发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种基于动态阻抗的电池健康状态估算方法、系统。
根据本发明提供的一种基于动态阻抗的电池健康状态估算方法,包括:
步骤S1:选取实际应用环境下不同寿命阶段的电池M,选取实验室环境下不同寿命阶段的电池N,分别以第一充电电流恒流恒压充电至满充状态,充电截止条件为恒压充电时充电电流到达第二充电电流,然后以第一放电电流放电至放电终止电压后静置预设时间,再以第二放电电流放电至放电终止电压;
如此执行一次或多次进行容量标定,得到充电的充电容量QM充、QN充和两次放电的放电容量QM放、QN放,进而得到对应的关系式:
F1:f(QM充)=f(QN充)
F2:f(QM放)=f(QN放)
步骤S2:分别在放空状态下测试动态阻抗Ω0,然后进行第一充电电流恒流充电指定电压间隔XV后静置预设时间,记录端电压Va和充电容量Qa,并测试动态阻抗Ωa;
直至充电至充电截止电压后静置预设时间,记录端电压和充电容量,并测试动态阻抗;
恒压充电至第二充电电流后静置预设时间,记录端电压Va+1和充电容量Qa+1,动态阻抗Ωa+1,若恒压充电时间超过半小时,则以半小时为充电时间间隔,直至充电电流降至第二充电电流,获取端电压Va+x和充电容量Qa+x,动态阻抗Ωa+x;
步骤S3:分别以第一放电电流放电指定电压间隔YV后静置预设时间,记录端电压Vb和充电容量Qb,并测试动态阻抗Ωb;
直至放电至放电截止电压后静置静置预设时间,记录端电压和充电容量,并测试动态阻抗;
步骤S4:根据记录的Va+x、Qa+x、Ωa+x和Vb、Qb、Ωb,形成不同寿命阶段的充放电过程中的端电压V、充放电容量Q和动态阻抗Ω的对应关系式:
F3:f(Va+x,M)=f(Ωa+x,M)
F4:f(Vb,M)=f(Ωb,M)
F5:f(Qa+x,M)=f(Ωa+x,M)
F6:f(Qb,M)=f(Ωb,M)
F7:f(Va+x,N)=f(Ωa+x,N)
F8:f(Vb,N)=f(Ωb,N)
F9:f(Qa+x,N)=f(Ωa+x,N)
F10:f(Qb,N)=f(Ωb,N)
步骤S5:根据记录的Ωa+x和Ωb,形成不同寿命阶段的电池的动态阻抗的对应关系:
F11:f(Ωa+x,N)=f(Ωa+x,M)
F12:f(Ωb,N)=f(Ωb,M)
步骤S6:根据记录的Ωa+x、Ωb和获取的QM充、QN充和QM放、QN放,形成不同寿命阶段的充放电标定容量和动态阻抗的对应关系式:
F13:f(QM充)=f(Ωa+x,M)
F14:f(QM放)=f(Ωb,M)
F15:f(QN充)=f(Ωa+x,N)
F16:f(QN放)=f(Ωb,N)
步骤S7:基于获取的F3-F6和F13-F14,形成实际应用环境下不同寿命阶段的电池的健康状态评价模型f(M);
基于获取的F7-F10和F15-F16,形成实验室环境下不同寿命阶段的电池的健康状态评价模型f(N);
步骤S8:基于获取的F1-F2和F11-F12,f(M)和f(N),得到实际应用环境下电池健康状态与实验室数据相结合的评价模型F[f(M)=f(N)]。
优选地,所述第一充电电流、所述第一放电电流为0.2C,所述第二充电电流、所述第二放电电流为0.04C。
优选地,所述预设时间为30分钟。
优选地,所述动态阻抗记录欧姆阻抗、SEI膜阻抗、电荷转移内阻、Warburg扩散阻抗和常相角元件参数。
优选地,动态阻抗的测试频率为10-2~105Hz。
优选地,所述评价模型基于LSTM模型构建。
优选地,实际应用环境下不同寿命阶段是指以半年为一个衰减期。
优选地,实验室环境下不同寿命阶段是指以100次100%DOD循环为一个衰减期。
优选地,所述电池包括锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂原电池、固态电池或钠离子电池。
