CN110764009A - 一种电动汽车的电池组循环容量及健康状态的估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车的电池组循环容量及健康状态的估算方法，其利用充放电循环次数和标准条件下的电池组在生命周期内的充放电循环总次数、电池组额定容量、电池组寿命终止容量来进行电池组循环容量及健康状态的实时在线准确估算，为电池组的维护和安全诊断提供了依据，并且该估算方法简单、实用，适于推广应用。

Description

一种电动汽车的电池组循环容量及健康状态的估算方法
技术领域
本发明属于新能源汽车电池管理系统领域，具体涉及一种电动汽车的电池组循环容量及健康状态的估算方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，汽车带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭和安全等方面的问题越来越突出。而且随着经济的持续增长和世界人口的增加、人民生活水平的提高，人均能源消耗将会迅速增加，环境污染会变得更为严重。面对环境和能源的双重压力，国内外汽车行业及政府将节能和减排作为汽车性能评价的主要指标。因此，电动汽车将成为未来汽车发展的主流方向，同时也是解决环境和能源问题的最优途径。
电池组循环容量、电池组健康状态SOH(即State of Health)的预测，可以为电池组自身的检测与诊断提供依据，有助于及时了解电池组的寿命。电池组循环容量、电池组健康状态关系到电动汽车的动力性能，因此对电池组循环容量及健康状态进行预测，对提高电动汽车的性能有重要意义。目前，电池组循环容量及健康状态的检测过程比较复杂，耗时较长且不易实现在线估算。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单的电动汽车的电池组循环容量及健康状态的估算方法，以实现实时在线估算电池组循环容量及健康状态，为电池组的维护和安全诊断提供依据。
本发明所述的电动汽车的电池组循环容量的估算方法，包括：
步骤一、读取存储的充放电循环次数CycNr、存储的第一充放电容量BCCpOne_His和存储的循环容量CycCp_His，获取车辆的当前充放电电流Ia，然后执行步骤二；
步骤二、判断车辆的当前充放电电流Ia是否大于电流阈值Im，如果是，则获取当前换算为标准条件的第二充放电容量BCCpOne_Est，然后执行步骤三，否则执行步骤四；
步骤三、利用公式：BCCp_Est＝BCCpOne_His+BCCpOne_Est，计算得到本次充放电容量BCCp_Est，然后执行步骤五；
步骤四、将第一充放电容量BCCpOne_His赋值给本次充放电容量BCCp_Est，然后执行步骤五；
步骤五、判断本次充放电容量BCCp_Est是否大于或等于循环容量CycCp_His，如果是，则执行步骤六，否则执行步骤七；
步骤六、将充放电循环次数CycNr加1，同时将本次充放电容量BCCp_Est清零，然后执行步骤八；
步骤七、使充放电循环次数CycNr、本次充放电容量BCCp_Est保持不变，将循环容量CycCp_His赋值给电池组循环容量CycCp_Est，然后执行步骤九；
步骤八、利用公式：
Figure BDA0002256563260000021
计算得到电池组循环容量CycCp_Est，然后执行步骤九；其中，TotalCycNum表示标准条件下的电池组在生命周期内的充放电循环总次数，RatCp表示标准条件下的电池组额定容量，EolCp表示标准条件下的电池组寿命终止容量，TotalCycNum、RatCp、EolCp都为已知的常量；
步骤九、将本次充放电容量BCCp_Est赋值给第一充放电容量BCCpOne_His，将电池组循环容量CycCp_Est赋值给循环容量CycCp_His，然后将充放电循环次数CycNr、第一充放电容量BCCpOne_His、循环容量CycCp_His存储。
优选的，所述当前换算为标准条件的第二充放电容量BCCpOne_Est能够通过如下方式得到：
在车辆运行过程中实时获取当前电池组温度T1、当前充放电倍率I1、当前充放电过程SOC使用区间dod1、当前日历寿命时间t1和当前充放电容量BCCpOne_Now；
将当前电池组温度T1、当前充放电倍率I1、当前充放电过程SOC使用区间dod1、当前日历寿命时间t1，带入电池组容量衰减量Cpj的数学模型：
Figure BDA0002256563260000022
Figure BDA0002256563260000023
中，计算得到当前电池组容量衰减量Cp1：
Figure BDA0002256563260000024
其中，A、B、C、D、E、F、G、R为拟合得到的常量，Soc表示存储状态下电池组的荷电状态且为已知的常量，e表示以10为底的指数，Tj表示电池组温度、Ij表示充放电倍率、dodj表示充放电过程SOC使用区间、tj表示日历寿命时间；
