CN105929338B - 一种测量电池状态的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种测量电池状态的方法及其应用。本申请的测量电池状态的方法包括,(1)实时测量运行中的电池的电流和电压;(2)根据测量的电流和电压值,采用最小二乘法提取一阶RC等效电路模型的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值;(3)根据提取的串联电阻阻值所在区间初步判断SOH,根据并联电阻阻值和并联电容值所在区间判断SOH。本申请的测量方法,能较真实、全面描述电池在使用过程中的健康状态和荷电状态,有利于确定电池性能,延长电池使用寿命,使电池得到充分利用。并且,本申请的方法只需对电池的电流和电压进行在线测试,节省测试时间和费用的同时,提高了电池使用率;适于建立各种退役锂离子电池的寿命预测模型。

Description

一种测量电池状态的方法及其应用
技术领域
本申请涉及电池状态检测领域,特别是涉及一种测量电池状态的方法及其应用。
背景技术
电动汽车用动力电池状态的实时状态测量技术是电动汽车推广应用的关键技术之一。其动力电池状态的实时测量内容包括,电池健康状态(缩写SOH)测量技术和电池荷电状态(缩写SOC)测量技术。
其中,SOC是指电池当前的剩余容量与电池充满电状态的容量的比值,其取值范围在0-1之间,当SOC=1时表示电池充满电,当SOC=0时表示电池放电完全。SOH是指电池充满电状态的容量与电池的额定容量的比值,同样的,其取值范围在0-1之间。
根据定义,SOH低于80%,即容量衰减至低于额定容量80%的动力电池为非健康电池。若不及时更换非健康电池,将造成电池组整体容量损失加快,甚至导致安全事故。所以为了使人们更加安全、低成本的出行,需要对汽车用动力电池状态进行实时准确估测。
在汽车行驶过程中,为了保护电池免受过充或过放状态的损害,同时给车主提供可靠的汽车可行驶里程等信息,我们需要对电池的荷电状态作出实时准确的估测。电池荷电状态估测方法中,安时积分法和开路电压法简单易用,但估测误差较大;基于模型的闭环估测方法,如开尔曼滤波法,估测精确度高,但计算过程复杂,不易于工程实际应用。
发明内容
本申请的目的是提供一种新的测量电池状态的方法及其应用。
本申请采用了以下技术方案:
本申请公开了一种测量电池状态的方法,包括以下步骤,
(1)实时测量在运行中的电池的电流和电压;
(2)根据测量的电流和电压值,采用最小二乘法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值;
(3)根据提取的串联电阻阻值所在区间初步判断SOH,并根据并联电阻阻值和并联电容值所在区间判断SOH。
需要说明的是,本申请的关键在于,经过大量的试验发现,通过一阶RC等效电路模型提取的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值,这三个值与电池的健康状态关系密切。经过研究发现,串联电阻阻值在健康状态电池中的提取值比在非健康状态电池中的提取值要小,即相同条件下,采用相同的测量方法获得的电流和电压,非健康状态电池的串联电阻阻值有所增大。也就是说,将串联电阻阻值作为电池的欧姆内阻,欧姆内阻随电池历史循环次数增加和电池健康状态的恶化而缓慢增大,但是健康电池和非健康电池的串联内阻阻值所在的区间会有重叠部分,因此串联电阻阻值所在区间只能初步判断SOH。而并联电阻阻值和并联电容值这两个值在健康状态电池和非健康状态电池中的分布则明显不同,在确定的荷电状态下,例如以SOC=40%时为例,健康状态电池的并联内阻阻值落在区间7.8–9.5mΩ里,而非健康电池的并联内阻阻值落在区间6.7–7.2mΩ里,由此根据测量的并联内阻阻值所在区间,就可以判断电池的健康状态。同样的,以SOC=40%时为例,健康电池的并联电容值所在区间为680–795F,而非健康电池的并联电容值所在区间为970–1110F,由此根据测量的并联电容值所在区间,就可以判断电池的健康状态。本申请分别对并联电容值和并联电阻阻值的区间进行了统计和拟合,最终得到一个边界曲线,在特定SOC下,测量的并联电容值,缩写Cp值,在边界曲线之上为非健康状态电池,边界曲线之下为健康状态电池,Cp的边界曲线如下:
Cp=475.6+1125.7×SOC-149.8×SOC2-232.1×SOC3
