CN106353687A - 一种锂电池健康状态的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂电池健康状态的评估方法，所述方法包括：确定锂电池健康状态的评估因素；计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值；计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值；评估锂电池的健康状态。本发明综合锂电池的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻作为评估因素，提高了锂电池健康状态评估的准确性；采用在脉冲放电结束后，同时测量并计算锂电池端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的方法，保证了锂电池状态测量的状态同一性和时间一致性，提高了锂电池健康状态评估因素的准确性；综合了评估因素的标准差和平均数量指标的影响，更好的反映了评估因素在不同水平时的总体标志变动度，实现了锂电池健康状态的快速准确测量。

Description

一种锂电池健康状态的评估方法

技术领域

本发明涉及一种评估方法，具体涉及一种锂电池健康状态的评估方法。

背景技术

锂电池的SOH反映了锂电池组的安全性能和容量衰减程度,主要描述参数有总容量的衰减和锂电池内阻的变化等；由于意外的锂电池健康往往导致锂电池***整体功能失效，从应用的角度对锂电池健康状况进行科学的估计和预测，进一步指导锂电池运行和维护，构建锂电池的状态监测和健康管理***，防止锂电池过充、过放、估计锂电池性能状态和预测锂电池状态演变，是实现锂电池长时间可靠工作的重要参数，对于锂电池***的任务决策、防止灾难性事故的发生具有重要意义。

目前常用的锂电池健康状态评估方法主要有：

(1)完全充电(放电)测试方法，这种测试方法简单易行，但花时较长，且深度放电会影响锂电池的使用寿命；

(2)循环次数折算法：是一种根据锂电池的使用次数来估算锂电池寿命的方法，该方法将锂电池的寿命等效成循环使用次数，然后根据锂电池循环次数与SOH的关系求得锂电池的SOH。

(3)基于锂电池充放电过程中的电流特征、电压特征和温度特征的评估策略，该方法需要对电流值、电压值和温度值进行计算，从而再对锂电池的电流特征、电压特征和温度特征进行提取计算，采用算法较多，计算过程比较繁杂，很难计算准确；

(4)阻抗分析法：阻抗分析法是当今最前沿的SOH测量方法，可以采用单一频率的交流信号来测量锂电池的SOH，但是这种方法不能反映全频率周期的锂电池SOH；需采用对锂电池输入不同频率的信号，对采集到的数据进行分析来估算锂电池参数进而判断锂电池的健康状态，该方法准确，但需专门的阻抗测试设备进行离线测量；

(5)经验模型法：该方法对锂电池进行大量的实验，绘制锂电池的SOH与锂电池某一特征的关系图表，但是该方法针对不同的锂电池需要绘制不同的图表，耗时较长，局限性大。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种锂电池健康状态的评估方法，以锂电池的端电压变化率、欧姆内阻极化内阻作为锂电池健康状态(State of Health，SOH)的三个评估因素，根据这三个评估因素评估锂电池的健康状态。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种锂电池健康状态的评估方法，所述方法包括：

确定锂电池健康状态的评估因素；

计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值；

计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值；

评估锂电池的健康状态。

所述锂电池健康状态评估因素包括锂电池的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

将锂电池的荷电状态调整为设定的荷电状态，并将其置于设定的温度环境中。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

确定锂电池的初始状态和衰减状态a、b、c，且a、b、c∈k，k表示锂电池的任意一种衰减状态；

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

在锂电池的初始状态下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为初始状态下的截止电压U₁₀时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后初始状态下的突变电压U₂₀，并记录Δt秒后初始状态下的端电压U₃₀，于是，锂电池在初始状态下的端电压变化值ΔU₀＝U₃₀-U₁₀；

计算锂电池在初始状态下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ₀＝ΔU₀/Δt (1)

R_Ω0＝(U₂₀-U₁₀)/I (2)

R_d0＝(U₃₀-U₂₀)/I (3)

其中，δ₀、R_Ω0和R_d0分别为锂电池在初始状态下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻；

锂电池在衰减状态a下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态a下的截止电压U_1a时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态a下的突变电压U_2a，并记录Δt秒后衰减状态a下的端电压U_3a，于是，锂电池在衰减状态a下的端电压变化值ΔU_a＝U_3a-U_1a；

计算锂电池在衰减状态a下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ_a＝ΔU_a/Δt (4)

R_Ωa＝(U_2a-U_1a)/I (5)

R_da＝(U_3a-U_2a)/I (6)

其中，δ_a、R_Ωa和R_da分别为锂电池在衰减状态a下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻；