根据本发明提供的一种基于动态阻抗的电池健康状态估算系统,包括:
模块M1:选取实际应用环境下不同寿命阶段的电池M,选取实验室环境下不同寿命阶段的电池N,分别以第一充电电流恒流恒压充电至满充状态,充电截止条件为恒压充电时充电电流到达第二充电电流,然后以第一放电电流放电至放电终止电压后静置预设时间,再以第二放电电流放电至放电终止电压;
如此执行一次或多次进行容量标定,得到充电的充电容量QM充、QN充和两次放电的放电容量QM放、QN放,进而得到对应的关系式:
F1:f(QM充)=f(QN充)
F2:f(QM放)=f(QN放)
模块M2:分别在放空状态下测试动态阻抗Ω0,然后进行第一充电电流恒流充电指定电压间隔XV后静置预设时间,记录端电压Va和充电容量Qa,并测试动态阻抗Ωa;
直至充电至充电截止电压后静置预设时间,记录端电压和充电容量,并测试动态阻抗;
恒压充电至第二充电电流后静置预设时间,记录端电压Va+1和充电容量Qa+1,动态阻抗Ωa+1,若恒压充电时间超过半小时,则以半小时为充电时间间隔,直至充电电流降至第二充电电流,获取端电压Va+x和充电容量Qa+x,动态阻抗Ωa+x;
模块M3:分别以第一放电电流放电指定电压间隔YV后静置预设时间,记录端电压Vb和充电容量Qb,并测试动态阻抗Ωb;
直至放电至放电截止电压后静置静置预设时间,记录端电压和充电容量,并测试动态阻抗;
模块M4:根据记录的Va+x、Qa+x、Ωa+x和Vb、Qb、Ωb,形成不同寿命阶段的充放电过程中的端电压V、充放电容量Q和动态阻抗Ω的对应关系式:
F3:f(Va+x,M)=f(Ωa+x,M)
F4:f(Vb,M)=f(Ωb,M)
F5:f(Qa+x,M)=f(Ωa+x,M)
F6:f(Qb,M)=f(Ωb,M)
F7:f(Va+x,N)=f(Ωa+x,N)
F8:f(Vb,N)=f(Ωb,N)
F9:f(Qa+x,N)=f(Ωa+x,N)
F10:f(Qb,N)=f(Ωb,N)
模块M5:根据记录的Ωa+x和Ωb,形成不同寿命阶段的电池的动态阻抗的对应关系:
F11:f(Ωa+x,N)=f(Ωa+x,M)
F12:f(Ωb,N)=f(Ωb,M)
模块M6:根据记录的Ωa+x、Ωb和获取的QM充、QN充和QM放、QN放,形成不同寿命阶段的充放电标定容量和动态阻抗的对应关系式:
F13:f(QM充)=f(Ωa+x,M)
F14:f(QM放)=f(Ωb,M)
F15:f(QN充)=f(Ωa+x,N)
F16:f(QN放)=f(Ωb,N)
模块M7:基于获取的F3-F6和F13-F14,形成实际应用环境下不同寿命阶段的电池的健康状态评价模型f(M);
基于获取的F7-F10和F15-F16,形成实验室环境下不同寿命阶段的电池的健康状态评价模型f(N);
模块M8:基于获取的F1-F2和F11-F12,f(M)和f(N),得到实际应用环境下电池健康状态与实验室数据相结合的评价模型F[f(M)=f(N)]。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
本发明构建了适用于实际环境工况下基于动态阻抗的锂离子电池的健康状态评估方法及模型;
本发明构建了适用于实验室环境工况下基于动态阻抗的锂离子电池的健康状态评估方法及模型;
本发明构建了基于动态阻抗的采用实验室工况来替代实际工况来进行锂离子电池健康状态的评价,方法普适性强,兼容性优越。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种适用于实际环境工况下基于动态阻抗的锂离子电池的健康状态评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、选取实际应用环境下不同寿命阶段的锂离子电池M,在以0.2C恒流恒压充电至满充状态,充电截止条件为0.04C,然后进行0.2C放电至放电终止电压后静置30min,再以0.04C恒流放电至放电终止电压,循环三次后记录第三次充电容量和第三次的两次放电容量之和,进行容量标定获取QM充、QM放;