在特定SOC下,测量的并联电阻阻值,缩写Rp值,在边界曲线之上为健康状态电池,边界曲线之下为非健康状态电池,Rp的边界曲线如下:
Rp=19.5-58.2×SOC+87.0×SOC2-42.9×SOC3
还需要说明的是,本申请中,提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值,可以采用最小二乘法,也可以采用开尔曼滤波法、傅里叶变换、Z变换等常规的提取一阶RC等效电路模型参数值的方法,只是不同的算法,所提取的值会有不同,最终获得的具体函数值有所差异,但通过串联电阻阻值所在区间初步判断SOH,并根据并联电阻阻值和并联电容值所在区间判断SOH,该基本原则不变。
优选的,本申请的方法,还包括步骤(4),根据步骤(3)的SOH判断结果,按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC。
需要说明的是,本申请经过大量的研究发现,在电池健康状态,SOC在一定范围内,与提取的并联电容值呈线性关系,因此,可以根据并联电容值计算出SOC;而电池在非健康状态,SOC与提取的并联电容值呈另外一种线性关系,因此,也可以根据并联电容值计算出SOC。
优选的,本申请的一种实现方式中,根据步骤(3)的SOH判断结果,按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC,具体包括,当SOH判断为健康状态时,按照公式一计算获得SOC,当SOH判断为非健康状态时,按照公式二计算获得SOC;
公式一:SOC=-0.33+9.94×10-4×Cp
公式二:SOC=-0.46+8.24×10-4×Cp
其中,Cp为一阶RC等效电路模型中提取的并联电容值。
需要说明的是,本申请的公式一和公式二,如前面提到,是基于最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型并联电容值而言的,基于不同的算法,公式一和公式二的具体函数参数会有所不同。
本申请的另一面公开了第二种测量电池状态的方法,包括以下步骤,
(1)在电池进行运行之前,对电池进行恒流充电,并将其充满,根据充满电时的容量与电池额定容量的比值得出SOH值,SOH值大于或等于80%判断电池为健康状态,SOH值小于80%判断电池为非健康状态;
(2)实时测量在运行中的电池的电流和电压;
(3)根据测量的电流和电压值,采用最小二乘法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值;
(4)根据步骤(1)判断的电池健康状态情况,按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC。
需要说明的是,本申请所提供的第二种方法,同样是根据最小二乘法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值,并根据并联电容值与SOC的对应关系计算SOC。只是本申请的SOH判断是在充电的时候,就根据其定义,SOH值大于或等于80%判断电池为健康状态,SOH值小于80%判断电池为非健康状态;在判断电池的健康状态后,再根据健康状态或非健康状态,两种情况下各自的并联电容值与SOC的对应关系,计算SOC。
优选的,本申请的第二种方法中,步骤(4),根据步骤(1)判断的电池健康状态情况计算SOC,具体包括,当电池为健康状态时,按照公式一计算SOC,当电池为非健康状态时,按照公式二计算SOC;
公式一:SOC=-0.33+9.94×10-4×Cp
公式二:SOC=-0.46+8.24×10-4×Cp
其中,Cp为一阶RC等效电路模型中提取的并联电容值。
优选的本申请的第二种方法中,步骤(1)还包括,根据SOH值判断电池的剩余循环寿命。
优选的,根据SOH值判断电池的剩余循环寿命,具体包括,按照公式三计算电池的剩余循环数,
公式三:
其中,SOH为SOH值即容量保持率,N为剩余循环次数,e为自然常数。
本申请的另一面还公开了本申请的两种方法在汽车动力电池实时检测或监控中的应用。
需要说明的是,本申请的测量电池状态的方法,本身就是根据汽车动力电池实时检测而提出的,因此,其可以运用于汽车动力电池的实时检测或监控;可以理解,本申请的测量方法并不只限于汽车动力电池,其它大型的需要实时检测或监控电池状态的设备同样可以采用本申请的测量方法,在此不做具体限定。