锂电池在衰减状态b下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态b下的截止电压U_1b时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态b下的突变电压U_2b，并记录Δt秒后衰减状态b下的端电压U_3b，于是，锂电池在衰减状态b下的端电压变化值ΔU_b＝U_3b-U_1b；

计算锂电池在衰减状态b下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ_b＝ΔU_b/Δt (7)

R_Ωb＝(U_2b-U_1b)/I (8)

R_db＝(U_3b-U_2b)/I (9)

其中，δ_b、R_Ωb和R_db分别为锂电池在衰减状态b下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻；

锂电池在衰减状态c下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态c下的截止电压U_1c时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态c下的突变电压U_2c，并记录Δt秒后衰减状态c下的端电压U_3c，于是，锂电池在衰减状态c下的端电压变化值ΔU_c＝U_3c-U_1c；

计算锂电池在衰减状态c下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ_c＝ΔU_c/Δt (10)

R_Ωc＝(U_2c-U_1c)/I (11)

R_dc＝(U_3c-U_2c)/I (12)

其中，δ_c、R_Ωc和R_dc分别为锂电池在衰减状态c下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

设初始状态下锂电池的初始容量为Q₀，衰减状态a、b、c下锂电池的剩余容量分别为Q_a、Q_b和Q_c，衰减状态a、b、c下锂电池的健康状态分别表示为：

${\mathrm{SOH}}_a=\frac{Q_a}{Q_0}*100\%---\left(13\right)$

${\mathrm{SOH}}_b=\frac{Q_b}{Q_0}*100\%---\left(14\right)$

${\mathrm{SOH}}_c=\frac{Q_c}{Q_0}*100\%---\left(15\right)$

其中，SOH_a、SOH_b、SOH_c分别为衰减状态a、b、c下锂电池的健康状态。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

根据式(13)-(18)计算锂电池的端电压变化率、欧姆内阻、极化内阻的权重值的初始值，有：

${\mathrm{SOH}}_a=\[{\mathrm{\λ}}_0\left(\frac{{\mathrm{\δ}}_0}{{\mathrm{\δ}}_a}\right)+{\mathrm{\ρ}}_0\left(\frac{R_{\mathrm{\Ω}0}}{R_{\mathrm{\Ω}a}}\right)+{\mathrm{\γ}}_0\left(\frac{R_{d0}}{R_{da}}\right)\]*100\%---\left(16\right)$

${\mathrm{SOH}}_b=\[{\mathrm{\λ}}_0\left(\frac{{\mathrm{\δ}}_a}{{\mathrm{\δ}}_b}\right)+{\mathrm{\ρ}}_0\left(\frac{R_{\mathrm{\Ω}a}}{R_{\mathrm{\Ω}b}}\right)+{\mathrm{\γ}}_0\left(\frac{R_{da}}{R_{db}}\right)\]*100\%---\left(17\right)$

${\mathrm{SOH}}_c=\[{\mathrm{\λ}}_0\left(\frac{{\mathrm{\δ}}_b}{{\mathrm{\δ}}_c}\right)+{\mathrm{\ρ}}_0\left(\frac{R_{\mathrm{\Ω}b}}{R_{\mathrm{\Ω}c}}\right)+{\mathrm{\γ}}_0\left(\frac{R_{db}}{R_{dc}}\right)\]*100\%---\left(18\right)$

其中，λ₀为锂电池的端电压变化率的权重值的初始值，ρ₀为锂电池的欧姆内阻的权重值的初始值，γ₀为锂电池的极化内阻的权重值的初始值。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值包括：

锂电池在衰减状态k下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态k下的截止电压U_1k时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态k下的突变电压U_2k，并记录Δt秒后衰减状态k下的端电压U_3k，于是，锂电池在衰减状态k下的端电压变化值ΔU_k＝U_3k-U_1k；

计算锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_k＝ΔU_k/Δt (19)

R_Ωk＝(U_2k-U_1k)/I (20)

R_dk＝(U_3k-U_2k)/I (21)

其中，δ_k、R_Ωk和R_dk分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态k-1下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态k-1下的截止电压U_1(k-1)时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态k-1下的突变电压U_2(k-1)，并记录Δt秒后衰减状态k-1下的端电压U_3(k-1)，于是，锂电池在衰减状态k-1下的端电压变化值ΔU_k-1＝U_3(k-1)-U_1(k-1)；

计算锂电池在衰减状态k-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_k-1＝ΔU_k-1/Δt (22)

R_Ω(k-1)＝(U_2(k-1)-U_1(k-1))/I (23)

R_d(k-1)＝(U_3(k-1)-U_2(k-1))/I (24)