利用公式：
Figure BDA0002256563260000025
计算得到当前充放电状态下的容量估算权重W；其中，Cp0表示标准条件下的电池组容量衰减量且为已知的常量；
利用公式：BCCpOne_Est＝BCCpOne_Now*W，计算得到所述当前换算为标准条件的第二充放电容量BCCpOne_Est。
在计算当前换算为标准条件的第二充放电容量BCCpOne_Est时，综合考虑了电池组温度、充放电倍率、充放电过程SOC使用区间和日历寿命时间对电池组容量衰减量的影响，考虑了电池组容量衰减量对当前充放电容量BCCpOne_Now的影响，使得到的所述第二充放电容量BCCpOne_Est更准确，进而使估算的电池组循环容量及健康状态更准确。
优选的，在离线状态下，利用多个车辆历史运行状态和对应的电池组容量衰减量、电池组温度、充放电倍率、充放电过程SOC使用区间、日历寿命时间(即历史电池组衰减数据)进行数学拟合，能够得到所述电池组容量衰减量Cpj的数学模型：
Figure BDA0002256563260000031
Figure BDA0002256563260000032
相应的也就确定了A、B、C、D、E、F、G、R的具体数值。
优选的，所述EolCp满足：EolCp＝RatCp*80％；在标准条件下，所述电池组从电池组额定容量RatCp衰减至电池组寿命终止容量EolCp的过程为电池组的生命周期；通过在标准条件下进行容量测试的方式能够获得所述RatCp、所述Soc和所述Cp0，通过在标准条件下进行电池组循环寿命测试的方式能够获得所述TotalCycNum。
优选的，所述标准条件为：电池组温度等于25℃、充放电倍率等于1C、充放电过程SOC使用区间等于80％，日历寿命时间等于0。
本发明所述的电动汽车的电池组健康状态的估算方法为：利用公式：
Figure BDA0002256563260000033
Figure BDA0002256563260000034
计算得到电池组健康状态SOH；其中，CycCp_Est表示采用上述电池组循环容量的估算方法估算得到的电池组循环容量，RatCp表示标准条件下的电池组额定容量。
本发明在进行电池组循环容量及健康状态的估算时，综合考虑了充放电循环次数和标准条件下的电池组在生命周期内的充放电循环总次数、电池组额定容量、电池组寿命终止容量，能实现实时在线准确估算电池组循环容量及健康状态，为电池组的维护和安全诊断提供了依据；并且该估算方法简单、实用，适于推广应用。
附图说明
图1为本发明中的电池组循环容量的估算流程图。
图2为本发明中的电池组健康状态的估算流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
在离线状态下，在标准条件(即电池组温度等于25℃、充放电倍率等于1C、充放电过程SOC使用区间等于80％，日历寿命时间等于0)下，进行容量测试，获得标准条件下的电池组额定容量RatCp、表示存储状态下电池组的荷电状态Soc和标准条件下的电池组容量衰减量Cp0；令EolCp＝RatCp*80％，获得标准条件下的电池组寿命终止容量EolCp；在标准条件下，电池组从电池组额定容量RatCp衰减至电池组寿命终止容量EolCp的过程为电池组的生命周期；在标准条件下，进行电池组循环寿命测试，获得标准条件下的电池组在生命周期内的充放电循环总次数TotalCycNum。因此，在进行数学拟合和实时在线估算时，Soc、Cp0、RatCp、EolCp、TotalCycNum都为已知的常量。
在离线状态下，利用多个车辆历史运行状态和对应的电池组容量衰减量、电池组温度、充放电倍率、充放电过程SOC使用区间、日历寿命时间(即历史电池组衰减数据)进行数学拟合，得到电池组容量衰减量Cpj的数学模型：
Figure BDA0002256563260000041
其中，A、B、C、D、E、F、G、R为拟合得到的常量，e表示以10为底的指数，Tj表示电池组温度、Ij表示充放电倍率、dodj表示充放电过程SOC使用区间、tj表示日历寿命时间(单位为：天)。
如图1所示的电动汽车的电池组循环容量的估算(即实时在线估算)方法，包括：
第一步、读取存储器的底层存储的充放电循环次数CycNr、存储的第一充放电容量BCCpOne_His和存储的循环容量CycCp_His，获取车辆的当前充放电电流Ia，然后执行第二步；
第二步、判断车辆的当前充放电电流Ia是否大于2A(即电流阈值Im＝2A)，如果是，则执行第三步，否则执行第七步；
第三步、获取当前电池组温度T1、当前充放电倍率I1、当前充放电过程SOC使用区间dod1、当前日历寿命时间t1和当前充放电容量BCCpOne_Now，并将T1、I1、dod1、t1带入电池组容量衰减量Cpj的数学模型中，计算得到当前电池组容量衰减量Cp1：
