CN106546927A - 一种基于温度的动力电池soh在线估算方法 - Google Patents

一种基于温度的动力电池soh在线估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及动力电池技术领域,具体涉及一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法。本发明提供一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其包括建立动力电池SOH的估算模型,所述估算模型包括所述动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率之间的唯一对应的关系;检测待测动力电池充电时的温度变化速率;基于所述估算模型,利用测得的所述温度变化速率得到待测动力电池SOH。通过建立动力电池SOH的估算模型,且所述估算模型包括所述动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率之间的唯一对应的关系。该估算方法仅需测量待测动力电池充电时温度变化速率,即可得到待测动力电池SOH,测量数据少,测量过程简单,并且该估算方法误差小且估算精度高。

Description

一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法
【技术领域】
本发明涉及动力电池技术领域,具体涉及一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法。
【背景技术】
由于动力电池具有电压较高、能量密度较大、循环性能好等优点,因此动力电池产业发展迅速,并且在电动汽车上得到广泛应用。为了保证动力电池能够高效安全的工作,需要一个有效的电池管理***。其中关于动力电池SOH(Section Of Health,电池健康状态)研究是动力电池技术领域的重要课题,能正确预测电池的健康状态对动力电池的实际应用有非常大的帮助。
然而,动力电池的老化是一个非常复杂的化学过程,影响电池老化的因素非常多。现在针对动力电池SOH估算的方法最常用的就是阻抗测试法。该方法需要测试动力电池的交流阻抗和直流阻抗,测试步骤比较复杂,且会存在一定误差,从而使得动力电池SOH估算实现困难且准确度较低。
【发明内容】
为克服现有动力电池SOH估算困难的技术问题,本发明提供一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法。
本发明为解决上述技术问题的技术方案是提供一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其包括建立动力电池SOH的估算模型,所述估算模型包括所述动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率之间的唯一对应的关系;检测待测动力电池充电时的温度变化速率;基于所述估算模型,利用测得的所述温度变化速率得到待测动力电池SOH。
优选地,所述估算模型包括动力电池SOH的估算公式SOH=f(VT),VT为动力电池充电时温度变化速率。
优选地,所述建立动力电池SOH的估算模型包括:步骤S11:取标称电池容量为CN的标准动力电池进行测试,获取多组充电时标准动力电池的温度变化速率和当前该标准动力电池SOH;步骤S12:利用步骤S11得到的多组温度变化速率和对应的标准动力电池SOH,运用最小二乘法拟合得到所述动力电池SOH的估算公式。
优选地,所述动力电池SOH的估算公式为:SOH=a0+a1*VT+a2*VT^2+a3*VT^3+a4*VT^4+a5*VT^5,其中VT为标准动力电池充电时的温度变化速率,a0、a1、a2、a3、a4、a5为运用最小二乘法将VT及对应的SOH进行拟合得到的常数。
优选地,所述估算模型包括数据库,所述数据库包括若干组动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率一一对应的数据。
优选地,所述建立动力电池SOH的估算模型包括:步骤S11:取标称电池容量为CN的标准动力电池进行测试,获取多组充电时标准动力电池的温度变化速率和当前该标准动力电池SOH;步骤S12:利用步骤S11得到的多组温度变化速率和对应的标准动力电池SOH,建立所述数据库。