其中，δ_k-1、R_Ω(k-1)和R_d(k-1)分别为锂电池在衰减状态k-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态i下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态k下的截止电压U_1i时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态i下的突变电压U_2i，并记录Δt秒后衰减状态i下的端电压U_3i，于是，锂电池在衰减状态i下的端电压变化值ΔU_i＝U_3i-U_1i；

计算锂电池在衰减状态i下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_i＝ΔU_i/Δt (25)

R_Ωi＝(U_2i-U_1i)/I (26)

R_di＝(U_3i-U_2i)/I (27)

其中，δ_i、R_Ωi和R_di分别为锂电池在衰减状态i下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态i-1下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态i-1下的截止电压U_1(i-1)时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态i-1下的突变电压U_2(i-1)，并记录Δt秒后衰减状态i-1下的端电压U_3(i-1)，于是，锂电池在衰减状态i-1下的端电压变化值ΔU_i-1＝U_3(i-1)-U_1(i-1)；

计算锂电池在衰减状态i-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_i-1＝ΔU_i-1/Δt (28)

R_Ω(i-1)＝(U_2(i-1)-U_1(i-1))/I (29)

R_d(i-1)＝(U_3(i-1)-U_2(i-1))/I (30)

其中，δ_i-1、R_Ω(i-1)和R_d(i-1)分别为锂电池在衰减状态i-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态m下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态m下的截止电压U_1m时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态m下的突变电压U_2m，并记录Δt秒后衰减状态i下的端电压U_3m，于是，锂电池在衰减状态m下的端电压变化值ΔU_m＝U_3m-U_1m；

计算锂电池在衰减状态m下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_m＝ΔU_m/Δt (31)

R_Ωm＝(U_2m-U_1m)/I (32)

R_dm＝(U_3m-U_2m)/I (33)

其中，δ_m、R_Ωm和R_dm分别为锂电池在衰减状态m下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值包括：

计算锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差系数，有：

$V_{1k}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{1k}}{\stackrel{\‾}{F_{1k}}}---\left(34\right)$

$V_{2k}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{2k}}{\stackrel{\‾}{F_{2k}}}---\left(35\right)$

$V_{3k}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{3k}}{\stackrel{\‾}{F_{3k}}}---\left(36\right)$

其中，V_1k、V_2k和V_3k分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差系数；σ_1k、σ_2k和σ_3k分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差，且有 为锂电池在衰减状态k和k-1下端电压变化率比值的平均值，为锂电池在衰减状态k和k-1下欧姆内阻比值的平均值，为锂电池在衰减状态k和k-1下极化内阻比值的平均值，即且有 i＝1,2,...,k，F_1i为锂电池在衰减状态i和i-1下端电压变化率的比值，F_2i为锂电池在衰减状态i和i-1下欧姆内阻的比值，F_3i为锂电池在衰减状态i和i-1下极化内阻的比值，即

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值包括：

计算锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重系数，有：

${\mathrm{\λ}}_k=\frac{V_{1k}}{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{V}_{1i}}---\left(37\right)$

${\mathrm{\ρ}}_k=\frac{V_{2k}}{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{V}_{2i}}---\left(38\right)$

${\mathrm{\γ}}_k=\frac{V_{3k}}{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{V}_{3i}}---\left(39\right)$

其中，λ_k、ρ_k和γ_k分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的权重系数；V_1i、V_2i和V_3i分别为衰减状态i下锂电池的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差系数，且有σ_1i、σ_2i和σ_3i分别为衰减状态i下锂电池的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差，三者分别表示为 为锂电池在衰减状态i和i-1下端电压变化率比值的平均值，为锂电池在衰减状态i和i-1下欧姆内阻比值的平均值，为锂电池在衰减状态i和i-1下极化内阻比值的平均值，即且有m＝1,2,...,i，F_1m为锂电池在衰减状态m和m-1下端电压变化率的比值，F_2m为锂电池在衰减状态m和m-1下欧姆内阻的比值，F_3m为锂电池在衰减状态m和m-1下极化内阻的比值，即

所述评估锂电池的健康状态包括：

计算锂电池在衰减状态k下的健康状态，有：

SOH_k＝(λ_k*F_1k+ρ_k*F_2k+γ_k*F_3k)*100％ (40)

其中，SOH_k为锂电池在衰减状态k下的健康状态，SOH_k越大，表明锂电池健康状态越好。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1、实现了锂电池健康状态的快速准确测量；

2、综合锂电池外特征变化(锂电池的端电压变化率)和内特征变化(欧姆内阻和极化内阻)作为评估因素，提高了锂电池健康状态评估的准确性；

3、采用在脉冲放电结束后，同时测量并计算锂电池端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的方法，保证了锂电池状态测量的状态同一性和时间一致性，提高了锂电池健康状态评估因素的准确性；

