CN106645953A - 锂电池内阻值估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂电池内阻值估算方法，用于在线估算锂电池的内阻值，包括如下步骤：S1.获取所述锂电池的初始内阻值R₀，所述初始内阻值R₀为所述锂电池在第一次循环使用时在预定电量SOC₀和预定温度T₀下的内阻值；S2.根据所述锂电池当前的电量SOC_x计算对内阻值的电量修正系数α_SOC，根据所述锂电池当前的循环使用次数j计算对内阻值的循环容量衰减系数α_H，根据所述锂电池当前的温度t计算对内阻值的温度修正系数α_W；S3.根据如下公式计算当前所述锂电池的内阻值R₁：R₁＝R₀×α_SOC×α_H×α_W。本发明的锂电池的内阻估算方法，鲁棒性好、精度较高、不需要测量器件即可进行在线估算。

Description

锂电池内阻值估算方法

技术领域

本发明涉及一种锂电池内阻值估算方法，特别涉及一种锂电池内阻值的在线估算方法。

背景技术

电池内阻值是锂电池的重要参数之一，它是表征锂电池的状态、功率、寿命等关键指标的重要标志。通常对于锂电池的内阻值有离线检测、在线检测、和在线估算三种评估测量方法。

离线检测是传统的测量手段，精度高、可重复性好，但是不适合在线评估锂电池的状态。

在线检测在近年来也出现了许多方法，比如公开号为CN102262184A的发明专利申请文件“蓄电池内阻在线检测仪及内阻检测方法”。现有的这些在线检测方法需要在电池上附接检测器件，增加了电池组的复杂程度；而且由于电池在运行过程中电化学特性活跃，电压电流检测值变化大，往往对内阻值的检测精度低，可重复性差。

在线估算的方法是结合离线检测的数据来推测动态运行时电池的状态，比如公开号为CN103728495A的发明专利申请文件“一种在线估算动力锂电池电池内阻的方法”、以及公开号为CN104330636A的发明专利申请文件“一种锂离子电池直流内阻推测方法”。在线估算的方法，不需要附接检测器件，其只需利用静态电池的数据来在线估算电池的内阻即可，具有很大的便利性。但是现有的在线估算方法，在估算过程中仍然严重地依赖当前电池的电压和电流的检测值，实际上仍未能摆脱前述在线检测方法的缺陷。

因此，需要提出一种鲁棒性好、精度较高、不需要测量器件的锂电池内阻的在线估算方法。

发明内容

为此，本发明提供了一种锂电池内阻值估算方法，用于在线估算锂电池的内阻值，包括如下步骤：S1.获取所述锂电池的初始内阻值R₀，所述初始内阻值R₀为所述锂电池在第一次循环使用时在预定电量SOC₀和预定温度T₀下的内阻值；S2.根据所述锂电池当前的电量SOC_x计算对内阻值的电量修正系数α_SOC，根据所述锂电池当前的循环使用次数j计算对内阻值的循环容量衰减系数α_H，根据所述锂电池当前的温度t计算对内阻值的温度修正系数α_W；S3.根据如下公式计算所述锂电池当前的内阻值R₁：R₁＝R₀×α_SOC×α_H×α_W。

进一步地，所述预定电量SOC₀在第一稳定电量SOC₁和第二稳定电量SOC₂之间，当所述锂电池的电量在所述第一稳定电量SOC₁和所述第二稳定电量SOC₂之间时，其内阻值的变化量小于第一预定值；当所述锂电池的电量小于所述第一稳定电量SOC₁或大于所述第二稳定电量SOC₂时，其内阻值的变化量大于第二预定值，其中，所述第一稳定电量SOC₁小于所述第二稳定电量SOC₂，所述第一预定值不大于所述第二预定值。

进一步地，所述电量修正系数α_SOC通过如下公式计算：

其中，R_SOCl为所述锂电池在第一次循环使用时在预定温度T₀下电量为SOCl时的内阻值，且0＜SOCl＜SOC₁；R_SOCh为所述锂电池在第一次循环使用时在预定温度T₀下电量为SOCh时的内阻值，且SOC₂＜SOCh＜100。

进一步地，所述循环容量衰减系数α_H通过如下公式计算：

其中，J为所述锂电池的总循环使用次数，R_J0为所述锂电池在第J次循环使用后在预定电量SOC₀和预定温度T₀下的内阻值。

进一步地，所述温度修正系数α_W根据预存的温度查找表来计算，其中，所述温度查找表包括多个温度t1,t2,...,tN以及与各温度对应的温度修正系数α_W1,α_W2,...,α_WN。所述多个温度t1,t2,...,tN中包括特定温度tx，其值等于所述预定温度T₀；并且，与所述特定温度tx对应的温度修正系数α_Wx为1。