S2、针对锂离子电池M在放空状态下测试其动态阻抗Ω0,然后进行0.2C恒流充电指定电压间隔XV后静置30min,记录其端电压Va和充电容量Qa,并测试其动态阻抗Ωa(a为指定电压间隔的充电次数);直至充电至充电截止电压后静置30min,记录其端电压和充电容量,并测试其动态阻抗;进而恒压充电至0.04C后静置30min,记录其端电压Va+1和充电容量Qa+1,动态阻抗Ωa+1,若恒压充电时间超过半小时,则以半小时为充电时间间隔,直至充电电流降至0.04C,获取充电阶段的Va+x和充电容量Qa+x,动态阻抗Ωa+x(x为恒压充电时间的半小时倍数,不足半小时取为1,若无恒压充电则取为0)。
S3、针对满充状态下的锂离子电池M,以0.2C恒流放电放电指定电压间隔YV后静置30min,记录其端电压Vb和放电容量Qb,并测试其动态阻抗Ωb(b为指定电压间隔的放电次数);直至放电至放电截止电压后静置30min,记录其端电压和充电容量,并测试其动态阻抗。
S4、根据记录的Va+x、Qa+x、Ωa+x和Vb、Qb、Ωb,形成不同寿命阶段的充放电过程中的端电压V、充放电容量Q和动态阻抗Ω的对应关系式F3、F4、F5、F6。
F3:f(Va+x,M)=f(Ωa+x,M)
F4:f(Vb,M)=f(Ωb,M)
F5:f(Qa+x,M)=f(Ωa+x,M)
F6:f(Qb,M)=f(Ωb,M)
S5、根据记录的Ωa+x、Ωb和获取的QM充、QN充和QM放、QN放,形成了不同寿命阶段的充放电标定容量和动态阻抗的对应关系式F13、F14:
F13:f(QM充)=f(Ωa+x,M)
F14:f(QM放)=f(Ωb,M)
S6、基于获取的F3-F6和F13-F14,形成实际应用环境下不同寿命衰减阶段的锂离子电池的健康状态评价模型f(M),即当获取在工况下的BMS记录的某一充放电阶段的容量差或电压差,即可通过上述模型获得其标定充放电容量,实现了实际应用环境下不同寿命阶段的锂离子电池健康状态评价;
其中,所述的动态阻抗主要是记录其欧姆阻抗、SEI膜阻抗和电荷转移内阻、Warburg扩散阻抗、常相角元件参数等5个值;
其中,所述的动态阻抗的测试频率为10-2~105Hz;
其中,所述的锂离子电池健康状态评价模型主要是基于LSTM模型构建;
其中,所述的实际应用环境下不同寿命衰减阶段主要是指以半年为一个衰减期;
其中,所述的实验室环境下不同寿命衰减阶段主要是指以100次100%DOD循环为一个衰减期;
其中,所述的基于动态阻抗的锂离子电池健康状态估算方法亦可适用于铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂原电池、固态电池和钠离子电池等。
实施例2
一种适用于实验室环境下基于动态阻抗的锂离子电池的健康状态评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、选取实验室环境下不同寿命阶段的锂离子电池N,在以0.2C恒流恒压充电至满充状态,充电截止条件为0.04C,然后进行0.2C放电至放电终止电压后静置30min,再以0.04C恒流放电至放电终止电压,循环三次后记录第三次充电容量和第三次的两次放电容量之和,进行容量标定获取QN充、QN放。