4、不同评估因素采用不同的权重，并且在锂电池衰减过程中，根据不同评估因素的变化调整权重值，提高了锂电池健康状态评估的准确性；

5、采用标准差系数计算锂电池健康状态评估因素的权重系数，不受评估因素物理单位的影响；

6、方法综合了评估因素的标准差和平均数量指标的影响，更好的反映了评估因素在不同水平时的总体标志变动度。

附图说明

图1是本发明实施例中脉冲电流使锂电池放电时的电压随时间变化的特性图；

图2是本发明实施例中脉冲电流随时间变化的特性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

在锂电池的老化过程中，由于锂电池内部物质活性的降低，电阻变大，锂电池的容量和锂电池端电压的变化率都会发生变化，可以根据锂电池端电压与容量的关系来测量健康状态SOH(State of Health，SOH)。这种测量方法简单快速，但单独用锂电池端电压变化速率来判断锂电池的健康状态存在一定偏差；由于锂电池的内阻与SOH也存在一定的关系，SOH越低，锂电池内阻越大，通过检测电压、电流、温度等数据，可以间接计算出锂电池的内阻值，然后根据SOH与锂电池内阻的关系计算求得SOH。但是锂电池的内阻在SOH变化范围不大时变化不明显，而当锂电池老化严重时电阻值的变化较大，因而该方法在SOH变化较小时测量的误差会较大。

本发明公开了一种采用锂电池在一个的固定的脉冲电流作用下，测量锂电池放电至一个固定的截止电压之后的端电压值的变化，从而得出端电压变化率，作为锂电池健康状态的一个评估因素，再计算锂电池的内阻(包括欧姆内阻和极化内阻)作为另两个评估因素，采用这三个评估因素权重相加后来判断锂电池的健康状态。采用锂电池端电压变化率作为进行锂电池健康状态评估的外特征参数；采用锂电池内阻作为进行锂电池健康状态评估的内特征参数，同时，为更利于计算分析，将锂电池内阻分解为欧姆内阻和极化内阻，以这三个评估参数权重相加后作为综合评估参数，并且随着锂电池老化过程中状态的变化，不断调整三个评估参数的权重，以此来修正综合评估参数；通过该方法能够实现锂电池健康状态的在线评测，相比以往的单一参数，更加准确，提高了锂电池使用过程中的安全性。

1.本发明提出了采用锂电池端电压变化率作为锂电池健康状态的一个评估因素。

在锂电池循环运行过程中，随着循环次数或工况运行时间的增加，锂电池逐渐衰减，在相同温度和荷电状态时，在锂电池上施加脉冲电流放电至相同截止电压后静置，锂电池端电压的变化速率并不相同，测试并计算变化率并以此作为锂电池SOH的一个重要判据。

2.本发明提出了采用脉冲电流测试并计算锂电池的欧姆内阻和极化内阻，以欧姆内阻和极化内阻作为锂电池健康状态的另两个评估因素。

3.本发明提出根据1和2中计算得到的三个评估因素，加以不同的权重值，并根据锂电池的不同衰减程度，调整权重值，准确计算全寿命周期内锂电池的健康状态。

本发明提供一种锂电池健康状态的评估方法，所述方法包括：

确定锂电池健康状态的评估因素；

计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值；

计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值；

评估锂电池的健康状态。

所述锂电池健康状态评估因素包括锂电池的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

将锂电池的荷电状态调整为设定的荷电状态，并将其置于设定的温度环境中。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

确定锂电池的初始状态和衰减状态a、b、c，且a、b、c∈k，k表示锂电池的任意一种衰减状态；

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

在锂电池的初始状态下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为初始状态下的截止电压U₁₀时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后初始状态下的突变电压U₂₀，并记录Δt秒后初始状态下的端电压U₃₀，于是，锂电池在初始状态下的端电压变化值ΔU₀＝U₃₀-U₁₀；

计算锂电池在初始状态下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ₀＝ΔU₀/Δt (1)

R_Ω0＝(U₂₀-U₁₀)/I (2)

R_d0＝(U₃₀-U₂₀)/I (3)

其中，δ₀、R_Ω0和R_d0分别为锂电池在初始状态下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻；

锂电池在衰减状态a下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态a下的截止电压U_1a时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态a下的突变电压U_2a，并记录Δt秒后衰减状态a下的端电压U_3a，于是，锂电池在衰减状态a下的端电压变化值ΔU_a＝U_3a-U_1a；

计算锂电池在衰减状态a下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ_a＝ΔU_a/Δt (4)