可选地，若所述锂电池当前的温度t的值包含在所述多个温度t1,t2,...,tN中，则与所述锂电池当前的温度t的值相等的温度tn所对应的温度修正系数α_Wn为所述温度修正系数α_W；若所述锂电池当前的温度t的值未包含在所述多个温度t1,t2,...,tN中，则与所述锂电池当前的温度t的值最接近的温度tn所对应的温度修正系数α_Wn为所述温度修正系数α_W。

可选地，若所述锂电池当前的温度t的值包含在所述多个温度t1,t2,...,tN中，则与所述锂电池当前的温度t的值相等的温度tn所对应的温度修正系数α_Wn为所述温度修正系数α_W；若所述锂电池当前的温度t的值未包含在所述多个温度t1,t2,...,tN中，则将与所述锂电池当前的温度t的值最接近的两个温度tn1,tn2以及所对应的两个温度修正系数α_Wn1,α_Wn2进行线性拟合，得到的与所述锂电池当前的温度t对应的温度修正系数α_Wt为所述温度修正系数α_W。

优选地，所述第一稳定电量SOC₁为30％，所述第二稳定电量SOC₂为80％。所述SOCl为10％，所述SOCh为90％。

本发明的锂电池的内阻估算方法，通过读取锂电池的电量、循环使用次数、温度来估算锂电池的内阻，无需附加任何检测器件；同时不直接依赖锂电池当前的电压、电流的检测值。

附图说明

图1为本发明的锂电池内阻估算方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的锂电池内阻估算方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明提供了一种锂电池内阻值估算方法，用于在线估算锂电池的内阻值。如图1所示，该方法包括：

步骤S1：

获取锂电池的初始内阻值R₀。初始内阻值R₀是指，锂电池在第一次循环使用时、在预定电量SOC₀和预定温度T₀下的内阻值。

该初始内阻值R₀可以是在上述条件下离线测量的内阻值，然后保存在存储器中，在需要在线估算锂电池的内阻值R₁时，从存储器中读取得到。

一次循环使用是指一次充放电过程，第一次循环使用是指锂电池为没有进行充放电循环使用过程的新电池。

预定电量SOC₀的选取需要考虑锂电池在该预定电量SOC₀时的内阻值必须是稳定的。因此，预定电量SOC₀是在第一稳定电量SOC₁和第二稳定电量SOC₂之间的一个值，其中第一稳定电量SOC₁小于第二稳定电量SOC₂。当锂电池的电量在第一稳定电量SOC₁和第二稳定电量SOC₂之间时，其内阻值的变化量小于第一预定值；当锂电池的电量小于第一稳定电量SOC₁或大于第二稳定电量SOC₂时，其内阻值的变化量大于第二预定值，其中，第一预定值不大于第二预定值。即，锂电池的内阻值在电量为第一稳定电量SOC₁到第二稳定电量SOC₂之间时比较稳定。

优选地，第一稳定电量SOC₁为30％，第二稳定电量SOC₂为80％，预定电量SOC₀为50％。

预定温度T₀是指锂电池通常的温度，可以选择锂电池在正常工作时的温度范围内的任意一个温度值作为预定温度T₀，例如20℃。

步骤S2：

根据锂电池当前的电量SOC_x计算对内阻值的电量修正系数α_SOC，根据锂电池当前的循环使用次数j计算对内阻值的循环容量衰减系数α_H，根据锂电池当前的温度t计算对内阻值的温度修正系数α_W。

锂电池当前的电量SOC_x、当前的循环使用次数j、和当前的温度t可以从锂电池的实时管理系统的输出中获得。

电量修正系数α _SOC 的计算：

电量修正系数α_SOC反应锂电池当前的电量SOC_x对其内阻值的影响，即从初始内阻值R₀到当前内阻值R₁由于电量变化所引起的内阻值的变化程度。

由于锂电池的内阻值在其电量为SOC₁～SOC₂之间时比较稳定，而在小于SOC₁或者大于SOC₂时均呈线性或类似线性变化，因此，优选地，电量修正系数α_SOC可以通过如下公式1来计算：

公式1

其中：

R_SOCl为锂电池在第一次循环使用时在预定温度T₀下电量为SOCl时的内阻值，即与初始内阻值R₀的其他条件相同但电量为SOCl时的内阻值，其中SOCl满足0＜SOCl＜SOC₁，即小于SOC₁的分段内的电量的代表值，其优选值为10％；