S2、针对锂离子电池N在放空状态下测试其动态阻抗Ω0,然后进行0.2C恒流充电指定电压间隔XV后静置30min,记录其端电压Va和充电容量Qa,并测试其动态阻抗Ωa(a为指定电压间隔的充电次数);直至充电至充电截止电压后静置30min,记录其端电压和充电容量,并测试其动态阻抗;进而恒压充电至0.04C后静置30min,记录其端电压Va+1和充电容量Qa+1,动态阻抗Ωa+1,若恒压充电时间超过半小时,则以半小时为充电时间间隔,直至充电电流降至0.04C,获取充电阶段的Va+x和充电容量Qa+x,动态阻抗Ωa+x(x为恒压充电时间的半小时倍数,不足半小时取为1,若无恒压充电则取为0)。
S3、针对满充状态下的锂离子电池N,以0.2C恒流放电放电指定电压间隔YV后静置30min,记录其端电压Vb和放电容量Qb,并测试其动态阻抗Ωb(b为指定电压间隔的放电次数);直至放电至放电截止电压后静置30min,记录其端电压和充电容量,并测试其动态阻抗。
S4、根据记录的Va+x、Qa+x、Ωa+x和Vb、Qb、Ωb,形成不同寿命阶段的充放电过程中的端电压V、充放电容量Q和动态阻抗Ω的对应关系式F7、F8、F9、F10。
F7:f(Va+x,N)=f(Ωa+x,N)
F8:f(Vb,N)=f(Ωb,N)
F9:f(Qa+x,N)=f(Ωa+x,N)
F10:f(Qb,N)=f(Ωb,N)
S5、根据记录的Ωa+x、Ωb和获取的QM充、QN充和QM放、QN放,形成了不同寿命阶段的充放电标定容量和动态阻抗的对应关系式F15、F16。
F15:f(QN充)=f(Ωa+x,N)
F16:f(QN放)=f(Ωb,N)
S6、基于获取的F7-F10和F15-F16,形成实验室环境下不同寿命衰减阶段的锂离子电池的健康状态评价模型f(N),即当获取在实验室环境下的充放电机记录的某一充放电阶段的容量差或电压差,即可通过上述模型获得其标定充放电容量,实现了实验室环境下不同寿命阶段的锂离子电池健康状态评价;
其中,所述的动态阻抗主要是记录其欧姆阻抗、SEI膜阻抗和电荷转移内阻、Warburg扩散阻抗、常相角元件参数等5个值;
其中,所述的动态阻抗的测试频率为10-2~105Hz;
其中,所述的锂离子电池健康状态评价模型主要是基于LSTM模型构建;
其中,所述的实际应用环境下不同寿命衰减阶段主要是指以半年为一个衰减期;
其中,所述的实验室环境下不同寿命衰减阶段主要是指以100次100%DOD循环为一个衰减期;
其中,所述的基于动态阻抗的锂离子电池健康状态估算方法亦可适用于铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂原电池、固态电池和钠离子电池等。
实施例3
一种基于动态阻抗的采用实验室工况来替代实际工况来进行锂离子电池健康状态的评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、选取实际应用环境下不同寿命阶段的锂离子电池M,以及选取实验室环境下不同寿命阶段的锂离子电池N,在以0.2C恒流恒压充电至满充状态,充电截止条件为0.04C,然后进行0.2C放电至放电终止电压后静置30min,再以0.04C恒流放电至放电终止电压,循环三次后记录第三次充电容量和第三次的两次放电容量之和,进行容量标定获取QM充、QM放和QN充、QN放,进而获取不同寿命阶段的QM充、QN充和QM放、QN放的对应关系式F1和F2:
F1:f(QM充)=f(QN充)
F2:f(QM放)=f(QN放)
S2、分别针对M和N种锂离子电池在放空状态下测试其动态阻抗Ω0,然后进行0.2C恒流充电指定电压间隔XV后静置30min,记录其端电压Va和充电容量Qa,并测试其动态阻抗Ωa(a为指定电压间隔的充电次数);直至充电至充电截止电压后静置30min,记录其端电压和充电容量,并测试其动态阻抗;进而恒压充电至0.04C后静置30min,记录其端电压Va+1和充电容量Qa+1,动态阻抗Ωa+1,若恒压充电时间超过半小时,则以半小时为充电时间间隔,直至充电电流降至0.04C,获取充电阶段的Va+x和充电容量Qa+x,动态阻抗Ωa+x(x为恒压充电时间的半小时倍数,不足半小时取为1,若无恒压充电则取为0)。