R_Ωa＝(U_2a-U_1a)/I (5)

R_da＝(U_3a-U_2a)/I (6)

其中，δ_a、R_Ωa和R_da分别为锂电池在衰减状态a下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻；

锂电池在衰减状态b下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态b下的截止电压U_1b时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态b下的突变电压U_2b，并记录Δt秒后衰减状态b下的端电压U_3b，于是，锂电池在衰减状态b下的端电压变化值ΔU_b＝U_3b-U_1b；

计算锂电池在衰减状态b下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ_b＝ΔU_b/Δt (7)

R_Ωb＝(U_2b-U_1b)/I (8)

R_db＝(U_3b-U_2b)/I (9)

其中，δ_b、R_Ωb和R_db分别为锂电池在衰减状态b下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻；

锂电池在衰减状态c下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态c下的截止电压U_1c时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态c下的突变电压U_2c，并记录Δt秒后衰减状态c下的端电压U_3c，于是，锂电池在衰减状态c下的端电压变化值ΔU_c＝U_3c-U_1c；

计算锂电池在衰减状态c下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ_c＝ΔU_c/Δt (10)

R_Ωc＝(U_2c-U_1c)/I (11)

R_dc＝(U_3c-U_2c)/I (12)

其中，δ_c、R_Ωc和R_dc分别为锂电池在衰减状态c下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

设初始状态下锂电池的初始容量为Q₀，衰减状态a、b、c下锂电池的剩余容量分别为Q_a、Q_b和Q_c，衰减状态a、b、c下锂电池的健康状态分别表示为：

${\mathrm{SOH}}_a=\frac{Q_a}{Q_0}*100\%---\left(13\right)$

${\mathrm{SOH}}_b=\frac{Q_b}{Q_0}*100\%---\left(14\right)$

${\mathrm{SOH}}_c=\frac{Q_c}{Q_0}*100\%---\left(15\right)$

其中，SOH_a、SOH_b、SOH_c分别为衰减状态a、b、c下锂电池的健康状态。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

根据式(13)-(18)计算锂电池的端电压变化率、欧姆内阻、极化内阻的权重值的初始值，有：

${\mathrm{SOH}}_a=\[{\mathrm{\λ}}_0\left(\frac{{\mathrm{\δ}}_0}{{\mathrm{\δ}}_a}\right)+{\mathrm{\ρ}}_0\left(\frac{R_{\mathrm{\Ω}0}}{R_{\mathrm{\Ω}a}}\right)+{\mathrm{\γ}}_0\left(\frac{R_{d0}}{R_{da}}\right)\]*100\%---\left(16\right)$

${\mathrm{SOH}}_b=\[{\mathrm{\λ}}_0\left(\frac{{\mathrm{\δ}}_a}{{\mathrm{\δ}}_b}\right)+{\mathrm{\ρ}}_0\left(\frac{R_{\mathrm{\Ω}a}}{R_{\mathrm{\Ω}b}}\right)+{\mathrm{\γ}}_0\left(\frac{R_{da}}{R_{db}}\right)\]*100\%---\left(17\right)$

${\mathrm{SOH}}_c=\[{\mathrm{\λ}}_0\left(\frac{{\mathrm{\δ}}_b}{{\mathrm{\δ}}_c}\right)+{\mathrm{\ρ}}_0\left(\frac{R_{\mathrm{\Ω}b}}{R_{\mathrm{\Ω}c}}\right)+{\mathrm{\γ}}_0\left(\frac{R_{db}}{R_{dc}}\right)\]*100\%---\left(18\right)$

其中，λ₀为锂电池的端电压变化率的权重值的初始值，ρ₀为锂电池的欧姆内阻的权重值的初始值，γ₀为锂电池的极化内阻的权重值的初始值。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值包括：

锂电池在衰减状态k下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态k下的截止电压U_1k时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态k下的突变电压U_2k，并记录Δt秒后衰减状态k下的端电压U_3k，于是，锂电池在衰减状态k下的端电压变化值ΔU_k＝U_3k-U_1k；对某一型号锂电池，I、U_1k和Δt在整个评估过程中取相同的固定值；图1表示脉冲电流使锂电池放电时的电压随时间变化的特性图，横轴表示时间，纵轴表示电压；图2表示脉冲电流随时间变化的特性图，横轴表示时间，纵轴表示电流。

计算锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_k＝ΔU_k/Δt (19)

R_Ωk＝(U_2k-U_1k)/I (20)

R_dk＝(U_3k-U_2k)/I (21)