R_SOCh为锂电池在第一次循环使用时在预定温度T₀下电量为SOCh时的内阻值，即与初始内阻值R₀的其他条件相同但电量为SOCh时的内阻值，其中SOCh满足SOC₂＜SOCh＜100，即大于SOC₂的分段内的电量的代表值，其优选值为90％。

当然，电量修正系数α_SOC也可以使用其他的方法来计算。例如，经实验观察发现，锂电池的内阻值在电量大于或等于第一电量SOC₁时比较稳定，而在电量低于第一电量SOC₁时会明显增大，因此，可选地，电量修正系数α_SOC还可以通过如下公式1’来计算：

公式1’

其中，R_SOC2为锂电池在第一次循环使用时在预定温度T₀下电量为第三电量SOC₃时的内阻值，其中，第三电量SOC₃为小于第一电量SOC₁的一个电量值，优选地该第二电量SOC₂为10％。

在公式1中，电量修正系数α_SOC分三段进行计算，其中在其电量为SOC₁～SOC₂之间时电量修正系数α_SOC为1，在电量为其他值时通过线性公式计算电量修正系数α_SOC。而在公式1’中，电量修正系数α_SOC分两段进行计算，其中在其电量大于或等于SOC₁时电量修正系数α_SOC为1，在电量小于SOC₁时以第三电量SOC₃时的内阻值的修正系数为此段的电量修正系数α_SOC。显然公式1’的方法比公式1的方法简便，但公式1的方法比公式1’的方法精确。

此外，电量修正系数α_SOC还可以有其他的计算方法，例如，可以通过离线测量值建立查找表，然后在线计算时通过查表法来得到电量修正系数α_SOC。

循环容量衰减系数α _H 的计算：

循环容量衰减系数α_H反应锂电池当前的循环使用次数对其内阻值的影响，即从初始内阻值R₀到当前内阻值R₁由于循环使用次数的增多所引起的内阻值的变化程度。

循环容量衰减系数α_H可通过如下公式2来计算：

公式2

其中，J为锂电池的总循环使用次数，即最大可能的循环使用次数，也即循环寿命；R_J0为锂电池在第J次循环使用后在预定电量SOC₀和预定温度T₀下的内阻值。

此外，循环容量衰减系数α_H还可以通过其他方法来计算。例如，可以将循环容量衰减系数α_H进行分段计算，每段选取一个典型值来代表该分段内的循环容量衰减系数α_H。其中一个示例如公式2’所示：

公式2’

其中，R_J/2为锂电池在第J/2次循环使用后在预定电量SOC₀和预定温度T₀下的内阻值；R_J为锂电池在第J次循环使用后在预定电量SOC₀和预定温度T₀下的内阻值。

可以理解的是，公式2’的计算方法，只是分段计算的一个示例，本领域技术人员在公式2’的启示下还可以变换出其他类似的计算方法。

此外，循环容量衰减系数α_H还可以有其他的计算方法，例如，可以通过离线测量值建立查找表，然后在线计算时通过查表法来得到循环容量衰减系数α_H。

温度修正系数α _W 的计算：

温度修正系数α_W反应锂电池当前的温度t对其内阻值的影响，即从初始内阻值R₀到当前内阻值R₁由于温度变化所引起的内阻值的变化程度。

对于锂电池来说，温度修正系数是温度的函数。可以使用查表法来完成温度修正系数α_W的计算，即根据预存的温度查找表来计算温度修正系数α_W。温度查找表中包括多个温度t1,t2,...,tN以及与各温度对应的温度修正系数α_W1,α_W2,...,α_WN，如表1所示：

表1温度查找表

温度	温度修正系数
		t1	αW1
t2	αW2
		...	...

tN

αWN

温度查找表中的多个温度t1,t2,...,tN中包括特定温度tx，特定温度tx的值等于预定温度T₀。并且，与特定温度tx对应的温度修正系数α_Wx为1。温度查找表可以将锂电池进行离线测量得到。

根据锂电池当前的温度t和预存的温度查找表来计算温度修正系数α_W的方法如下：

若锂电池当前的温度t的值包含在温度查找表中的多个温度t1,t2,...t,N中，则直接读取与锂电池当前的温度t对应的温度修正系数α_W即可。

若锂电池当前的温度t的值未包含在温度查找表中的多个温度t1,t2,...,tN中，则有多种方法可以确定与之对应的温度修正系数α_W。以下列举两种方法，分别为邻近法和线性法。

