CN110095732A - 一种考虑环境湿度对内阻影响的锂电池soh估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑环境湿度对内阻影响的锂电池SOH估计方法，（1）用控制变量的方法，测试得到电池在不同环境湿度下，以相同倍率、荷电状态、温度放电时电池内阻的变化曲线，拟合出环境湿度与电池内阻的变化公式；（2）在当前电池内阻的测定中加入自放电内阻影响因素，当环境中水分子密度变化时，根据电池自放电内阻和环境湿度的拟合关系，电池自放电内阻也相应增大或减小，使得电池内阻根据环境湿度的变化更新，从而得到锂电池SOH的估计公式。本发明可以根据环境湿度的变化，得到电池的自放电内阻的变化情况，并将其代入现有的SOH计算方法中，修正电池内阻的检测结果，从而完成对SOH估计结果的修正。

Description

一种考虑环境湿度对内阻影响的锂电池SOH估计方法

技术领域

本发明涉及锂电池SOH估计方法技术领域，尤其涉及一种考虑环境湿度对内阻影响的锂电池SOH估计方法。

背景技术

锂电池的SOH(电池健康状态估计)，以电池容量定义SOH，可表述为电池当前容量与额定容量的比值，通常以百分数表示，对于评价电池寿命、估计电池可用容量具有重要作用，是电池管理系统(BMS)的主要功能之一。

根据QC/T 743-2006电动汽车用锂离子蓄电池行业标准中关于电池循环寿命的规定，电池在20℃±2℃下的循环寿命试验中，当电池容量下降到其额定容量的80％时判定锂离子电池失效。根据该标准可以得到基于电池内阻的SOH估计的方法：

其中，R_NOW代表电池当前的内阻值，R_NEW代表电池的初始内阻值，R_EOL代表当电池根据以上标准判定为报废时的电池内阻。电池当前内阻值可以通过直接放电法根据电池电压的变化计算得到，但是此方法只考虑到了极化内阻和欧姆内阻对电池内阻的影响，忽略了环境湿度会影响到电池的自放电过程从而影响电池的内阻变化。

研究表明使电极暴露在水分子密度更大的环境下会促进电池的自放电反应，可能的原理是环境湿度较大时空气中极化水分子密度较大，会引起电极中的电子朝极耳运动，导致电极电势波动，原本嵌在电极的锂离子会脱嵌进入电解液，造成可逆自放电，产生容量损失。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种考虑环境湿度对内阻影响的锂电池SOH估计方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种考虑环境湿度对内阻影响的锂电池SOH估计方法，具体步骤如下：

(1)用控制变量的方法，测试得到电池在不同环境湿度下，以相同倍率、荷电状态、温度放电时电池内阻的变化曲线，拟合出环境湿度与电池内阻的变化公式；

(2)在当前电池内阻的测定中加入自放电内阻影响因素，当环境中水分子密度相对于预设值变化时，根据电池自放电内阻和环境湿度的拟合关系，电池自放电内阻也相应增大或减小，使得电池内阻根据环境湿度的变化更新，从而得到锂电池SOH的估计公式。

所述的拟合环境湿度与电池内阻的变化公式，具体内容如下：

在t0时刻大电流放电，电池的端电压UL下降ΔU1，当在t1时刻电池停止放电时，电池的电压回升ΔU2，其值大小等于ΔU1，待测电池的直流内阻R_d由下式得到：

式中，U₁为是停止放电后电压回升后的电池电压，U₂为t0到t1放电一段时间后的电池电压，I_D为放电电流；

同时，由于环境湿度变化会产生自放电内阻，所以，电池当前的内阻值

R_NOW＝R_real+R_s (2)

式中R_real为电池的极化内阻以及欧姆内阻之和，R_s为由于环境湿度而引起的电池自放电内阻；

电池SOH的估计公式为：

式中R_EOL为当电池报废时的电池内阻，R_NEW代表电池的初始内阻值；

设环境湿度相对于预设值的变化值为x％，电池的自放电内阻R_s表示为：

R_s＝a₁+a₂x+a₃x²+a₄x³+…+a_nx^n-1 (5)

式中a₁、a₂、a₃、a₄…a_n均为与环境湿度有关的系数，从所述的得到电池内阻的变化曲线的实验中拟合得到；

所述的得到锂电池SOH的估计公式，具体内容如下：

在电池的使用过程中，因环境湿度而引起的电池自放电反应属于可逆自放电，虽引起了R_NOW的增大，但根据电池健康状态的定义，真正影响了锂电池SOH的是电池的极化内阻以及欧姆内阻之和R_real，根据式(2)(3)，所以SOH的表达式为：

本发明的优点是：1、本发明在SOH估计过程中，通过考虑环境湿度因素的影响进行电池内阻测算的修正，来实现SOH估计结果的修正，从而使BMS在更广泛的使用工况下保持较高的SOH估计的精度。