其中，δ_k、R_Ωk和R_dk分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态k-1下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态k-1下的截止电压U_1(k-1)时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态k-1下的突变电压U_2(k-1)，并记录Δt秒后衰减状态k-1下的端电压U_3(k-1)，于是，锂电池在衰减状态k-1下的端电压变化值ΔU_k-1＝U_3(k-1)-U_1(k-1)；

计算锂电池在衰减状态k-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_k-1＝ΔU_k-1/Δt (22)

R_Ω(k-1)＝(U_2(k-1)-U_1(k-1))/I (23)

R_d(k-1)＝(U_3(k-1)-U_2(k-1))/I (24)

其中，δ_k-1、R_Ω(k-1)和R_d(k-1)分别为锂电池在衰减状态k-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态i下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态k下的截止电压U_1i时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态i下的突变电压U_2i，并记录Δt秒后衰减状态i下的端电压U_3i，于是，锂电池在衰减状态i下的端电压变化值ΔU_i＝U_3i-U_1i；

计算锂电池在衰减状态i下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_i＝ΔU_i/Δt (25)

R_Ωi＝(U_2i-U_1i)/I (26)

R_di＝(U_3i-U_2i)/I (27)

其中，δ_i、R_Ωi和R_di分别为锂电池在衰减状态i下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态i-1下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态i-1下的截止电压U_1(i-1)时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态i-1下的突变电压U_2(i-1)，并记录Δt秒后衰减状态i-1下的端电压U_3(i-1)，于是，锂电池在衰减状态i-1下的端电压变化值ΔU_i-1＝U_3(i-1)-U_1(i-1)；

计算锂电池在衰减状态i-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_i-1＝ΔU_i-1/Δt (28)

R_Ω(i-1)＝(U_2(i-1)-U_1(i-1))/I (29)

R_d(i-1)＝(U_3(i-1)-U_2(i-1))/I (30)

其中，δ_i-1、R_Ω(i-1)和R_d(i-1)分别为锂电池在衰减状态i-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态m下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态m下的截止电压U_1m时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态m下的突变电压U_2m，并记录Δt秒后衰减状态i下的端电压U_3m，于是，锂电池在衰减状态m下的端电压变化值ΔU_m＝U_3m-U_1m；

计算锂电池在衰减状态m下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_m＝ΔU_m/Δt (31)

R_Ωm＝(U_2m-U_1m)/I (32)

R_dm＝(U_3m-U_2m)/I (33)

其中，δ_m、R_Ωm和R_dm分别为锂电池在衰减状态m下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值。

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值包括：

计算锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差系数，有：

$V_{1k}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{1k}}{\stackrel{\‾}{F_{1k}}}---\left(34\right)$

$V_{2k}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{2k}}{\stackrel{\‾}{F_{2k}}}---\left(35\right)$

$V_{3k}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{3k}}{\stackrel{\‾}{F_{3k}}}---\left(36\right)$

其中，V_1k、V_2k和V_3k分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差系数；σ_1k、σ_2k和σ_3k分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差，且有 为锂电池在衰减状态k和k-1下端电压变化率比值的平均值，为锂电池在衰减状态k和k-1下欧姆内阻比值的平均值，为锂电池在衰减状态k和k-1下极化内阻比值的平均值，即且有 i＝1,2,...,k，F_1i为锂电池在衰减状态i和i-1下端电压变化率的比值，F_2i为锂电池在衰减状态i和i-1下欧姆内阻的比值，F_3i为锂电池在衰减状态i和i-1下极化内阻的比值，即

所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值包括：

计算锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重系数，有：

${\mathrm{\λ}}_k=\frac{V_{1k}}{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{V}_{1i}}---\left(37\right)$

${\mathrm{\ρ}}_k=\frac{V_{2k}}{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{V}_{2i}}---\left(38\right)$

${\mathrm{\γ}}_k=\frac{V_{3k}}{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{V}_{3i}}---\left(39\right)$

其中，λ_k、ρ_k和γ_k分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的权重系数；V_1i、V_2i和V_3i分别为衰减状态i下锂电池的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差系数，且有σ_1i、σ_2i和σ_3i分别为衰减状态i下锂电池的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差，三者分别表示为 为锂电池在衰减状态i和i-1下端电压变化率比值的平均值，为锂电池在衰减状态i和i-1下欧姆内阻比值的平均值，为锂电池在衰减状态i和i-1下极化内阻比值的平均值，即且有m＝1,2,...,i，F_1m为锂电池在衰减状态m和m-1下端电压变化率的比值，F_2m为锂电池在衰减状态m和m-1下欧姆内阻的比值，F_3m为锂电池在衰减状态m和m-1下极化内阻的比值，即

