过插值法得到锂离子电池的电池寿命。