CN115993552A - 电池内阻估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池内阻估算方法，对不同品牌、型号的实验电池构建其处于不同工况下的不同电池寿命期间分别对应的内阻校正数据集时，综合了直流放电法和交流注入法在内阻测量中各自的优势，使得所构建的内阻校正数据集更加准确，以该内阻校正数据集作为待测电池内阻计算的依据，内阻计算结果更加准确。并且，当获取到的内阻校正数据集并非为
时，通过计算距离差值
最小的极值点
对应的内阻校正系数
与
的和值作为最终校正得到的待测电池的内阻，克服了直接以
与
的和值作为待测电池的内阻存在的误差相对较大的问题，进一步提高了内阻估算的精度。
Description
技术领域
本发明涉及电池内阻估算技术领域，具体涉及一种电池内阻估算方法。
背景技术
目前，电池内阻的测量方法主要有测端电压法、直流放电法、直流脉冲法、交流注入法等，但上述测量方法都存在一定的局限性，如测端电压的方法得到的结果为一个估计量，存在较大的误差；直流放电法读数较精确，但是不能实现在线监测，且受环境影响较大；直流脉冲法不易于与在线系统结合，且不易调校；交流注入法则与直流放电法类似，易受干扰而影响读数准确性。但交流注入法因不会影响电池的正常充电，且电流激励源比较容易得到，还是目前测量电池内阻的主要手段。
现有的采用交流注入法测量电池内阻的方法基本都是基于图1所示的电池的内阻等效模型实现的。电池内阻包括图1中等效的欧姆内阻R2和极化电阻R1。交流注入法测量电池内阻的原理为：
如图2所示，给电池正负极施加一个交流激励，电池两端会产生一个微弱的交流电压响应，交流电压响应经内阻检测电路作噪声过滤、信号放大等处理后输出经处理后的交流响应电压信号，用该信号的信号放大倍数等内阻检测电路处理数据得到的有关参数值，并根据欧姆定律，即可求解出电池内阻。为了便于计算，激励源采用高频端比如采用100mA、1KHz的交流电源作为激励源。通过图1所示的内阻等效模型可知，当处于交流高频段时，极化电容C相当于短路，极化电阻R1此时可以忽略不计，因此只需要计算欧姆内阻R2作为待计算的电池内阻。
但上述方法确保电池内阻测量结果准确有一个前提：电池极化内阻R1的值在其全生命周期内需保持相对稳定，否则该方法对于全生命周期不同阶段的电池内阻测量结果会产生较大偏差。然而，极化内阻R1在电池全生命周期的不同阶段不是常数，会根据电解液的浓度和环境温度的不断改变而变化，甚至在每次充放电过程中，也会随时间不断变化，通常表现为：随电流密度的增加而增大，而且还不是线性关系。
另外，交流注入法计算电池内阻依赖的如图1所示的内阻等效模型本身是一个宽泛的模型，本身并不准确，采用高频段的激励源去短路极化内阻R1，以此忽略对极化内阻R1的计算，因此而只需要计算欧姆内阻R2来作为电池内阻本身也是一种理想情况。所以，如何进一步排除现有的交流注入法假定的理想情况对电池内阻测量准确度的影响，提高对处于全生命周期不同阶段的电池内阻测量的准确度和便捷性成为目前亟待解决的技术问题。
另外，相同工况下，不同品牌、型号的电池通常具有不同的内阻，即便是相同品牌、型号的电池在生命周期的不同阶段通常也具有不同的电池内阻。因此，针对同一工况下使用的不同类型的电池，如何准确且快速的测量出每个电池的内阻也是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明以提高对处于全生命周期不同阶段或处于相同工况下，不同品牌、型号的电池在全生命周期的不同阶段的电池内阻测量的准确度和便捷性为目的，提供了一种电池内阻估算方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种电池内阻估算法方法，包括步骤：
S1，对不同品牌、型号的实验电池构建其处于不同工况下的不同电池寿命期间分别对应的内阻校正数据集；
S2，获取待测电池当前所处的工况信息和品牌、型号信息，并计算所述待测电池当前所处的所述电池寿命期间，然后根据事先构建的电池工况-品牌-型号与布隆过滤器中点位A的对应关系，匹配出所述点位A，然后获取存储在所述点位A关联的第二数据库或第三数据库中的所述内阻校正数据集；