S3、分别针对满充状态下的M和N种锂离子电池,以0.2C恒流放电放电指定电压间隔YV后静置30min,记录其端电压Vb和放电容量Qb,并测试其动态阻抗Ωb(b为指定电压间隔的放电次数);直至放电至放电截止电压后静置30min,记录其端电压和充电容量,并测试其动态阻抗。
S4、根据记录的Va+x、Qa+x、Ωa+x和Vb、Qb、Ωb,形成不同寿命阶段的充放电过程中的端电压V、充放电容量Q和动态阻抗Ω的对应关系式F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10。
F3:f(Va+x,M)=f(Ωa+x,M)
F4:f(Vb,M)=f(Ωb,M)
F5:f(Qa+x,M)=f(Ωa+x,M)
F6:f(Qb,M)=f(Ωb,M)
F7:f(Va+x,N)=f(Ωa+x,N)
F8:f(Vb,N)=f(Ωb,N)
F9:f(Qa+x,N)=f(Ωa+x,N)
F10:f(Qb,N)=f(Ωb,N)
S5、根据记录的Ωa+x和Ωb,形成了不同寿命阶段的M和N中锂离子电池的动态阻抗的对应关系F11、F12:
F11:f(Ωa+x,N)=f(Ωa+x,M)
F12:f(Ωb,N)=f(Ωb,M)
S6、根据记录的Ωa+x、Ωb和获取的QM充、QN充和QM放、QN放,形成了不同寿命阶段的充放电标定容量和动态阻抗的对应关系式F13、F14、F15、F16:
F13:f(QM充)=f(Ωa+x,M)
F14:f(QM放)=f(Ωb,M)
F15:f(QN充)=f(Ωa+x,N)
F16:f(QN放)=f(Ωb,N)
S7、基于获取的F3-F6和F13-F14,形成实际应用环境下不同寿命衰减阶段的锂离子电池的健康状态评价模型f(M),即当获取在工况下的BMS记录的某一充放电阶段的容量差或电压差,即可通过上述模型获得其标定充放电容量,实现了实际应用环境下不同寿命阶段的锂离子电池健康状态评价;
S8、基于获取的F7-F10和F15-F16,形成实验室环境下不同寿命衰减阶段的锂离子电池的健康状态评价模型f(N),即当获取在实验室环境下的充放电机记录的某一充放电阶段的容量差或电压差,即可通过上述模型获得其标定充放电容量,实现了实验室环境下不同寿命阶段的锂离子电池健康状态评价;
S9、考虑到在实际应用中难以获取实际应用环境下不同寿命衰减阶段的锂离子电池样品,基于获取的F1-F2和F11-F12,f(M)和f(N)。则实现了实际应用环境下锂离子电池健康状态与实验室数据相结合的评价方法和评价模型F[f(M)=f(N)]。
其中,所述的动态阻抗主要是记录其欧姆阻抗、SEI膜阻抗和电荷转移内阻、Warburg扩散阻抗、常相角元件参数等5个值;
其中,所述的动态阻抗的测试频率为10-2~105Hz;
其中,所述的锂离子电池健康状态评价模型主要是基于LSTM模型构建;
其中,所述的实际应用环境下不同寿命衰减阶段主要是指以半年为一个衰减期;
其中,所述的实验室环境下不同寿命衰减阶段主要是指以100次100%DOD循环为一个衰减期;
其中,所述的基于动态阻抗的锂离子电池健康状态估算方法亦可适用于铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂原电池、固态电池和钠离子电池等。
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以,本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。