Figure BDA0002256563260000043
Figure BDA0002256563260000044
然后执行第四步；
第四步、利用公式：
Figure BDA0002256563260000045
计算得到当前充放电状态下的容量估算权重W，然后执行第五步；
第五步、利用公式：BCCpOne_Est＝BCCpOne_Now*W，计算得到当前换算为标准条件的第二充放电容量BCCpOne_Est；然后执行第六步；
第六步、利用公式：BCCp_Est＝BCCpOne_His+BCCpOne_Est，计算得到本次充放电容量BCCp_Est，然后执行第八步；
第七步、将第一充放电容量BCCpOne_His赋值给本次充放电容量BCCp_Est，然后执行第八步；
第八步、判断本次充放电容量BCCp_Est是否大于或等于循环容量CycCp_His，如果是，则执行第九步，否则执行第十步；
第九步、将充放电循环次数CycNr加1，同时将本次充放电容量BCCp_Est清零，然后执行第十一步；
第十步、使充放电循环次数CycNr、本次充放电容量BCCp_Est保持不变，将循环容量CycCp_His赋值给电池组循环容量CycCp_Est，然后执行第十二步；
第十一步、利用公式：
Figure BDA0002256563260000051
计算得到电池组循环容量CycCp_Est，然后执行第十二步；
第十二步、将本次充放电容量BCCp_Est赋值给第一充放电容量BCCpOne_His，将电池组循环容量CycCp_Est赋值给循环容量CycCp_His，然后将充放电循环次数CycNr、第一充放电容量BCCpOne_His、循环容量CycCp_His存储在存储器的底层。
如图2所示的电动汽车的电池组健康状态的估算(即实时在线估算)方法，包括：
第一步、读取存储器的底层存储的充放电循环次数CycNr、存储的第一充放电容量BCCpOne_His和存储的循环容量CycCp_His，获取车辆的当前充放电电流Ia，然后执行第二步；
第二步、判断车辆的当前充放电电流Ia是否大于2A(即电流阈值Im＝2A)，如果是，则执行第三步，否则执行第七步；
第三步、获取当前电池组温度T1、当前充放电倍率I1、当前充放电过程SOC使用区间dod1、当前日历寿命时间t1和当前充放电容量BCCpOne_Now，并将T1、I1、dod1、t1带入电池组容量衰减量Cpj的数学模型中，计算得到当前电池组容量衰减量Cp1：
Figure BDA0002256563260000052
Figure BDA0002256563260000053
然后执行第四步；
第四步、利用公式：
Figure BDA0002256563260000054
计算得到当前充放电状态下的容量估算权重W，然后执行第五步；
第五步、利用公式：BCCpOne_Est＝BCCpOne_Now*W，计算得到当前换算为标准条件的第二充放电容量BCCpOne_Est；然后执行第六步；
第六步、利用公式：BCCp_Est＝BCCpOne_His+BCCpOne_Est，计算得到本次充放电容量BCCp_Est，然后执行第八步；
第七步、将第一充放电容量BCCpOne_His赋值给本次充放电容量BCCp_Est，然后执行第八步；
第八步、判断本次充放电容量BCCp_Est是否大于或等于循环容量CycCp_His，如果是，则执行第九步，否则执行第十步；
第九步、将充放电循环次数CycNr加1，同时将本次充放电容量BCCp_Est清零，然后执行第十一步；
第十步、使充放电循环次数CycNr、本次充放电容量BCCp_Est保持不变，将循环容量CycCp_His赋值给电池组循环容量CycCp_Est，然后执行第十二步；
第十一步、利用公式：
Figure BDA0002256563260000061
计算得到电池组循环容量CycCp_Est，然后执行第十二步；
第十二步、利用公式：
Figure BDA0002256563260000062
计算得到电池组健康状态SOH，然后执行第十三步；
第十三步、将本次充放电容量BCCp_Est赋值给第一充放电容量BCCpOne_His，将电池组循环容量CycCp_Est赋值给循环容量CycCp_His，然后将充放电循环次数CycNr、第一充放电容量BCCpOne_His、循环容量CycCp_His存储在存储器的底层。
其中，充放电循环次数CycNr的初始值、第一充放电容量BCCpOne_His的初始值和循环容量CycCp_His的初始值也存储在存储器的底层，在上电且程序第一次运行时，读取的是充放电循环次数CycNr的初始值、第一充放电容量BCCpOne_His的初始值和循环容量CycCp_His的初始值。

Claims (6)

1.一种电动汽车的电池组循环容量的估算方法，其特征在于，包括：