S3，采用交流注入法测得所述待测电阻的内阻，并判断步骤S2获取的所述内阻校正数据集是否为，
若是，则计算与的和值作为最终校正得到的所述待测电池的内阻；
若否，则转入步骤S4；
S4，计算所述待测电池的距离，然后进一步计算与步骤S2中获取的所述内阻校正数据集中携带的每个极值点的距离的距离差值，然后计算最小的所述极值点对应的内阻校正系数与的和值作为最终校正得到的所述待测电池的内阻。
作为优选，步骤S1中构建不同品牌、型号的所述实验电池处于不同实验工况下的不同电池寿命期间分别对应的所述内阻校正数据集的方法具体包括步骤：
A1，将所述实验电池当前所处的电池寿命期间划分为若干期间片段；
A2，计算寿命处于所述电池寿命期间中的每个所述期间片段时的所述实验电池在所述实验工况下的内阻校正系数，并形成每个所述期间片段的数据对后存储到每个所述期间片段在布隆过滤器的位阵列中的对应子点位所关联的第一数据库中；
A3，获取每个所述数据对中的或数据对，并将每个数据对中的处理为分别与等量纲；
A4，以在所述电池寿命期间测得的所有等量纲后的数据对为拟合点，拟合得到曲线，然后在同一xy轴坐标系下拟合得到曲线，其中，表示或等量纲后的，表示或等量纲后的；
A5，计算曲线和曲线中的对称拟合点间的距离；
A6，以与其对应的为拟合点拟合得到曲线，然后寻找曲线中的极值点，并判断寻找到的所述极值点的数量与所述电池寿命期间中的所述期间片段的比值是否大于比值阈值，
若是，则将各所述极值点分别对应的所述内阻校正系数以及距离作为所述电池寿命期间对应的所述内阻校正数据集并存储到所述电池寿命期间在所述布隆过滤器的对应点位关联的第二数据库中；
若否，则计算所述电池寿命期间中的每个所述期间片段对应的所述内阻校正系数的均值作为所述电池寿命期间对应的所述内阻校正数据集存储到对应的所述第三数据库中。
作为优选，步骤A2中，计算所述实验电池在每个所述期间片段对应的所述内阻校正系数，并形成所述数据对的方法具体包括步骤：
A21，所述实验电池的寿命进入到每个所述期间片段后，在不同时点，首先采用直流放电法，根据恒定直流放电电流，计算所述实验电池对应的内阻，然后采用交流注入法，根据激励电流，计算对应的内阻；
A22，计算所述实验电池在当前寿命进入的所述期间片段中的每个所述时点的内阻偏离度；
A23，计算划分在同个所述电池寿命期间下的每个所述期间片段的内阻偏离度均值作为所述实验电池在所述实验工况下的内阻校正系数；
A24，判断是否大于内阻偏离度阈值，
若是，则形成第一数据对作为所述数据对；
若否，则形成第二数据对作为数据对。
作为优选，步骤A22中，为与的差值绝对值。
作为优选，所述第一数据对为数据对；所述第二数据对为数据对，其中：
的数据内容包括所述实验电池的品牌和型号；
的数据内容包括所述实验电池的实验环境的温度、湿度、盐度；
表示所述实验电池当前处于第电池寿命期间内的所述期间片段中；
表示采用交流注入法对所述实验电池施加的激励电流；
表示采用直流放电法对所述实验电池进行内阻测量时释放的直流恒定放电电流；
表示交流激励下对处于所述期间片段的所述实验电池测得的内阻；
表示直流恒定放电电流下对处于所述期间片段的所述实验电池测得的内阻。
作为优选，步骤A3中，对每个数据对中的以的方式处理为与等量纲，表示与的值大小的倍数，并对每个以的方式处理为与等量纲。
本发明具有以下有益效果：
（1）通过对不同品牌、型号的实验电池构建其处于不同工况下的不同电池寿命期间分别对应的内阻校正数据集，并将所构建的内阻校正数据集存储于布隆过滤器相应点位所关联的数据库中，后续对待测电池进行内阻测量时，基于事先构建的映射关系，从该数据库中直接获取内阻校正数据集即可，大幅提升了内阻估算的速度。
（2）构建内阻校正数据集时，综合了直流放电法和交流注入法在内阻测量中各自的优势，使得所构建的内阻校正数据集更加准确，以该内阻校正数据集作为待测电池内阻计算的依据，内阻计算结果更加准确。