优选地,所述步骤S11进一步包括:步骤S111:对标准动力电池进行多次循环充放电,充电电流为正常工作电流;步骤S112:将完成循环充放电的标准动力电池取出,进行大电流充电和正常放电,得到当前的温度变化速率VT和标准动力电池SOH;所述大电流充电为以0.5-0.9倍额定电流对所述标准动力电池进行充电;步骤S113:判断步骤S112得到的当前标准动力电池SOH是否小于75%;若否,则重复步骤S111、步骤S112;若是,则停止测试。
优选地,所述步骤S112进一步包括:步骤S1121:将完成循环充放电的标准动力电池取出进行大电流充电,记录标准动力电池充电前后的温度之间的差值ΔT和充电时间t1,并获得温度变化速率VT,待所述标准动力电池满充后静置使该标准动力电池回复到室温;步骤S1122:对标准动力电池进行正常恒流放电,记录恒定放电电流I和放电时间t2,获得所述该标准动力电池的当前容量CM;所述标准动力电池的当前容量CM与标称电池的容量CN之比即为所需动力电池SOH。
优选地,所述步骤S111中循环充放电的次数为15-25次。
优选地,所述步骤S112中所述大电流充电为以0.8-0.9倍额定电流进行充电。
相对于现有技术,本发明所提供的一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法,通过建立动力电池SOH的估算模型,且所述估算模型包括所述动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率之间的唯一对应的关系。这样该估算方法仅需测量待测动力电池充电时温度变化速率,即可得到待测动力电池SOH,测量数据少,测量过程简单,并且该估算方法误差小且估算精度高。
【附图说明】
图1是本发明基于温度的动力电池SOH在线估算方法的流程示意图。
图2是本发明一些优选的实施例中步骤S1的流程示意图。
图3是本发明的替代实施例中步骤S1的流程示意图。
图4是本发明基于温度的动力电池SOH在线估算方法中步骤S11的流程示意图。
图5是本发明基于温度的动力电池SOH在线估算方法中步骤S112的流程示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的,技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施实例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供了一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤S1:建立动力电池SOH的估算模型,所述估算模型包括所述动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率之间的唯一对应的关系;
步骤S2:检测待测动力电池充电时的温度变化速率;
步骤S3:基于所述估算模型,利用测得的所述温度变化速率得到待测动力电池SOH。
本发明所提供的一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法,通过建立动力电池SOH的估算模型,且所述估算模型包括所述动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率之间的唯一对应的关系。这样该估算方法仅需测量待测动力电池充电时温度变化速率,即可得到待测动力电池SOH,测量数据少,测量过程简单,并且该估算方法误差小且估算精度高。
在一些优选的实施例中,所述估算模型包括动力电池SOH的估算公式SOH=f(VT),VT为动力电池充电时温度变化速率。通过建立估算公式,能利用所测的所述温度变化速率,通过计算得到所述动力电池SOH,方便快捷。请一并参阅图2,优选地,所述建立动力电池SOH的估算模型的步骤S1包括:
步骤S11:取标称电池容量为CN的标准动力电池进行测试,获取多组充电时标准动力电池的温度变化速率和当前该标准动力电池SOH;
步骤S12:利用步骤S11得到的多组温度变化速率和对应的标准动力电池SOH,运用最小二乘法拟合得到所述动力电池SOH的估算公式。
一般来说,对每一个型号的动力电池都需要建立一个估算公式,利用最小二乘法进行拟合,更为简单方便且精确度高,能快速准确的建立多个动力电池的估算模型,有效提高该估算方法的实用性。
在对所获得的数据进行拟合获取估算公式时,优选地,所述估算公式为多项式函数。多项式函数更为符合所述动力电池SOH与动力电池温度变化速率之间的关系,将所述估算公式定为多项式函数,能有效提高所述估算方法的精确度。优选地,所述估算公式为:
SOH=a0+a1*VT+a2*VT^2+a3*VT^3+a4*VT^4+a5*VT^5,
其中VT为标准动力电池充电时的温度变化速率,a0、a1、a2、a3、a4、a5为运用最小二乘法将VT及对应的SOH进行拟合得到的常数。
一般来说,该多项式函数中最高阶的次数越高,其准确度越好。在本发明中通过确定所述多项式函数为五次函数,能在保证所得估算公式的准确度的同时,减少计算量提高工作效率。
具体的,在上述步骤中即可获取多组动力电池的温度变化速率VT1、VT2、VT3……VTn,以及动力电池SOH1、SOH2、SOH3……SOHn。设多项式为
f(VT)=a0+a1*VT+a2*VT^2+a3*VT^3+a4*VT^4+a5*VT^5
则多项式的偏差平方和为
j=0,1,2,3,4,5
j=0,1,2,3,4,5
既有
联立aj(j=0,1,2,3,4,5)的线方程组即能得到aj(j=0,1,2,3,4,5)的值,带入原多项式中即成功拟合出动力电池SOH拟合输出多项式函数f(VT)=SOH。
在另一些优选的实施例中,所述估算模型包括数据库,所述数据库包括若干组动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率一一对应的数据。通过建立数据库,可以直接根据测得的所述温度变化速率查询其所对应的动力电池SOH。这种方式相较于拟合估算公式的方式,由于其直接采用真实数据,准确度较高,然而为避免中间数据的缺失,需要测试更多的数据,所以一般来说需要取多个标准动力电池进行测试。
请结合图1和图3所示,替代实施例中,所述建立动力电池SOH的估算模型的步骤S1包括:
步骤S11:取标称电池容量为CN的标准动力电池进行测试,获取多组充电时标准动力电池的温度变化速率和当前该标准动力电池SOH;
步骤S12:利用步骤S11得到的多组温度变化速率和对应的标准动力电池SOH,建立所述数据库。
请一并参阅图4,优选地,所述步骤S11进一步包括:
步骤S111:对标准动力电池进行多次循环充放电,充电电流为正常工作电流。
为保证所测的动力电池处于正常工作状态,其中优选的是,所述步骤S111中循环充放电的次数为15-25次,最优的是,所述步骤S111中循环充放电的次数为20次。具体的,所述动力电池以0.5-1C的恒定电流进行充电,当动力电池电量充满后,以0.05-0.1C的恒定电流进行放电。
步骤S112:将完成循环充放电的标准动力电池取出,进行大电流充电和正常放电,得到当前的温度变化速率VT和标准动力电池SOH;所述大电流充电为以0.5-0.9倍额定电流进行充电;为进一步提高测试效率,其中优选的是,所述大电流充电为以0.8-0.9倍额定电流进行充电。
请一并参阅图5,优选地,所述步骤S112进一步包括:
步骤S1121:将完成循环充放电的标准动力电池取出进行大电流充电,记录标准动力电池充电前后的温度之间的差值ΔT和充电时间t1,并获得温度变化速率VT,待所述标准动力电池满充后静置使该标准动力电池回复到室温;
步骤S1122:对标准动力电池进行正常恒流放电,记录恒定放电电流I和放电时间t2,获得所述该标准动力电池的当前容量CM;所述标准动力电池的当前容量CM与标称电池的容量CN之比即为所需动力电池SO H。可以理解,该标准动力电池的当前容量CM=I*t2;所述VT=ΔT/t1,所述SOH=CM/CN。
具体的,所述大电流充电为对动力电池以1.5-3C的恒定电流进行充电。满充后大约放置10-20分钟即可回复到室温,然后以0.05-0.1C的恒定电流进行放电。满充后静置动力电池使其回复到室温后再进行放电,以确保测得准确的动力电池当前容量。即保证获得准确的动力电池SOH,进一步提高所拟合的估算公式的准确性。
步骤S113:判断步骤S112得到的当前动力电池SOH是否小于75%;若否,则重复步骤S111、步骤S112;若是,则停止测试。也就是说,若当前动力电池SOH≥75%,重复步骤S111、步骤S112;若当前动力电池SOH<75%,停止测试。一般来说,当动力电池SOH低于75%时,即不可使用。在本发明另一些实施例中,当然也可以在动力电池SOH低于80%或者85%时,停止测试。
首先对动力电池进行多次循环充放电,且充电电流为正常工作电流,保证动力电池处于正常工作状态。并且,在动力电池经过所述多次循环充放电后,再进行大电流充电和正常放电,在大电流充电状态下,所述动力电池充电速度快,温度变化较为明显,能测得更准确的数据,即能保证得到估算公式的准确度,减小误差,提高所述估算方法的精确度。