本申请的有益效果在于:
本申请的测量电池状态的方法,可以较真实、全面的描述动力电池在使用过程中的健康状态和荷电状态变化的客观情况,并可以获得电池健康状态和荷电状态信息,有利于确定待测电池的性能,延长电池的使用寿命,使电池得到充分利用。并且,本申请的方法只需要对动力电池的电流和电压进行在线测试,即可较准确的得出其健康状态和荷电状态,在节省测试时间和费用的同时,提高了电池的使用率。本申请的测量方法适用于建立各种退役锂离子动力电池的寿命预测模型,为合理、有效的使用电池提供了科学的分析依据和基础。
附图说明
图1是本申请实施例中电池状态测量方法的流程图;
图2是本申请实施例中一阶RC等效电路模型的结构示意图;
图3是本申请实施例中电池A在工况测试中的充放电端电压曲线图;
图4是本申请实施例中电池A在工况中0.5C电流充电后,采用最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型的串联电阻阻值的统计图;
图5是本申请实施例中电池A在工况中0.5C电流充电后,采用最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型的并联电阻阻值的统计图;
图6是本申请实施例中电池A在工况中0.5C电流充电后,采用最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型的并联电容值的统计图;
图7是本申请实施例中电池B在工况中0.5C电流充电后,采用最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型的串联电阻阻值的统计图;
图8是本申请实施例中电池B在工况中0.5C电流充电后,采用最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型的并联电阻阻值的统计图;
图9是本申请实施例中电池B在工况中0.5C电流充电后,采用最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型的并联电容值的统计图;
图10是本申请实施例中电池C在工况中4C电流充电后,采用最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型的串联电阻阻值的统计图;
图11是本申请实施例中电池C在工况中4C电流充电后,采用最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型的并联电阻阻值的统计图;
图12是本申请实施例中电池C在工况中4C电流充电后,采用最小二乘法提取的一阶RC等效电路模型的并联电容值的统计图;
图13为工况中锂离子动力电池工况循环寿命与容量保持率的预测曲线。
具体实施方式
本申请的电池状态测量方法,通过提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值,并按照试验研究建立的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值与SOH和SOC的关系,通过实时检测电池运行条件下的电流和电压,评估SOH,并计算实时的SOC值,为运行状态下的电池提供了有效而准确的实时检测方法,也为合理使用电池提供了分析依据和科学基础。
下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明,不应理解为对本申请的限制。
实施例一 一阶RC等效电路模型参数和SOH、SOC关系的建立
本例模拟汽车动力电池的工况,实时测量其在模拟工况中的电流和电压,并根据一系列的电流和电压,提取相应的一阶RC等效电路模型的三个参数,串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值;建立串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值与SOH的关系,并建立了并联电容值与SOC的关系,通过这些关联,最终建立了本例的电池状态测量方法。本例中,一阶RC等效电路模型如图2所示,图中Rs为串联电阻、Rp为并联电阻、Cp为并联电容。