（3）当获取到的内阻校正数据集并非为时，通过计算距离差值最小的所述极值点对应的内阻校正系数与的和值作为最终校正得到的所述待测电池的内阻，克服了直接以与的和值作为待测电池的内阻存在的误差相对较大的问题，进一步提高了内阻估算的精度。
（4）将每个电池寿命期间划分为若干期间片段，并以每个期间片段下的实验数据为拟合点寻找极值点，细化了作为内阻估算依据的数据颗粒度，提高了内阻估算的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有的交流注入法测量电池内阻时采用的电池内阻等效模型的示意图；
图2是现有的交流注入法测量电池内阻的原理图；
图3是本发明实施例提供的电池内阻估算方法的实现步骤图；
图4是将电池所处的某个电池寿命期间划分的若干期间片段的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供的电池内阻估算方法，如图3所示，包括步骤：
S1，对不同品牌、型号的实验电池构建其处于不同工况下的不同电池寿命期间分别对应的内阻校正数据集，构建方法具体包括以下步骤：
A1，将实验电池当前所处的电池寿命期间划分为若干如图4中示例的期间片段；这里需要说明的是，电池当前处于哪个电池寿命期间可以通过现有的方法测量而得，由于对于电池所处寿命期间的估算并非本发明要求权利保护的范围，因此不做说明。对于某个电池寿命期间，划分多少数量的期间片段，这个根据电阻内阻估算精度的具体要求而定，期间片段划分的越密，使用本发明提供的方法估算电池内阻的准确度越高，但在估算电池内阻时，由于需要首先计算出待测电池当前处于某个电池寿命期间的具体哪个期间片段，若期间片段划分的过细，处于哪个期间片段的估算难度会大幅增加，因此期间片段不宜划分的过于细致。比如，假设将电池的寿命期间划分为少年期、青年期和老年期，其中少年期的电池充放电额定次数为300次，青年期为500次，老年期为200次，一个期间片段的长度为所属寿命期间的1/3-1/8为宜，期间片段划分的过少后续数据难以拟合，划分的过多，由于相邻期间片段间的充放电特性、环境温湿度、盐度等基本相同，电池处于哪个期间片段将难以被识别。
划分好期间片段后，转入步骤：
A2，计算寿命处于A2，计算寿命处于电池寿命期间中的每个期间片段时的实验电池在实验工况下的内阻校正系数，并形成或数据对后存储到每个期间片段在布隆过滤器的位阵列中的对应子点位所分别关联的第一数据库中，其中，的数据内容包括实验电池的品牌和型号；的数据内容包括实验电池的实验环境的温度、湿度、盐度；表示实验电池当前处于第电池寿命期间内的期间片段中；表示采用交流注入法对实验电池施加的激励电流；表示采用直流放电法对实验电池进行内阻测量时释放的直流恒定放电电流；表示交流激励下对处于期间片段的实验电池测得的内阻；表示直流恒定放电电流下对处于期间片段的实验电池测得的内阻；
具体而言，计算实验电池在每个期间片段对应的内阻校正系数，并形成数据对的方法包括步骤：
A21，实验电池的寿命进入到每个期间片段后，在不同时点，首先采用直流放电法，根据恒定直流放电电流，计算实验电池对应的内阻，然后采用交流注入法，根据激励电流，计算对应的内阻；
A22，通过以下公式（1）计算实验电池在当前寿命进入的期间片段中的每个时点的内阻偏离度：
A23，计算划分在同个电池寿命期间下的每个期间片段的内阻偏离度均值作为实验电池在实验工况下的内阻校正系数，其中，表示在电池寿命期间划分的期间片段的数量；
A24，判断是否大于内阻偏离度阈值，
若是，则形成第一数据对作为数据对，第一数据对即为上面的数据对；
若否，则形成第二数据对作为数据对，第二数据对即为上面的数据对。
对于每个电池寿命期间的内阻校正数据集的构建，在形成数据对后，转入步骤：
A3，获取每个数据对中的或数据对，然后对每个数据对中的以的方式处理为与等量纲，表示与的值大小的倍数，并对每个以的方式处理为与等量纲；
A4，以在电池寿命期间测得的所有等量纲后的数据对为拟合点，拟合得到曲线，然后在同一xy轴坐标系下拟合得到曲线，其中，表示或等量纲后的，表示或等量纲后的，曲线和曲线均优选采用二元二次函数进行拟合，比如用作为自变量、作为应变量采用二元二次函数进行拟合，当然也可以采用高次方程进行拟合；