所述评估锂电池的健康状态包括：

计算锂电池在衰减状态k下的健康状态，有：

SOH_k＝(λ_k*F_1k+ρ_k*F_2k+γ_k*F_3k)*100％ (40)

其中，SOH_k为锂电池在衰减状态k下的健康状态，SOH_k越大，表明锂电池健康状态越好。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述方法包括：

确定锂电池健康状态的评估因素；

计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值；

计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值；

评估锂电池的健康状态。

2.根据权利要求1所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述锂电池健康状态评估因素包括锂电池的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻。

3.根据权利要求2所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

将锂电池的荷电状态调整为设定的荷电状态，并将其置于设定的温度环境中。

4.根据权利要求3所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

确定锂电池的初始状态和衰减状态a、b、c，且a、b、c∈k，k表示锂电池的任意一种衰减状态。

5.根据权利要求4所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

在锂电池的初始状态下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为初始状态下的截止电压U₁₀时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后初始状态下的突变电压U₂₀，并记录Δt秒后初始状态下的端电压U₃₀，于是，锂电池在初始状态下的端电压变化值ΔU₀＝U₃₀-U₁₀；

计算锂电池在初始状态下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ₀＝ΔU₀/Δt (1)

R_Ω0＝(U₂₀-U₁₀)/I (2)

R_d0＝(U₃₀-U₂₀)/I (3)

其中，δ₀、R_Ω0和R_d0分别为锂电池在初始状态下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻；

锂电池在衰减状态a下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态a下的截止电压U_1a时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态a下的突变电压U_2a，并记录Δt秒后衰减状态a下的端电压U_3a，于是，锂电池在衰减状态a下的端电压变化值ΔU_a＝U_3a-U_1a；

计算锂电池在衰减状态a下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ_a＝ΔU_a/Δt (4)

R_Ωa＝(U_2a-U_1a)/I (5)

R_da＝(U_3a-U_2a)/I (6)

其中，δ_a、R_Ωa和R_da分别为锂电池在衰减状态a下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻；

锂电池在衰减状态b下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态b下的截止电压U_1b时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态b下的突变电压U_2b，并记录Δt秒后衰减状态b下的端电压U_3b，于是，锂电池在衰减状态b下的端电压变化值ΔU_b＝U_3b-U_1b；

计算锂电池在衰减状态b下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ_b＝ΔU_b/Δt (7)

R_Ωb＝(U_2b-U_1b)/I (8)

R_db＝(U_3b-U_2b)/I (9)

其中，δ_b、R_Ωb和R_db分别为锂电池在衰减状态b下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻；

锂电池在衰减状态c下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态c下的截止电压U_1c时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态c下的突变电压U_2c，并记录Δt秒后衰减状态c下的端电压U_3c，于是，锂电池在衰减状态c下的端电压变化值ΔU_c＝U_3c-U_1c；

计算锂电池在衰减状态c下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻，有：

δ_c＝ΔU_c/Δt (10)

R_Ωc＝(U_2c-U_1c)/I (11)

R_dc＝(U_3c-U_2c)/I (12)

其中，δ_c、R_Ωc和R_dc分别为锂电池在衰减状态c下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻。

6.根据权利要求5所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

设初始状态下锂电池的初始容量为Q₀，衰减状态a、b、c下锂电池的剩余容量分别为Q_a、Q_b和Q_c，衰减状态a、b、c下锂电池的健康状态分别表示为：

其中，SOH_a、SOH_b、SOH_c分别为衰减状态a、b、c下锂电池的健康状态。

7.根据权利要求6所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的初始值包括：

根据式(13)-(18)计算锂电池的端电压变化率、欧姆内阻、极化内阻的权重值的初始值，有：

其中，λ₀为锂电池的端电压变化率的权重值的初始值，ρ₀为锂电池的欧姆内阻的权重值的初始值，γ₀为锂电池的极化内阻的权重值的初始值。

8.根据权利要求7所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值包括：

锂电池在衰减状态k下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态k下的截止电压U_1k时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态k下的突变电压U_2k，并记录Δt秒后衰减状态k下的端电压U_3k，于是，锂电池在衰减状态k下的端电压变化值ΔU_k＝U_3k-U_1k；

计算锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_k＝ΔU_k/Δt (19)

R_Ωk＝(U_2k-U_1k)/I (20)

R_dk＝(U_3k-U_2k)/I (21)

其中，δ_k、R_Ωk和R_dk分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态k-1下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态k-1下的截止电压U_1(k-1)时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态k-1下的突变电压U_2(k-1)，并记录Δt秒后衰减状态k-1下的端电压U_3(k-1)，于是，锂电池在衰减状态k-1下的端电压变化值ΔU_k-1＝U_3(k-1)-U_1(k-1)；