与现有技术相比,本发明所提供的一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其包括建立动力电池SOH的估算模型,所述估算模型包括所述动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率之间的唯一对应的关系;检测待测动力电池充电时的温度变化速率;基于所述估算模型,利用测得的所述温度变化速率得到动力电池SOH。通过建立动力电池SOH的估算模型,且所述估算模型包括所述动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率之间的唯一对应的关系。这样该估算方法仅需测量电池充电时温度变化速率,即可得到动力电池SOH,测量数据少,测量过程简单,并且该估算方法误差小且估算精度高。
进一步的是,所述估算模型包括动力电池SOH的估算公式SOH=f(VT),VT为动力电池充电时温度变化速率。通过建立估算公式,能利用所测的所述温度变化速率,通过计算得到所述动力电池SOH,方便快捷。
进一步的是,所述建立动力电池SOH的估算模型包括:步骤S11:取标称电池容量为CN的标准动力电池进行测试,获取多组充电时标准动力电池的温度变化速率和当前该标准动力电池SOH;步骤S12:利用步骤S11得到的多组温度变化速率和对应的标准动力电池SOH,运用最小二乘法拟合得到所述动力电池SOH的估算公式。利用最小二乘法进行拟合,更为简单方便且精确度高,能快速准确的建立多个动力电池的估算模型,有效提高该估算方法的实用性。
进一步的是,所述动力电池SOH的估算公式为:SOH=a0+a1*VT+a2*VT^2+a3*VT^3+a4*VT^4+a5*VT^5,其中VT为标准动力电池充电时的温度变化速率,a0、a1、a2、a3、a4、a5为运用最小二乘法将VT及对应的SOH进行拟合得到的常数。在本发明中通过确定所述多项式函数为五次函数,能在保证所得估算公式的准确度的同时,减少计算量提高工作效率。
进一步的是,所述估算模型包括数据库,所述数据库包括若干组动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率一一对应的数据。进一步的是,所述建立动力电池SOH的估算模型包括:步骤S11:取标称电池容量为CN的标准动力电池进行测试,获取多组充电时标准动力电池的温度变化速率和当前该标准动力电池SOH;步骤S12:利用步骤S11得到的多组温度变化速率和对应的标准动力电池SOH,建立所述数据库。通过建立数据库,可以直接根据测得的所述温度变化速率查询其所对应的动力电池SOH。这种方式相较于拟合估算公式的方式,由于其直接采用真实数据,准确度较高。
进一步的是,所述步骤S11进一步包括:步骤S111:对标准动力电池进行多次循环充放电,充电电流为正常工作电流;步骤S112:将完成循环充放电的标准动力电池取出,进行大电流充电和正常放电,得到当前的温度变化速率VT和标准动力电池SOH;所述大电流充电为以0.5-0.9倍额定电流对所述标准动力电池进行充电;步骤S113:判断步骤S112得到的当前标准动力电池SOH是否小于75%;若否,则重复步骤S111、步骤S112;若是,则停止测试。首先对动力电池进行多次循环充放电,且充电电流为正常工作电流,保证动力电池处于正常工作状态。并且,在动力电池经过所述多次循环充放电后,再进行大电流充电和正常放电,在大电流充电状态下,所述动力电池充电速度快,温度变化较为明显,能测得更准确的数据,即能保证得到估算公式的准确度,减小误差,提高所述估算方法的精确度。
进一步的是,所述步骤S112进一步包括:步骤S1121:将完成循环充放电的标准动力电池取出进行大电流充电,记录标准动力电池充电前后的温度之间的差值ΔT和充电时间t1,并获得温度变化速率VT,待所述标准动力电池满充后静置使该标准动力电池回复到室温;步骤S1122:对标准动力电池进行正常恒流放电,记录恒定放电电流I和放电时间t2,获得所述该标准动力电池的当前容量CM;所述标准动力电池的当前容量CM与标称电池的容量CN之比即为所需动力电池SOH。满充后静置动力电池使其回复到室温再进行放电,以确保测得准确的动力电池当前容量。即保证获得准确的动力电池SOH,进一步提高所拟合的估算公式的准确性。
进一步的是,为保证所测的动力电池处于正常工作状态,所述步骤S111中循环充放电的次数为15-25次。最优的是,所述步骤S111中循环充放电的次数为20次。