A5，计算曲线和曲线中的对称拟合点间的距离，计算方法为：
其中，、分别表示曲线中的拟合点的横轴坐标和纵轴坐标；
、分别表示曲线中与拟合点具有对称关系的拟合点的横轴坐标和纵轴坐标；
A6，以与其对应的为拟合点拟合得到曲线，这里所指的与其对应的的对应关系即拟合点或拟合点对应的，这里的拟合采用高次方程（优选为5次方程，表达形式为，分别为项系数和常数），目的是为了寻找曲线中的极值点；
拟合得到曲线后，寻找曲线中的极值点，并判断寻找到的极值点的数量与电池寿命期间中的期间片段的数量的比值是否大于比值阈值，
若是，则将各极值点对应的内阻校正系数以及距离作为电池寿命期间对应的内阻校正数据集并存储到电池寿命期间在布隆过滤器的对应点位关联的第二数据库中；
若否，则计算电池寿命期间中的每个期间片段对应的内阻校正系数的均值作为电池寿命期间对应的内阻校正数据集存储到对应的第三数据库中。
这里需要说明的是，以寻找到的极值点的数量与电池寿命期间中的期间片段的数量的比值是否大于比值阈值为依据将内阻校正数据集划分到对应的第二数据库或第三数据库中是为了提高后续对待测电池的内阻计算速度，将第二数据库、第三数据库分别与布隆过滤器中的相应点位相关联，后续在计算待测电阻时，可以根据事先构建的映射关系快速从第二数据库或第三数据库中获取到内阻估算所需的内阻校正数据集，有利于大幅提升对待测电池的内阻计算速度。
将实验电池在每个电池寿命期间时实验获得的内阻校正数据集存储到布隆过滤器相应点位关联的第二数据库或第三数据库后，本发明实施例提供的电池内阻估算方法转入步骤：
S2，获取待测电池当前所处的工况信息和品牌、型号信息，并计算待测电池当前所处的电池寿命期间，然后根据事先构建的电池工况-品牌-型号与布隆过滤器中点位A的对应关系，匹配出点位A，然后获取存储在点位A关联的第二数据库或第三数据库中的内阻校正数据集；
S3，采用交流注入法测得待测电阻的内阻，并判断步骤S2获取的内阻校正数据集是否为，
若是，则计算与的和值作为最终校正得到的待测电池的内阻；
若否，则转入步骤S4；
S4，计算待测电池的距离，然后进一步计算与步骤S2中获取的内阻校正数据集中携带的每个极值点的距离的距离差值，，然后计算最小的极值点对应的内阻校正系数与的和值作为最终校正得到的待测电池的内阻。
这里需要说明的是，步骤S4中，系统判定最小时，实验电池在极值点所处的期间片段与待测电池当前所处的期间片段相同或相近，然后直接取极值点对应的与作和值计算，克服了直接以与的和值作为待测电池的内阻存在的误差相对较大的问题（原理为：一个电池寿命期间的额定充放电次数越多，该电池寿命期间越长，该误差越大，因为该电池寿命期间内的不同期间片段下的极化内阻的非线性变化通常越明显）。的计算方法的计算方式相同，不再赘述。
综上，本发明具有以下有益效果：
（1）通过对不同品牌、型号的实验电池构建其处于不同工况下的不同电池寿命期间分别对应的内阻校正数据集，并将所构建的内阻校正数据集存储于布隆过滤器相应点位所关联的数据库中，后续对待测电池进行内阻测量时，基于事先构建的映射关系，从该数据库中直接获取内阻校正数据集即可，大幅提升了内阻估算的速度。
（2）构建内阻校正数据集时，综合了直流放电法和交流注入法在内阻测量中各自的优势，使得所构建的内阻校正数据集更加准确，以该内阻校正数据集作为待测电池内阻计算的依据，内阻计算结果更加准确。
（3）当获取到的内阻校正数据集并非为时，通过计算距离差值最小的极值点对应的内阻校正系数与的和值作为最终校正得到的待测电池的内阻，克服了直接以与的和值作为待测电池的内阻存在的误差相对较大的问题，进一步提高了内阻估算的精度。
（4）将每个电池寿命期间划分为若干期间片段，并以每个期间片段下的实验数据为拟合点寻找极值点，细化了作为内阻估算依据的数据颗粒度，提高了内阻估算的准确度。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。
Claims (6)
1.一种电池内阻估算方法，其特征在于，包括步骤：
