[發明專利]一種基于數據融合的鋰離子電池健康狀態估計方法

有效

• 申請號: 201811263259.X
• 申請日: 2018-10-28
• 公開（公告）號: CN109444762B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 張彥琴;張化風;劉世奇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01R31/392
• 分類號: G01R31/392;G01R31/387;G01R31/385
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種基于數據融合的鋰離子電池健康狀態估計方法，涉及動力電池健康狀態估計領域。為了準確估計鋰離子電池健康狀態而提出的方法。通過采用較為穩定的電池充電過程數據，采用數據融合的方法，估計電池的健康狀態，與實際情況比較符合。本發明方法可以適用于各種工況的鋰離子電池，包括但不限于全放電工況，部分放電工況，不同放電電流工況；能補償由于溫度和機械震動等外界因素造成的影響。本發明方法可以適用于不同正極材料鋰離子電池。本發明方法可以降低因工況不同所造成的某些性能參數的效度降低帶來的預測誤差，提高電池健康狀態預測精度，為電池管理系統提供預警信息并保障動力機械安全可靠運行。

技術領域

本發明涉及一種基于數據融合的鋰離子電池健康狀態估計方法，屬于動力電池管理技術領域，用于估計鋰離子電池的健康狀態。

背景技術

近年來，隨著能源危機環境污染等問題的日益突出，以動力鋰離子電池為主的電動汽車產業發展迅速，然而隨著使用時間的延長，電池的性能會發生衰退，影響其可用容量和輸出功率等指標。目前電池行業通用電池健康狀態(SOH)來表征電池的性能衰退程度，規定初始出廠電池SOH為1或100％；當電池性能不能滿足使用要求時認為電池失效，并達到使用壽命。在不同的應用場合對電池的SOH有不同的要求，比如對功率要求較高的場合，SOH＝80％即認為需要更換，而有些場合，SOH＝60％要求對電池進行更換。由此可見，準確估計電池的健康狀態(SOH)，為電池管理系統提供預警信息并保障動力機械安全可靠運行是非常重要的。

電池SOH是電池使用一段時間后性能參數的實際值與初始出廠性能參數標稱值的比值，用來判斷電池性能下降程度，衡量電池的健康程度。根據不同電池的性能參數存在如下電池健康狀態的估計和判定方法：

從電池容量的角度計算:

其中：C_M為當前電池充滿后可放出容量，C_N為電池標稱容量。

從電池內阻的角度計算:

其中：R_EOL為電池壽命終結時的電池內阻，R_new為電池出廠時的內阻，R為電池當前狀態下的內阻。

從電池功率的角度計算：

其中，P₁為電池當前放出的起動功率，P₂為電池滿充電即SOC為100％時，電池的起動功率，P_min電動汽車起動所需的最小起動功率。

公式(1)中的方法需要對在用電池進行離線檢測，且每測試一次就要損失電池的一次壽命，而采用在線安-時累積又容易因為測試條件的不統一，所測的容量數據誤差越大。公式(2)中的電池內阻通常指直流內阻，可以通過短期內電壓的變化與電流之比值在線計算，但在線情況復雜，不同電流和不同溫度可得出不同的數據，要進行比較就需要有大量的數據并進行仔細篩選,也給具體實施增加了難度。公式(3)對功率的測量也需要在離線情況進行檢測，不僅對實際工作造成影響，而且大功率放電會影響電池的使用壽命。

綜合上述，提出針對充電數據對電池的健康狀態進行估計，因為電池放電后總需要充電，只要獲得充電數據就可進行估計，不需額外的試驗；其次，絕大多數動力電池充電工況都是比較穩定和統一的工況，即采用恒流充電加恒壓充電的方式，充電數據包括恒流充電時間、恒壓充電時間和充電容量，這就避免了由于工況不同所造成的物理量檢測誤差。最后，提出數據融合的方法，將單一物理量計算造成的誤差進行部分消除，同時考慮上述三個充電數據，以更好地彌補因為放電方式不同給當前電池SOH估計造成的影響。

發明內容