模拟工况,串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值与SOH和SOC关系式建立的整个过程如图1所示,具体包括以下步骤:
步骤一、采用恒流恒压充电方式对待估测电池进行充电,充电结束后,将电池静置至少1小时,使电池处于充满电的平衡状态;本例中,电池充电流为0.5C,模拟汽车充电桩的充电;放电电流为工况放电电流,为变化的值;恒流恒压充电为,恒流充电电流0.5C,恒压充电截至为电流0.05C。
步骤二、对充满电后的电池进行工况放电,脉冲电流倍率范围为0.5C-4C,直至待估测电池的电压达到待估测电池的下限截止电压2.0V,停止放电,通过充放电仪采集放电过程中电池的端电压和电流数据;本例采用美国MACCOR公司的高速脉冲电池测试仪,在室温下,模拟工况条件进行充放电。
步骤三、利用步骤二中阶跃幅度大于等于0.5C,稳定时间大于等于3秒,采样时间小于等于1秒的电流、电压数据,使用采用最小二乘法,提取一阶RC等效电路模型中串联电阻元件的阻值,即串联电阻阻值,作为电池的欧姆内阻;提取一阶RC模型中并联电阻元件的阻值,即并联电阻阻值,作为电池的并联内阻;提取一阶RC模型中的并联电容元件的并联电容值,作为电池的并联电容。
步骤四、根据电池的欧姆内阻参数值所在区间初步判断电池的SOH,根据电池的并联内阻和并联电容参数值所在区间完成电池SOH的判断;同时根据SOH的判断结果,利用电池的并联电容值与SOC的关系,完成电池SOC的计算。
试验1
本实验采用待测试电池A3,型号为32650磷酸铁锂电池,额定容量为5Ah。在室温环境下对电池A进行一次充放电特性实验,如图3所示。
(1)将待测的磷酸铁锂电池置于恒温箱中,环境温度保持在25℃,先静置1小时,以待温度恒定;使用0.5C恒流充电将电池充电至电压达到3.65V,转恒压充电至截止电流为0.05C;充电完成后,静置1小时;
(4)设置工况进行实验,工况数据进行等比例的缩小10倍,以适应单个电池的情况,放电截止电压均为2.0V;放电结束后,静置1小时;完成数据采集。
本实验设定的工况条件采用HPPC工况测试条件。
选取在工况中0.5C电流倍率处,分别计算得到电池的欧姆内阻、并联内阻和并联电容随SOC变化的图形,如图4、图5和图6所示,图4、5、6来自于测量和计算数据的整合;图4为串联电阻阻值,即欧姆内阻随SOC变化的曲线图;图5为并联电阻阻值,即并联内阻随SOC变化的曲线图;图6为并联电容值随SOC变化的曲线图。结果显示,图4中,串联电阻阻值随SOC的变化比较平稳,无法用于SOC的计算;而图6中,并联电容值随SOC的变化,两者大部分为线性关系,因此,可以通过拟合公式,对SOC进行计算。
试验2
本实验待测试电池B,型号为32650磷酸铁锂电池,额定容量为5Ah。在室温环境下对电池B进行一次充放电特性实验。测试方法与试验1相同。
选取在工况中0.5C电流倍率处,分别计算得到电池的欧姆内阻、并联内阻和并联电容随SOC变化的图形,如图7、图8和图9所示,图7、8、9来自于测量和计算数据的整合;图7为串联电阻阻值,即欧姆内阻随SOC变化的曲线图;图8为并联电阻阻值,即并联内阻随SOC变化的曲线图;图9为并联电容值随SOC变化的曲线图。结果显示,图7中,串联电阻阻值随SOC的变化比较平稳,无法用于SOC的计算;而图9中,并联电容值随SOC的变化,两者大部分为线性关系,因此,可以通过拟合公式,对SOC进行计算。
试验3
本实验待测试电池C,型号为32650磷酸铁锂电池,额定容量为5Ah。在室温环境下对电池C进行一次充放电特性实验。测试方法与试验1相同。
选取在工况中4C电流倍率处,分别计算得到电池的欧姆内阻、并联内阻和并联电容随SOC变化的图形,如图10、图11和图12所示,图10、11、12来自于测量和计算数据的整合;图10为串联电阻阻值,即欧姆内阻随SOC变化的曲线图;图11为并联电阻阻值,即并联内阻随SOC变化的曲线图;图12为并联电容值随SOC变化的曲线图。结果显示,图10中,串联电阻阻值随SOC的变化比较平稳,无法用于SOC的计算;而图12中,并联电容值随SOC的变化,两者大部分为线性关系,因此,可以通过拟合公式,对SOC进行计算。