S1，对不同品牌、型号的实验电池构建其处于不同工况下的不同电池寿命期间分别对应的内阻校正数据集；
S2，获取待测电池当前所处的工况信息和品牌、型号信息，并计算所述待测电池当前所处的所述电池寿命期间，然后根据事先构建的电池工况-品牌-型号与布隆过滤器中点位A的对应关系，匹配出所述点位A，然后获取存储在所述点位A关联的第二数据库或第三数据库中的所述内阻校正数据集；
S3，采用交流注入法测得所述待测电阻的内阻，并判断步骤S2获取的所述内阻校正数据集是否为，
若是，则计算与的和值作为最终校正得到的所述待测电池的内阻；
若否，则转入步骤S4；
S4，计算所述待测电池的距离，然后进一步计算与步骤S2中获取的所述内阻校正数据集中携带的每个极值点的距离的距离差值，然后计算最小的所述极值点对应的内阻校正系数与的和值作为最终校正得到的所述待测电池的内阻。
2.根据权利要求1所述的电池内阻估算方法，其特征在于，步骤S1中构建不同品牌、型号的所述实验电池处于不同实验工况下的不同电池寿命期间分别对应的所述内阻校正数据集的方法具体包括步骤：
A1，将所述实验电池当前所处的电池寿命期间划分为若干期间片段；
A2，计算寿命处于所述电池寿命期间中的每个所述期间片段时的所述实验电池在所述实验工况下的内阻校正系数，并形成每个所述期间片段的数据对后存储到每个所述期间片段在布隆过滤器的位阵列中的对应子点位所关联的第一数据库中；
A3，获取每个所述数据对中的或数据对，并将每个数据对中的处理为分别与等量纲；
A4，以在所述电池寿命期间测得的所有等量纲后的数据对为拟合点，拟合得到曲线，然后在同一xy轴坐标系下拟合得到曲线，其中，表示或等量纲后的，表示或等量纲后的；
A5，计算曲线和曲线中的对称拟合点间的距离；
A6，以与其对应的为拟合点拟合得到曲线，然后寻找曲线中的极值点，并判断寻找到的所述极值点的数量与所述电池寿命期间中的所述期间片段的比值是否大于比值阈值，
若是，则将各所述极值点分别对应的所述内阻校正系数以及距离作为所述电池寿命期间对应的所述内阻校正数据集并存储到所述电池寿命期间在所述布隆过滤器的对应点位关联的第二数据库中；
若否，则计算所述电池寿命期间中的每个所述期间片段对应的所述内阻校正系数的均值作为所述电池寿命期间对应的所述内阻校正数据集存储到对应的所述第三数据库中。
3.根据权利要求2所述的电池内阻估算方法，其特征在于，步骤A2中，计算所述实验电池在每个所述期间片段对应的所述内阻校正系数，并形成所述数据对的方法具体包括步骤：
A21，所述实验电池的寿命进入到每个所述期间片段后，在不同时点，首先采用直流放电法，根据恒定直流放电电流，计算所述实验电池对应的内阻，然后采用交流注入法，根据激励电流，计算对应的内阻；
A22，计算所述实验电池在当前寿命进入的所述期间片段中的每个所述时点的内阻偏离度；
A23，计算划分在同个所述电池寿命期间下的每个所述期间片段的内阻偏离度均值作为所述实验电池在所述实验工况下的内阻校正系数；
A24，判断是否大于内阻偏离度阈值，
若是，则形成第一数据对作为所述数据对；
若否，则形成第二数据对作为数据对。
4.根据权利要求3所述的电池内阻估算方法，其特征在于，步骤A22中，为与的差值绝对值。
5.根据权利要求3所述的电池内阻估算方法，其特征在于，所述第一数据对为数据对；所述第二数据对为数据对，其中：
的数据内容包括所述实验电池的品牌和型号；
的数据内容包括所述实验电池的实验环境的温度、湿度、盐度；
表示所述实验电池当前处于第电池寿命期间内的所述期间片段中；
表示采用交流注入法对所述实验电池施加的激励电流；
表示采用直流放电法对所述实验电池进行内阻测量时释放的直流恒定放电电流；
表示交流激励下对处于所述期间片段的所述实验电池测得的内阻；
表示直流恒定放电电流下对处于所述期间片段的所述实验电池测得的内阻。
6.根据权利要求3所述的电池内阻估算方法，其特征在于，步骤A3中，对每个数据对中的以的方式处理为与等量纲，表示与的值大小的倍数，并对每个以的方式处理为与等量纲。
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