一種鋰離子電池的多狀態解耦估計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電動汽車電池管理領域，尤其是涉及一種鋰離子電池的多狀態解耦估 計方法。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池的狀態估計具有學術研究價值和實際應用價值。目前電池狀態的估計 測量方法主要分為基于模型的估計方法和基于傳感器的測量方法。其中基于模型的參數估 計方法有卡爾曼算法、最小二乘方法等，一般與基于傳感器的測量方法共同使用以提高狀 態估計的精度。
[0003] 交流阻抗在研究鋰離子電池內部機理方面是很有效的工具，在電池狀態估計上也 可發揮重要的作用。鋰離子電池內部的溫度與交流阻抗角有對應的關系，荷電狀態、壽命狀 態與低頻下的阻抗模有對應關系。但是電池的內部溫度、荷電狀態、壽命狀態之間是相互耦 合的，欲估計其中一個狀態需獲得另外一個待估計的狀態，因此采用某種方法去除狀態之 間的相互影響可以實現多狀態的依次估計。本發明便提供了這種方法。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種便于解耦、多狀 態估計、計算復雜度低的鋰離子電池的多狀態解耦估計方法。
[0005] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0006] -種鋰離子電池的多狀態解耦估計方法，包括以下步驟：
[0007] 1)根據溫度-阻抗譜實驗和壽命-阻抗譜實驗，選定鋰離子電池內部溫度估計的 頻率匕和對應的阻抗角以及壽命估計的頻率f2和對應的阻抗模；
[0008] 2)根據阻抗角估計鋰離子電池的內部溫度；
[0009] 3)根據內部溫度和鋰離子電池的開路電壓進行荷電狀態的估計；
[0010] 4)根據阻抗模、內部溫度和荷電狀態估計鋰離子電池的電池壽命。
[0011] 所述的步驟2)具體包括以下步驟：
[0012] 21)獲取在選定的鋰離子電池內部溫度估計的頻率下的內部溫度-阻抗角關系 圖；
[0013] 22)通過內部溫度-阻抗角關系圖擬合得到內部溫度-阻抗角關系式為：
[0014]
[0015] 其中，％為頻率處的電池阻抗角，T為電池內部溫度；
[0016] 23)根據阻抗角的大小通過插值法獲取內部溫度。
[0017] 所述的步驟3)具體包括以下步驟：
[0018] 31)獲取在同一內部溫度下的荷電狀態-開路電壓關系圖；
[0019] 32)通過荷電狀態-開路電壓關系圖擬合得到荷電狀態-開路電壓關系式為：
[0020] SOC=g(OCVt)
[0021] 其中，OCVt為同一溫度T下的電池開路電壓，SOC為電池荷電狀態；
[0022] 33)根據開路電壓的大小通過插值法獲取荷電狀態。
[0023] 所述的步驟4)具體包括以下步驟：
[0024] 41)獲取在同一溫度、同一荷電狀態下的壽命狀態-阻抗模關系圖，并擬合得到壽 命狀態-阻抗模關系式為：
[0025] SOH = h (I Z I f2_ T_ soc)
[0026] 其中，IZ |f2,TS(]C為頻率f2處同一溫度、同一荷電狀態下的電池阻抗模，SOH為電 池的壽命狀態，并以以剩余容量作為表征量；
[0027] 42)根據阻抗模大小通過插值法得到鋰離子電池的電池壽命。
[0028] 與現有技術相比，本發明具有以下優點：
[0029] 1、便于解耦：將鋰離子電池的內部溫度、荷電狀態、壽命狀態按特定順序依次進行 估計以去除不同狀態之間的耦合關系。
[0030] 2、多狀態估計：本發明在一套方法中完成多個狀態的估計，包括內部溫度、荷電狀 態和壽命狀態。
[0031] 3、計算復雜度低：使用內部溫度-阻抗角關系圖、荷電狀態-開路電壓關系圖和壽 命狀態_阻抗模關系圖通過擬合獲得關系式，并通過插值計算進行狀態估計使得計算復雜 度降低。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發明的狀態估計方法流程圖；
[0033] 圖2為本發明的狀態估計實施例示意圖；
[0034] 圖3為實施例中電池79. 4Hz阻抗角隨內部溫度的變化關系圖；
[0035] 圖4為實施例中某一溫度電池IOHz阻抗模隨電池壽命狀態的變化關系圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0037] 實施例：
[0038] 如圖1所示，圖為實施例中本發明狀態估計方法流程圖。