根据试验可知,串联电阻阻值在健康状态电池中的提取值比在非健康状态电池中的提取值要小,即相同条件下,采用相同的测量方法获得的电流和电压,非健康状态电池的串联电阻阻值有所增大。也就是说,将串联电阻阻值作为电池的欧姆内阻,欧姆内阻随电池历史循环次数增加和电池健康状态的恶化而缓慢增大,但是健康电池和非健康电池的串联内阻阻值所在的区间会有重叠部分。而并联电阻阻值和并联电容值这两个值在健康状态电池和非健康状态电池中的分布则明显不同,在确定的荷电状态下,健康状态电池的并联内阻阻值区间的最小值,大于非健康电池的并联内阻阻值区间的最大值;而健康状态电池并联电容值区间的最大值,小于非健康电池的并联电容值区间的最小值。以SOC=40%时为例,健康电池的并联内阻阻值在区间7.8–9.5mΩ、并联电容值所在区间为680–795F;而非健康电池的并联内阻阻值在区间6.7–7.2mΩ、并联电容值所在区间为970–1110F。由此根据提取的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值各自所在区间,就可以判断电池的健康状态。
本例分别对并联电容值和并联电阻阻值的区间进行了统计和拟合,最终得到一个边界曲线,在特定SOC下,测量的并联电容值,缩写Cp值,在边界曲线之上为非健康状态电池,边界曲线之下为健康状态电池,Cp的边界曲线如下:
Cp=475.6+1125.7×SOC-149.8×SOC2-232.1×SOC3
在特定SOC下,测量的并联电阻阻值,缩写Rp值,在边界曲线之上为健康状态电池,边界曲线之下为非健康状态电池,Rp的边界曲线如下:
Rp=19.5-58.2×SOC+87.0×SOC2-42.9×SOC3
根据以上边界曲线判断公式,试验1为健康状态电池,试验2为非健康状态电池,试验3为非健康状态电池;判断结果与预期的结果相符。
并且,根据对健康状态电池和非健康状态电池的数据统计分析发现,在电池健康状态,SOC在一定范围内,与提取的并联电容值呈线性关系,因此,可以根据并联电容值计算出SOC;而电池在非健康状态,SOC与提取的并联电容值呈另外一种线性关系。具体的,在电池健康状态,SOC与Cp满足公式一;在电池非健康状态,SOC与Cp满足公式二。
公式一:SOC=-0.33+9.94×10-4×Cp
公式二:SOC=-0.46+8.24×10-4×Cp
其中,Cp为一阶RC等效电路模型中提取的并联电容值。
实施例二 电池样品测试
电池样品测试,按照实施例一的测量方法,对电池样品进行测试。本例分别采用使用过的未知情况的电池样品和全新的电池样品进行试验,使用过的电池样品和全新的电池样品,都是相同的电池型号,本例具体为,型号32650的磷酸铁锂电池,其额定容量为5Ah。
测试时,预先对两个电池样品进行充电,充电方式与实施例一相同,然后采用实施例一相同的方法进行放电,同样的,通过充放电仪采集放电过程中电池的端电压和电流数据,选取在工况中4C电流倍率处,分别计算得到电池的欧姆内阻、并联内阻和并联电容。根据电池的欧姆内阻参数值所在区间初步判断电池的SOH,根据电池的并联内阻和并联电容参数值所在区间完成电池SOH的判断;同时根据SOH的判断结果,利用电池的并联电容值与SOC的关系,完成电池SOC的计算。
测试结果显示,全新电池的欧姆内阻,小于使用过的电池样品的欧姆内阻,位于健康状态区间内;全新电池的并联内阻,即并联电阻阻值,远大于使用过的电池样品的并联内阻,位于健康状态区间内;全新电池的并联电容值,远小于使用过的电池样品的并联内阻,位于健康状态区间内;因此,判断新电池样品为健康状态。而使用过的电池样品,其欧姆内阻大于新电池样品的欧姆内阻,但是其欧姆内阻值在健康状态和非健康状态的重叠区,无法有效的判断其健康状态;使用过的电池样品,其并联内阻远小于新电池样品,位于非健康状态区间内;使用过的电池样品的并联电容值,远大于新电池样品,位于非健康状态区间内;因此,判断使用过的电池样品为非健康状态。
实施例三 剩余寿命测量
本例在对电池进行充电后,就根据充满电后的电池容量与电池的额定容量的比值,计算出SOH值,SOH值大于或等于80%,判断电池处于健康状态,SOH值小于80%判断电池处于非健康状态。在判断电池处于健康或非健康状态后,根据SOH值判断电池的剩余循环寿命,具体包括,按照公式三计算电池的剩余循环数,
公式三:
其中,SOH为SOH值即容量保持率,N为剩余循环次数,e为自然常数。
公式三是根据实施例一的电池的工况循环测试,获得的电池容量保持率数据与循环次数的对应关系。根据获得容量保持率和循环次数的对应关系,绘制放电次数与容量曲线,采用高斯函数进行拟合得到公式,即公式三,绘制的曲线如图13所示。根据当前的容量保持率,使用公式三即可得出剩余循环次数。