1)邻近法：

找到温度查找表中与锂电池当前的温度t的值最接近的温度tn，则读取该最接近的温度tn所对应的温度修正系数α_Wn为锂电池当前的温度t的温度修正系数α_W。

2)线性法：

将温度查找表中与锂电池当前的温度t的值最接近的两个温度tn1,tn2以及所对应的两个温度修正系数α_Wn1,α_Wn2进行线性拟合，得到与锂电池当前的温度t对应的温度修正系数α_Wt为温度修正系数α_W，即

以上，通过步骤S2，完成了电量修正系数α_SOC、循环容量衰减系数α_H、以及温度修正系数α_W的计算。

步骤S3：

根据如下公式3来计算锂电池当前的内阻值R₁：

R₁＝R₀×α_SOC×α_H×α_W 公式3

本领域技术人员可以理解的是，上述步骤S2和S3可以合并，即，不是先计算各个修正系数再计算最终的内阻值，而是直接计算修正后的内阻值。例如，先根据锂电池当前的电量SOC_x计算电量修正后的内阻值R'＝R₀×α_SOC，再根据锂电池当前的循环使用次数j计算电量和循环次数修正后的内阻值R”＝R'×α_H，最后根据锂电池当前的温度t计算锂电池当前的内阻值R₁＝R”×α_W。同样可以理解的是，前述计算中的先后顺序可以变换，并不限于所列举出的这种计算顺序。

以下以一个实例来说明本发明的锂电池内阻估算方法。

某型需要在线估算其内阻值的锂电池，其当前的电量SOC_x为25％，当前的温度t为50℃。

步骤S1：

获取其在20℃(预定温度T₀)下50％电量(预定电量SOC₀)时新电池(第一次循环使用)的内阻值为5.56mΩ(初始内阻值R₀)，即初始内阻值R₀＝5.56mΩ。

步骤S2：

获取该型锂电池在20℃(预定温度T₀)下10％电量(SOCl)下新电池的内阻值为11.76mΩ(R_SOCl)、90％电量(SOCh)下新电池的内阻值为3.89mΩ(R_SOCh)。

通过如下公式4来计算电量修正系数α_SOC：

公式4

该型锂电池的循环寿命为1000次(J)，1000次循环后50％电量(预定电量SOC₀)和20℃(预定温度T₀)下锂电池的内阻值为14.53mΩ(R_J0)，当前的循环使用次数为500次(j)，则根据如下公式5来计算循环容量衰减系数α_H。

公式5

该型锂电池的温度查找表如表2所示：

表2温度查找表实例

温度	温度修正系数
		50℃	0.75
20℃	1.00
		10℃	1.53
0℃	3.48

则通过查表得到锂电池的温度修正系数α_W＝0.75。

步骤S3：

根据如下公式6计算锂电池当前的内阻值R₁：

R₁＝R₀×α_SOC×α_H×α_W＝9.66mΩ 公式6

本发明的锂电池的内阻估算方法，适用于锂电池内阻的在线估算，其通过读取锂电池的电量、循环使用次数、和温度来估算锂电池的内阻值，其有益效果在于：

1)无需附加任何检测器件即可进行在线估算，能够降低锂电池组的复杂度；

2)不依赖于锂电池当前的电压和电流的检测值，估算结果可靠。由于锂电池在线的电压和电流的测量值波动很大，经常发生跳变，因此根据在线测量的电压和电流值估算的内阻值也会发生突变，而实际上内阻值随着锂电池荷电状态的变化应该呈缓慢变化，因此，根据在线测量的电压和电流值估算的内阻值的方法的可靠性差。而本发明的锂电池的内阻估算方法克服了现有技术的这一缺陷。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种锂电池内阻值估算方法，用于在线估算锂电池的内阻值，其特征在于，包括如下步骤：

S1.获取所述锂电池的初始内阻值R₀，所述初始内阻值R₀为所述锂电池在第一次循环使用时在预定电量SOC₀和预定温度T₀下的内阻值；

S2.根据所述锂电池当前的电量SOC_x计算对内阻值的电量修正系数α_SOC，根据所述锂电池当前的循环使用次数j计算对内阻值的循环容量衰减系数α_H，根据所述锂电池当前的温度t计算对内阻值的温度修正系数α_W；