计算锂电池在衰减状态k-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_k-1＝ΔU_k-1/Δt (22)

R_Ω(k-1)＝(U_2(k-1)-U_1(k-1))/I (23)

R_d(k-1)＝(U_3(k-1)-U_2(k-1))/I (24)

其中，δ_k-1、R_Ω(k-1)和R_d(k-1)分别为锂电池在衰减状态k-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态i下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态k下的截止电压U_1i时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态i下的突变电压U_2i，并记录Δt秒后衰减状态i下的端电压U_3i，于是，锂电池在衰减状态i下的端电压变化值ΔU_i＝U_3i-U_1i；

计算锂电池在衰减状态i下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_i＝ΔU_i/Δt (25)

R_Ωi＝(U_2i-U_1i)/I (26)

R_di＝(U_3i-U_2i)/I (27)

其中，δ_i、R_Ωi和R_di分别为锂电池在衰减状态i下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态i-1下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减 状态i-1下的截止电压U_1(i-1)时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态i-1下的突变电压U_2(i-1)，并记录Δt秒后衰减状态i-1下的端电压U_3(i-1)，于是，锂电池在衰减状态i-1下的端电压变化值ΔU_i-1＝U_3(i-1)-U_1(i-1)；

计算锂电池在衰减状态i-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_i-1＝ΔU_i-1/Δt (28)

R_Ω(i-1)＝(U_2(i-1)-U_1(i-1))/I (29)

R_d(i-1)＝(U_3(i-1)-U_2(i-1))/I (30)

其中，δ_i-1、R_Ω(i-1)和R_d(i-1)分别为锂电池在衰减状态i-1下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值；

锂电池在衰减状态m下，通过脉冲电流I使锂电池放电，放电至锂电池的端电压为衰减状态m下的截止电压U_1m时，锂电池停止放电，此时记录锂电池停止放电后衰减状态m下的突变电压U_2m，并记录Δt秒后衰减状态i下的端电压U_3m，于是，锂电池在衰减状态m下的端电压变化值ΔU_m＝U_3m-U_1m；

计算锂电池在衰减状态m下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值，有：

δ_m＝ΔU_m/Δt (31)

R_Ωm＝(U_2m-U_1m)/I (32)

R_dm＝(U_3m-U_2m)/I (33)

其中，δ_m、R_Ωm和R_dm分别为锂电池在衰减状态m下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重值的实际值。

9.根据权利要求8所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值包括：

计算锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差系数，有：

其中，V_1k、V_2k和V_3k分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差系数；σ_1k、σ_2k和σ_3k分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差，且有 为锂电池在衰减状态k和k-1下端电压变化率比值的平均值，为锂电池在衰减状态k和k-1下欧姆内阻比值的平均值，为锂电池在衰减状态k和k-1下极化内阻比值的平均值，即且有 i＝1,2,...,k，F_1i为锂电池在衰减状态i和i-1下端电压变化率的比值，F_2i为锂电池在衰减状态i和i-1下欧姆内阻的比值，F_3i为锂电池在衰减状态i和i-1下极化内阻的比值，即

10.根据权利要求9所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述计算锂电池健康状态评估因素权重值的实际值包括：

计算锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻权重系数，有：

其中，λ_k、ρ_k和γ_k分别为锂电池在衰减状态k下的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的权重系数；V_1i、V_2i和V_3i分别为衰减状态i下锂电池的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差系数，且有σ_1i、σ_2i和σ_3i分别为衰减状态i下锂电池的端电压变化率、欧姆内阻和极化内阻的标准差，三者分别表示为 为锂电池在衰减状态i和i-1下端电压变化率比值的平均值，为锂电池在衰减状态i和i-1下欧姆内阻比值的平均值，为锂电池在衰减状态i和i-1下极化内阻比值的平均值，即且有 m＝1,2,...,i，F_1m为锂电池在衰减状态m和m-1下端电压变化率的比值，F_2m为锂电池在衰减状态m和m-1下欧姆内阻的比值，F_3m为锂电池在衰减状态m和m-1下极化内阻的比值，即

11.根据权利要求10所述的锂电池健康状态的评估方法，其特征在于，所述评估锂电池的健康状态包括：

计算锂电池在衰减状态k下的健康状态，有：

SOH_k＝(λ_k*F_1k+ρ_k*F_2k+γ_k*F_3k)*100％ (40)

其中，SOH_k为锂电池在衰减状态k下的健康状态，SOH_k越大，表明锂电池健康状态越 好。