在判断电池处于健康或非健康状态后,同样的,采用实施例一相同的方法,对工况进行模拟,并采用相同的方法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值。当电池为健康状态时,按照公式一计算SOC,当电池为非健康状态时,按照公式二计算SOC;公式一和公式二与实施例一相同。
利用本申请实施例提供的方法可以建立动力电池在不同健康状态和不同荷电状态下的欧姆内阻、并联内阻和并联电容实验数据库。在汽车行驶过程中,选取特定的输出电流阶跃进行参数提取,实时分析得到动力电池的健康状态和荷电状态信息。本申请的方法所提取的参数及其与电池健康状态和荷电状态的关系还可以与其它估测方法结合,如电流积分法,减小估测工作的复杂度,提高估测工作的准确度。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明,不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种测量电池状态的方法,其特征在于:包括以下步骤,
(1)实时测量在运行中的电池的电流和电压;
(2)根据测量的电流和电压值,采用最小二乘法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值;
(3)根据提取的串联电阻阻值所在区间初步判断SOH,并根据并联电阻阻值和并联电容值所在区间判断SOH;
(4)根据步骤(3)的SOH判断结果,按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC,具体包括,当SOH判断为健康状态时,按照公式一计算获得SOC,当SOH判断为非健康状态时,按照公式二计算获得SOC;
公式一:SOC=-0.33+9.94×10-4×Cp
公式二:SOC=-0.46+8.24×10-4×Cp
其中,Cp为一阶RC等效电路模型中提取的并联电容值。
2.一种测量电池状态的方法,其特征在于:包括以下步骤,
(1)在电池进行运行之前,对电池进行恒流恒压充电,并将其充满,根据充满电时的容量与电池额定容量的比值得出SOH值,SOH值大于或等于80%判断电池为健康状态,SOH值小于80%判断电池为非健康状态;
(2)实时测量在运行中的电池的电流和电压;
(3)根据测量的电流和电压值,采用最小二乘法提取一阶RC等效电路模型中的串联电阻阻值、并联电阻阻值和并联电容值;
(4)根据步骤(1)判断的电池健康状态情况,按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述步骤(4)中,根据步骤(1)判断的电池健康状态情况,按照并联电容值与SOC的对应关系计算SOC,具体包括,当电池为健康状态时,按照公式一计算SOC,当电池为非健康状态时,按照公式二计算SOC;
公式一:SOC=-0.33+9.94×10-4×Cp
公式二:SOC=-0.46+8.24×10-4×Cp
其中,Cp为一阶RC等效电路模型中提取的并联电容值。
4.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于:所述步骤(1)还包括,根据SOH值判断电池的剩余循环寿命。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述根据SOH值判断电池的剩余循环寿命,具体包括,按照公式三计算电池的剩余循环数,
公式三:
其中,SOH为SOH值即容量保持率,N为剩余循环次数,e为自然常数。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法在汽车动力电池实时检测或监控中的应用。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106646246A (zh) * 2016-11-16 2017-05-10 安徽锐能科技有限公司 用于电池管理系统的主控模块的检测系统及方法
JP6973334B2 (ja) * 2018-08-30 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 二次電池の劣化状態推定方法および二次電池システム