S3.根据如下公式计算所述锂电池当前的内阻值R₁：

R₁＝R₀×α_SOC×α_H×α_W。

2.根据权利要求1所述的锂电池内阻值估算方法，其特征在于，所述预定电量SOC₀在第一稳定电量SOC₁和第二稳定电量SOC₂之间，当所述锂电池的电量在所述第一稳定电量SOC₁和所述第二稳定电量SOC₂之间时，其内阻值的变化量小于第一预定值；当所述锂电池的电量小于所述第一稳定电量SOC₁或大于所述第二稳定电量SOC₂时，其内阻值的变化量大于第二预定值，其中，所述第一稳定电量SOC₁小于所述第二稳定电量SOC₂，所述第一预定值不大于所述第二预定值。

3.根据权利要求2所述的锂电池内阻值估算方法，其特征在于，所述电量修正系数α_SOC通过如下公式计算：

${\mathrm{\&alpha;}}_{SOC}=\left\{\begin{array}{cc}1+\frac{({\mathrm{SOC}}_x-{\mathrm{SOC}}_1)(R_0-R_{SOCl})}{({\mathrm{SOC}}_1-SOCl)R_0}& ({\mathrm{SOC}}_x<{\mathrm{SOC}}_1)\\ 1& ({\mathrm{SOC}}_1\&le;{\mathrm{SOC}}_x\&le;{\mathrm{SOC}}_2)\\ 1+\frac{({\mathrm{SOC}}_2-{\mathrm{SOC}}_x)(R_0-R_{SOCh})}{(SOCh-{\mathrm{SOC}}_2)R_0}& ({\mathrm{SOC}}_x>{\mathrm{SOC}}_2)\end{array}\right.,$ 其中，

R_SOCl为所述锂电池在第一次循环使用时在预定温度T₀下电量为SOCl时的内阻值，且0＜SOCl＜SOC₁；R_SOCh为所述锂电池在第一次循环使用时在预定温度T₀下电量为SOCh时的内阻值，且SOC₂＜SOCh＜100。

4.根据权利要求1所述的锂电池内阻值估算方法，其特征在于，所述循环容量衰减系数α_H通过如下公式计算：

${\mathrm{\&alpha;}}_H=1+\frac{j(R_{J0}-R_0)}{{\mathrm{JR}}_0},$ 其中，

J为所述锂电池的总循环使用次数，R_J0为所述锂电池在第J次循环使用后在预定电量SOC₀和预定温度T₀下的内阻值。

5.根据权利要求1所述的锂电池内阻值估算方法，其特征在于，所述温度修正系数α_W根据预存的温度查找表来计算，其中，所述温度查找表包括多个温度t1,t2,...,tN以及与各温度对应的温度修正系数α_W1,α_W2,...,α_WN。

6.根据权利要求5所述的锂电池内阻值估算方法，其特征在于，所述多个温度t1,t2,...,tN中包括特定温度tx，其值等于所述预定温度T₀；并且，与所述特定温度tx对应的温度修正系数α_Wx为1。

7.根据权利要求5所述的锂电池内阻值估算方法，其特征在于，

若所述锂电池当前的温度t的值包含在所述多个温度t1,t2,...,tN中，则与所述锂电池当前的温度t的值相等的温度tn所对应的温度修正系数α_Wn为所述温度修正系数α_W；

若所述锂电池当前的温度t的值未包含在所述多个温度t1,t2,...,tN中，则与所述锂电池当前的温度t的值最接近的温度tn所对应的温度修正系数α_Wn为所述温度修正系数α_W。

8.根据权利要求5所述的锂电池内阻值估算方法，其特征在于，

若所述锂电池当前的温度t的值包含在所述多个温度t1,t2,...,tN中，则与所述锂电池当前的温度t的值相等的温度tn所对应的温度修正系数α_Wn为所述温度修正系数α_W；

若所述锂电池当前的温度t的值未包含在所述多个温度t1,t2,...,tN中，则找到与所述锂电池当前的温度t的值最接近的两个温度tn1,tn2以及所对应的两个温度修正系数α_Wn1,α_Wn2，并根据如下公式计算所述温度修正系数α_W：

${\mathrm{\&alpha;}}_W={\mathrm{\&alpha;}}_{Wn2}+\frac{(t-tn1)({\mathrm{\&alpha;}}_{Wn2}-{\mathrm{\&alpha;}}_{Wn1})}{tn2-tn1}.$

9.根据权利要求2或3所述的锂电池内阻值估算方法，其特征在于，所述第一稳定电量SOC₁为30％，所述第二稳定电量SOC₂为80％。

10.根据权利要求3所述的锂电池内阻值估算方法，其特征在于，所述SOCl为10％，所述SOCh为90％。