[發(fā)明專利]一種三元鋰電池荷電狀態(tài)與健康狀態(tài)在線協(xié)同估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910555791.7
• 申請(qǐng)日: 2019-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110261779B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉熹;李琳;劉海龍;陳威沖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安石油大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/367
• 分類號(hào): G01R31/367;G01R31/3842;G01R31/388;G01R31/392
• 代理公司: 西安瀚匯專利代理事務(wù)所(普通合伙) 61279
• 代理人: 汪重慶

本發(fā)明公開(kāi)了一種三元鋰電池荷電狀態(tài)與健康狀態(tài)在線協(xié)同估計(jì)方法，該方法對(duì)Thevenin等效電路模型進(jìn)行了改進(jìn)，根據(jù)電路關(guān)系得到了改進(jìn)后的Thevenin等效電路模型的狀態(tài)空間方程，并進(jìn)一步得到了OCV與SOC的映射關(guān)系，利用FFRLS算法通過(guò)采集外部電壓電流值實(shí)時(shí)辨識(shí)得到每個(gè)采樣點(diǎn)處的極化電阻、極化電容和內(nèi)阻的具體數(shù)值，在每次計(jì)算SOC和SOH的前一刻根據(jù)BMS的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)更新Thevenin等效電路模型的參數(shù)值，確保了BMS對(duì)SOC和SOH的預(yù)測(cè)更加精準(zhǔn)，該方法在實(shí)現(xiàn)對(duì)三元鋰電池SOC和SOH高精度估計(jì)時(shí)，外部電路簡(jiǎn)單，僅用常規(guī)的BMS采集電壓、電流和時(shí)間數(shù)值即可，另外，該方法具有極強(qiáng)的收斂性，對(duì)錯(cuò)誤初值具有較強(qiáng)的魯棒性且仍采用迭代循環(huán)計(jì)算的方法，所以對(duì)BMS的采樣精度要求可適當(dāng)降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電池荷電狀態(tài)與健康狀態(tài)估計(jì)方法，具體涉及一種三元鋰電池荷電狀態(tài)與健康狀態(tài)在線協(xié)同估計(jì)方法，屬于電池管理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著人類能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，可再生的清潔能源備受人們關(guān)注。其中，三元鋰電池因具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、使用安全和自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)開(kāi)始廣泛的應(yīng)用于純電動(dòng)汽車和規(guī)?；瘍?chǔ)能等領(lǐng)域。在此過(guò)程中，只有實(shí)現(xiàn)對(duì)電池良好的管理才能使電池工作在極佳狀態(tài)，并同時(shí)延長(zhǎng)電池的使用壽命。因此，如何快速準(zhǔn)確的確定電池的工作狀態(tài)(剩余電量)和使用壽命是電池管理系統(tǒng)(BatteryManagement System，BMS)的關(guān)鍵技術(shù)之一，BMS性能的好壞直接影響動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量。

三元鋰電池狀態(tài)主要包括兩個(gè)最為重要的方面——荷電狀態(tài)(State of Charge，SOC)和健康狀態(tài)(State of Health，SOH)。

SOC反映出電池當(dāng)前剩余電量的多少，是實(shí)現(xiàn)三元鋰電池組能量均衡技術(shù)的重要前提，也是BMS監(jiān)視中最為重要的參數(shù)之一。

SOH反映出電池當(dāng)前的使用壽命，也叫作電池的老化程度，SOH值的大小通常直接決定了設(shè)備是否需要進(jìn)行三元鋰電池更換的操作。

目前，常用的鋰電池SOC、SOH估算方法大都將兩個(gè)狀態(tài)變量獨(dú)立估計(jì)。

現(xiàn)有的鋰電池SOC估計(jì)方法有：安時(shí)積分法、內(nèi)阻測(cè)量法、開(kāi)路電壓法等。

現(xiàn)有的鋰電池SOH估計(jì)方法有：容量比值法、內(nèi)阻測(cè)量法、電化學(xué)模型估計(jì)法等。

雖然目前估計(jì)鋰電池SOC與SOH的方法有很多，但是BMS需要根據(jù)電池的類型與型號(hào)、電池組配置、運(yùn)行工況、工作環(huán)境等因素單獨(dú)設(shè)計(jì)SOC和SOH估算系統(tǒng)以及估計(jì)算法，由于鋰電池?cái)?shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單獨(dú)設(shè)計(jì)SOC和SOH估算系統(tǒng)以及估計(jì)算法不僅工作量很大，而且估算的精度也不高。一旦動(dòng)力鋰電池更換，原有的SOC與SOH估算系統(tǒng)和估計(jì)算法都將重新設(shè)計(jì)，導(dǎo)致BMS整體運(yùn)行和使用效率偏低，且對(duì)于不同鋰電池的通用性和穩(wěn)定性較差。

中國(guó)專利《一種動(dòng)力電池組SOC和SOH的自適應(yīng)估計(jì)方法》(CN201710141906)，將通過(guò)電池ID特性數(shù)據(jù)輸入模塊讀取動(dòng)力電池的電芯材料及出廠特性測(cè)試數(shù)據(jù)，完成動(dòng)力電池SOC和SOH的初始化計(jì)算并通過(guò)自適應(yīng)SOC和SOH估計(jì)系統(tǒng)用近期的動(dòng)力電池歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)估算。由于自適應(yīng)SOC和SOH估計(jì)系統(tǒng)需要不斷存儲(chǔ)較新的數(shù)據(jù)作為下次估算的初始值，所以增加了BMS的復(fù)雜度，提高了BMS的研發(fā)成本，并且在使用算法時(shí)可能由于讀取的初始值與當(dāng)前BMS實(shí)際狀態(tài)不匹配而造成算法不收斂或估算失效現(xiàn)象的產(chǎn)生。

中國(guó)專利《一種鋰離子電池的SOC和SOH聯(lián)合估計(jì)方法》(CN201710308354)，構(gòu)建了鋰離子電池離線等效電路模型，對(duì)所建立模型的參數(shù)運(yùn)用離線最小二乘法辨識(shí)得到，并基于離線數(shù)據(jù)的滾動(dòng)時(shí)域在一定范圍內(nèi)更新模型參數(shù)，完成對(duì)于SOC和SOH的聯(lián)合估計(jì)。該方法雖然能完成鋰電池SOC和SOH的聯(lián)合估計(jì)，但模型參數(shù)是基于離線條件下特定工況獲得的，當(dāng)運(yùn)行工況和環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，不能實(shí)時(shí)更新模型參數(shù)，因此對(duì)于不同運(yùn)行工況和環(huán)境的適用性較低，誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容