CN110161298B (zh) * 2019-07-04 2021-09-21 苏州妙益科技股份有限公司 一种基于加权最小二乘法的冗余电流采集方法
CN110554329A (zh) * 2019-10-17 2019-12-10 东软睿驰汽车技术(沈阳)有限公司 一种电池内阻测量方法及装置
CN111816941A (zh) * 2020-07-22 2020-10-23 兰州兰石恩力微电网有限公司 退役磷酸铁锂动力电池的储能成套系统
CN112327195A (zh) * 2020-09-29 2021-02-05 浙江南都电源动力股份有限公司 一种电池健康度检测方法
CN112462269B (zh) * 2020-12-23 2023-05-30 中国电力科学研究院有限公司 基于在线交流阻抗的电池健康状态估算方法及装置
CN115248380A (zh) * 2021-04-28 2022-10-28 宁德新能源科技有限公司 容量保持率预测方法以及电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104364669A (zh) * 2012-06-13 2015-02-18 株式会社Lg化学 用于估算包含混合正极材料的二次电池的充电状态的设备和方法
CN104392080A (zh) * 2014-12-19 2015-03-04 山东大学 一种锂电池分数阶变阶等效电路模型及其辨识方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI233992B (en) * 2000-01-12 2005-06-11 Honeywell Int Inc Method for determining battery state-of-health
JP4477185B2 (ja) * 2000-02-22 2010-06-09 古河電気工業株式会社 鉛蓄電池の特性評価方法および鉛蓄電池の特性評価装置
KR100756837B1 (ko) * 2005-06-30 2007-09-07 주식회사 엘지화학 배터리 상태 추정 방법 및 장치
JP4884945B2 (ja) * 2006-11-30 2012-02-29 三菱重工業株式会社 充電状態予測プログラム、架線レス交通システム及びその充電方法
JP2010019758A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Mitsumi Electric Co Ltd 電池状態検知装置
JP5549634B2 (ja) * 2011-04-04 2014-07-16 トヨタ自動車株式会社 二次電池の劣化判定方法とその装置
CN102914745A (zh) * 2012-07-02 2013-02-06 北京工业大学 车用动力电池性能状态的评定方法
EP3104185B1 (en) * 2012-11-12 2018-01-03 Alps Electric Co., Ltd. Storage device state detection method
CN103020445B (zh) * 2012-12-10 2016-07-06 西南交通大学 一种电动车车载磷酸铁锂电池的soc与soh预测方法
CN103698713B (zh) * 2013-12-30 2016-08-17 长城汽车股份有限公司 一种锂离子电池健康状态评估方法
CN103744030B (zh) * 2014-01-12 2016-06-01 中国科学院电工研究所 电池组健康状态和荷电状态在线估算装置及估算方法
CN105116344B (zh) * 2015-08-28 2018-08-10 江苏大学 基于二进制编码的电池开路电压估算方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104364669A (zh) * 2012-06-13 2015-02-18 株式会社Lg化学 用于估算包含混合正极材料的二次电池的充电状态的设备和方法
CN104392080A (zh) * 2014-12-19 2015-03-04 山东大学 一种锂电池分数阶变阶等效电路模型及其辨识方法

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