步骤一、读取存储的充放电循环次数CycNr、存储的第一充放电容量BCCpOne_His和存储的循环容量CycCp_His，获取车辆的当前充放电电流Ia，然后执行步骤二；
步骤二、判断车辆的当前充放电电流Ia是否大于电流阈值Im，如果是，则获取当前换算为标准条件的第二充放电容量BCCpOne_Est，然后执行步骤三，否则执行步骤四；
步骤三、利用公式：BCCp_Est＝BCCpOne_His+BCCpOne_Est，计算得到本次充放电容量BCCp_Est，然后执行步骤五；
步骤四、将第一充放电容量BCCpOne_His赋值给本次充放电容量BCCp_Est，然后执行步骤五；
步骤五、判断本次充放电容量BCCp_Est是否大于或等于循环容量CycCp_His，如果是，则执行步骤六，否则执行步骤七；
步骤六、将充放电循环次数CycNr加1，同时将本次充放电容量BCCp_Est清零，然后执行步骤八；
步骤七、使充放电循环次数CycNr、本次充放电容量BCCp_Est保持不变，将循环容量CycCp_His赋值给电池组循环容量CycCp_Est，然后执行步骤九；
步骤八、利用公式：
Figure FDA0002256563250000011
计算得到电池组循环容量CycCp_Est，然后执行步骤九；其中，TotalCycNum表示标准条件下的电池组在生命周期内的充放电循环总次数，RatCp表示标准条件下的电池组额定容量，EolCp表示标准条件下的电池组寿命终止容量，TotalCycNum、RatCp、EolCp都为已知的常量；
步骤九、将本次充放电容量BCCp_Est赋值给第一充放电容量BCCpOne_His，将电池组循环容量CycCp_Est赋值给循环容量CycCp_His，然后将充放电循环次数CycNr、第一充放电容量BCCpOne_His、循环容量CycCp_His存储。
2.根据权利要求1所述的电动汽车的电池组循环容量的估算方法，其特征在于：
在车辆运行过程中实时获取当前电池组温度T1、当前充放电倍率I1、当前充放电过程SOC使用区间dod1、当前日历寿命时间t1和当前充放电容量BCCpOne_Now；
将当前电池组温度T1、当前充放电倍率I1、当前充放电过程SOC使用区间dod1、当前日历寿命时间t1，带入电池组容量衰减量Cpj的数学模型：
Figure FDA0002256563250000012
中，计算得到当前电池组容量衰减量Cp1：
Figure FDA0002256563250000021
其中，A、B、C、D、E、F、G、R为拟合得到的常量，Soc表示存储状态下电池组的荷电状态且为已知的常量，e表示以10为底的指数，Tj表示电池组温度、Ij表示充放电倍率、dodj表示充放电过程SOC使用区间、tj表示日历寿命时间；
利用公式：
Figure FDA0002256563250000022
计算得到当前充放电状态下的容量估算权重W；其中，Cp0表示标准条件下的电池组容量衰减量且为已知的常量；
利用公式：BCCpOne-Est＝BCCpOne-Now*W，计算得到所述当前换算为标准条件的第二充放电容量BCCpOne_Est。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车的电池组循环容量的估算方法，其特征在于：
在离线状态下，利用多个车辆历史运行状态和对应的电池组容量衰减量、电池组温度、充放电倍率、充放电过程SOC使用区间、日历寿命时间进行数学拟合，得到所述电池组容量衰减量Cpj的数学模型：
Figure FDA0002256563250000023
Figure FDA0002256563250000024
4.根据权利要求1至3任一项所述的电动汽车的电池组循环容量的估算方法，其特征在于：
所述EolCp满足：EolCp＝RatCp*80％；在标准条件下，所述电池组从电池组额定容量RatCp衰减至电池组寿命终止容量EolCp的过程为电池组的生命周期；通过在标准条件下进行容量测试的方式获得所述RatCp、所述Soc和所述Cp0，通过在标准条件下进行电池组循环寿命测试的方式获得所述TotalCycNum。
5.根据权利要求4所述的电动汽车的电池组循环容量的估算方法，其特征在于：
所述标准条件为：电池组温度等于25℃、充放电倍率等于1C、充放电过程SOC使用区间等于80％，日历寿命时间等于0。
6.一种电动汽车的电池组健康状态的估算方法，其特征在于，利用公式：
Figure FDA0002256563250000025
Figure FDA0002256563250000026
计算得到电池组健康状态SOH；其中，CycCp-Est表示采用如权利要求1至5任一项所述的电池组循环容量的估算方法估算得到的电池组循环容量，RatCp表示标准条件下的电池组额定容量。
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