[0039] 如圖2所示，對于一款SAh的方形磷酸鐵鋰電池，根據不同溫度-阻抗譜實驗、不 同壽命-阻抗譜實驗得知電池內部溫度與79. 4Hz下的阻抗角具有明顯的對應關系如圖3 所示，即A= 79. 4Hz;電池壽命狀態與IOHz下的阻抗模具有明顯的對應關系，如圖4所示， 即f2= 10Hz。同時，79. 4Hz下的阻抗角隨著電池內部溫度的變化關系受電池壽命變化影 響不明顯，IOHz下的阻抗模與電池壽命的變化關系受電池內部溫度變化影響亦不明顯。因 此，通過這兩個特定頻率下的阻抗能夠將內部溫度和壽命狀態時間的關系解耦以方便接下 來的電池狀態的估計。
[0040] 為了進行電池的估計，通過電池測試得到三張關系圖，即內部溫度-79. 4Hz阻抗 角圖、荷電狀態-開路電壓-內部溫度圖和壽命狀態-荷電狀態-內部溫度-IOHz阻抗模 圖，擬合得到電池內部溫度、荷電狀態、壽命狀態之間的關系式，即
[0041 ]
[0042] SOC=g(OCVt) (2)
[0043] SOH = h(I Z I f2_T_soc) (3)
[0044] 其中，T為電池內部溫度，SOC為電池荷電狀態，SOH為電池的壽命狀態，％為頻 率匕處的電池阻抗角，OCVt為同一溫度T下的電池開路電壓，IZIf2,T S(K為頻率f2處同一 溫度、同一荷電狀態下的電池阻抗模。
[0045] 其中荷電狀態_開路電壓-內部溫度圖中并沒有涉及電池的阻抗，是通過開路電 壓和內部溫度進行荷電狀態的估計的。
[0046] 在進行電池多狀態估計時，按照下列步驟進行。
[0047] 第一步，先通過預實驗進行特定頻率的確定，即實施例提及的79. 4Hz和IOHz;
[0048] 第二步，進行電池多張關系圖的獲取，也即上文提及的內部溫度-79. 4Hz阻抗角 圖、荷電狀態-開路電壓-內部溫度圖和壽命狀態-荷電狀態-內部溫度-IOHz阻抗模圖；
[0049] 第三步，測量79. 4Hz下的電池交流阻抗角，通過式（1)插值得到電池的內部溫 度；
[0050] 第四步，得到內部溫度后，通過式（2)插值得到電池當前荷電狀態；
[0051] 第五步，得到內部溫度和荷電狀態后，通過式（3)插值得到電池當前的壽命狀態。
【主權項】
1. 一種鋰離子電池的多狀態解耦估計方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 根據溫度-阻抗譜實驗和壽命-阻抗譜實驗，選定鋰離子電池內部溫度估計的頻率 匕和對應的阻抗角以及壽命估計的頻率f2和對應的阻抗模； 2) 根據阻抗角估計鋰離子電池的內部溫度； 3) 根據內部溫度和鋰離子電池的開路電壓進行荷電狀態的估計； 4) 根據阻抗模、內部溫度和荷電狀態估計鋰離子電池的電池壽命。2. 根據權利要求1所述的一種鋰離子電池的多狀態解耦估計方法，其特征在于，所述 的步驟2)具體包括以下步驟： 21) 獲取在選定的鋰離子電池內部溫度估計的頻率下的內部溫度-阻抗角關系圖； 22) 通過內部溫度-阻抗角關系圖擬合得到內部溫度-阻抗角關系式為：其中，吟1為頻率A處的電池阻抗角，T為電池內部溫度； 23) 根據阻抗角的大小通過插值法獲取內部溫度。3. 根據權利要求1所述的一種鋰離子電池的多狀態解耦估計方法，其特征在于，所述 的步驟3)具體包括以下步驟： 31) 獲取在同一內部溫度下的荷電狀態-開路電壓關系圖； 32) 通過荷電狀態-開路電壓關系圖擬合得到荷電狀態-開路電壓關系式為： SOC=g(OCVt) 其中，OCVt為同一溫度T下的電池開路電壓，SOC為電池荷電狀態； 33) 根據開路電壓的大小通過插值法獲取荷電狀態。4. 根據權利要求1所述的一種鋰離子電池的多狀態解耦估計方法，其特征在于，所述 的步驟4)具體包括以下步驟： 41) 獲取在同一溫度、同一荷電狀態下的壽命狀態-阻抗模關系圖，并擬合得到壽命狀 態-阻抗模關系式為：其中，為頻率f2處同一溫度、同一荷電狀態下的電池阻抗模，SOH為電池的壽 命狀態，并以以剩余容量作為表征量； 42) 根據阻抗模大小通過插值法得到鋰離子電池的電池壽命。
【專利摘要】本發明涉及一種鋰離子電池的多狀態解耦估計方法，包括以下步驟：1)根據溫度-阻抗譜實驗和壽命-阻抗譜實驗，選定鋰離子電池內部溫度估計的頻率f1和對應的阻抗角以及壽命估計的頻率f2和對應的阻抗模；2)根據阻抗角估計鋰離子電池的內部溫度；3)根據內部溫度和鋰離子電池的開路電壓進行荷電狀態的估計；4)根據阻抗模、內部溫度和荷電狀態估計鋰離子電池的電池壽命。與現有技術相比，本發明具有便于解耦、多狀態估計、計算復雜度低等優點。
【IPC分類】G01R31/26
【公開號】CN105223487
【申請號】CN201510612440
【發明人】魏學哲, 王學遠, 蔣晶, 戴海峰
【申請人】同濟大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月23日