进一步的是,所述步骤S112中所述大电流充电为以0.8-0.9倍额定电流进行充电,能进一步提高测试效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的原则之内所作的任何修改,等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其特征在于:其包括建立动力电池SOH的估算模型,所述估算模型包括所述动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率之间的唯一对应的关系;检测待测动力电池充电时的温度变化速率;基于所述估算模型,利用测得的所述温度变化速率得到动力电池SOH。
2.如权利要求1中所述基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其特征在于:所述估算模型包括动力电池SOH的估算公式SOH=f(VT),VT为动力电池充电时温度变化速率。
3.如权利要求2中所述基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其特征在于:所述建立动力电池SOH的估算模型包括:步骤S11:取标称电池容量为CN的标准动力电池进行测试,获取多组充电时标准动力电池的温度变化速率和当前该标准动力电池SOH;步骤S12:利用步骤S11得到的多组温度变化速率和对应的标准动力电池SOH,运用最小二乘法拟合得到所述动力电池SOH的估算公式。
4.如权利要求3中所述基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其特征在于:所述动力电池SOH的估算公式为:SOH=a0+a1*VT+a2*VT^2+a3*VT^3+a4*VT^4+a5*VT^5,其中VT为标准动力电池充电时的温度变化速率,a0、a1、a2、a3、a4、a5为运用最小二乘法将VT及对应的SOH进行拟合得到的常数。
5.如权利要求1中所述基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其特征在于:所述估算模型包括数据库,所述数据库包括若干组动力电池SOH与动力电池充电时温度变化速率一一对应的数据。
6.如权利要求5中所述基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其特征在于:所述建立动力电池SOH的估算模型包括:步骤S11:取标称电池容量为CN的标准动力电池进行测试,获取多组充电时标准动力电池的温度变化速率和当前该标准动力电池SOH;步骤S12:利用步骤S11得到的多组温度变化速率和对应的标准动力电池SOH,建立所述数据库。
7.如权利要求3或6中所述基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其特征在于:所述步骤S11进一步包括:
步骤S111:对标准动力电池进行多次循环充放电,充电电流为正常工作电流;
步骤S112:将完成循环充放电的标准动力电池取出,进行大电流充电和正常放电,得到当前的温度变化速率VT和标准动力电池SOH;所述大电流充电为以0.5-0.9倍额定电流对所述标准动力电池进行充电;
步骤S113:判断步骤S112得到的当前标准动力电池SOH是否小于75%;若否,则重复步骤S111、步骤S112;若是,则停止测试。
8.如权利要求7中所述基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其特征在于:所述步骤S112进一步包括:
步骤S1121:将完成循环充放电的标准动力电池取出进行大电流充电,记录标准动力电池充电前后的温度之间的差值ΔT和充电时间t1,并获得温度变化速率VT,待所述标准动力电池满充后静置使该标准动力电池回复到室温;
步骤S1122:对标准动力电池进行正常恒流放电,记录恒定放电电流I和放电时间t2,获得所述该标准动力电池的当前容量CM;所述标准动力电池的当前容量CM与标称电池的容量CN之比即为所需动力电池SOH。
9.如权利要求7中所述基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其特征在于:所述步骤S111中循环充放电的次数为15-25次。
10.如权利要求7中所述基于温度的动力电池SOH在线估算方法,其特征在于:所述步骤S112中所述大电流充电为以0.8-0.9倍额定电流进行充电。
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