2、本发明可以使电动汽车BMS在湿度较高的地区或天气状况下，保持较高的SOH估计精度，提高了BMS系统工作的可靠性。

3、在电池状态的联合估计中，可靠精确的SOH估计对精确的SOC估计和其他状态估计具有重要意义。

附图说明

图1锂电池的脉冲放电响应曲线。

图2有无防潮保护的NCM电池在高湿度电压环境下的电压衰减。

图3基于电池内阻的SOH改进方法流程图。

具体实施方式

一种考虑环境湿度对内阻影响的锂电池SOH估计方法，具体步骤如下：

(1)用控制变量的方法，测试得到电池在不同环境湿度下，以相同倍率、荷电状态、温度放电时电池内阻的变化曲线，拟合出环境湿度与电池内阻的变化公式；

(2)在当前电池内阻的测定中加入自放电内阻影响因素，当环境中水分子密度相对于预设值变化时，根据电池自放电内阻和环境湿度的拟合关系，电池自放电内阻也相应增大或减小，使得电池内阻根据环境湿度的变化更新，从而得到锂电池SOH的估计公式，从而提高了SOH的估计精度，避免了在SOH估计中，因为环境湿度而导致的对电池循环寿命的判断的误差。

所述的拟合环境湿度与电池内阻的变化公式，具体内容如下：

如图1所示，在t0时刻大电流放电，电池的端电压UL下降ΔU1，当在t1时刻电池停止放电时，电池的电压回升ΔU2，其值大小等于ΔU1，待测电池的直流内阻R_d由下式得到：

式中，U₁为是停止放电后电压回升后的电池电压，U₂为t0到t1放电一段时间后的电池电压，I_D为放电电流；

其中电池自放电内阻R_s与环境湿度的关系的理论基础如图2所示。

实验表明，不论是NCM电池还是LCO电池，都会在较高的湿度环境下有因电池内阻增大引起的电压衰减现象。

同时，由于环境湿度变化会产生自放电内阻，所以，电池当前的内阻值

R_NOW＝R_real+R_s (2)

式中R_real为电池的极化内阻以及欧姆内阻之和，R_s为由于环境湿度而引起的电池自放电内阻；

电池SOH的估计公式为：

式中R_EOL为当电池报废时的电池内阻，R_NEW代表电池的初始内阻值；

设环境湿度相对于预设值的变化值为x％，电池的自放电内阻R_s表示为：

R_s＝a₁+a₂x+a₃x²+a₄x³+…+a_nx^n-1 (5)

式中a₁、a₂、a₃、a₄…a_n均为与环境湿度有关的系数，从所述的得到电池内阻的变化曲线的实验中拟合得到；

所述的得到锂电池SOH的估计公式，具体内容如下：

如图3所示，在电池的使用过程中，因环境湿度而引起的电池自放电反应属于可逆自放电，虽引起了R_NOW的增大，但根据电池健康状态的定义，真正影响了锂电池SOH的是电池的极化内阻以及欧姆内阻之和R_real，根据式(2)(3)，所以SOH的表达式为：

在SOH估计的计算过程中，加入对环境湿度即空气中水分子密度的检测，然后根据以上的方法得到相对应的电池自放电内阻，自放电内阻作为电池内阻的一部分，另外，采用传统方法可以根据电池的电压和电流测算出此时的电池内阻，然后根据上式进行基于电池内阻的SOH的计算，所得出的结果，就是考虑到环境湿度的影响后的电池的真实健康状态。

Claims (2)

1.一种考虑环境湿度对内阻影响的锂电池SOH估计方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)用控制变量的方法，测试得到电池在不同环境湿度下，以相同倍率、荷电状态、温度放电时电池内阻的变化曲线，拟合出环境湿度与电池内阻的变化公式；

(2)在当前电池内阻的测定中加入自放电内阻影响因素，当环境中水分子密度相对于预设值变化时，根据电池自放电内阻和环境湿度的拟合关系，电池自放电内阻也相应增大或减小，使得电池内阻根据环境湿度的变化更新，从而得到锂电池SOH的估计公式。

2.根据权利要求1所述的一种考虑环境湿度对内阻影响的锂电池SOH估计方法，其特征在于：所述的拟合环境湿度与电池内阻的变化公式，具体内容如下：

在t0时刻大电流放电，电池的端电压UL下降ΔU1，当在t1时刻电池停止放电时，电池的电压回升ΔU2，其值大小等于ΔU1，待测电池的直流内阻R_d由下式得到：

式中，U₁为是停止放电后电压回升后的电池电压，U₂为t0到t1放电一段时间后的电池电压，I_D为放电电流；

同时，由于环境湿度变化会产生自放电内阻，所以，电池当前的内阻值

R_NOW＝R_real+R_s (2)

式中R_real为电池的极化内阻以及欧姆内阻之和，R_s为由于环境湿度而引起的电池自放电内阻；

电池SOH的估计公式为：

式中R_EOL为当电池报废时的电池内阻，R_NEW代表电池的初始内阻值；

设环境湿度相对于预设值的变化值为x％，电池的自放电内阻R_s表示为：

R_s＝a₁+a₂x+a₃x²+a₄x³+…+a_nx^n-1 (5)

式中a₁、a₂、a₃、a₄…a_n均为与环境湿度有关的系数，从所述的得到电池内阻的变化曲线的实验中拟合得到；

所述的得到锂电池SOH的估计公式，具体内容如下：

在电池的使用过程中，因环境湿度而引起的电池自放电反应属于可逆自放电，虽引起了R_NOW的增大，但根据电池健康状态的定义，真正影响了锂电池SOH的是电池的极化内阻以及欧姆内阻之和R_real，根据式(2)(3)，所以SOH的表达式为：