[发明专利]车用动力电池性能状态的评定方法

权利要求书

1.车用动力电池性能状态的评定方法，其特征在于：该方法将动力电池用等效电路模型代替，该模型由一个电阻和两个R-C模块组成，其中，R_b为电池的欧姆电阻，表示电池内部电解液的电阻；两个R-C模块，表示电池的极化反应，R₁和R₂表示电池的极化电阻，C₁和C₂表示电池的极化电容；然后利用脉冲充放电实验，确定模型中的各参数的大小；

1）、脉冲充电过程中模型参数的确定

动力电池对恒流脉冲充电过程中一个循环的响应过程中U₀表示电池的开路电压；U_b表示电池的端电压；I_b表示脉冲电流，前面的“-”号表示充电；U_AB为脉冲电流I_b=0时电池端电压的电压降；

动力电池等效电路模型中的开路电压U₀通过测量暂态效应完全消失后电池的端电压U_b得到：

U₀=U_b(t)t→∞                       （1－1）

当充电电流I_b变为零的瞬间，电池的端电压U_b会迅速下降一部分U_AB；这是由于充电电流迅速降为零后，模型中两个R－C模块中的电容C₁和C₂继续向电阻R₁和R₂供电，而原来欧姆电阻R_b上的外加电压却随着充电的截止立即消失，从而使电池的测量端电压下降；由这部分下降的电压值U_AB和充电电流I_b计算出模型参数R_b：

R_b=U_B/I_b                            （1－2）

两个R－C模块的响应过程满足如下公式：

Ub(t)=U0-R1·Ib·e-t/τ1-R2·Ib·e-t/τ2,t>t0---(1-3)]]>

式中，τ₁、τ₂为极化时间常数，数值上，τ₁=R₁·C₁、τ₂=R₂·C₂；

利用Origin软件对动力电池脉冲充电实验数据进行二阶指数衰减拟合，选取拟合公式为：

y=A₁·exp(-x/t₁)+A₂·exp(-x/t₂)+y₀  （1－4）

式中，A₁、A₂为拟合系数，t₁、t₂为时间常数；

得到拟合结果，拟合参数列表中的参数与公式（1—3）中参数的对应关系如下：

y₀＝U₀                                （1－5）

A₁=R₁(-I_b)；从而R₁=｜A₁/I_b｜          （1－6）

A₂＝R₂(-I_b)；从而R₂=｜A₂/I_b｜         （1－7）

t₁＝τ₁；又因τ₁＝R₁·C₁，所以C=τ₁/R₁（1－8）

t₂=τ₂；又因τ₂=R₂·C₂，所以C₂＝τ₂/R₂（1－9）

自此，动力电池脉冲充电过程中，等效电路模型中的参数全部计算完成；

2）、脉冲放电过程中模型参数的确定

脉冲放电过程中模型参数的确定方法与脉冲充电过程类似；在此为了区分充电与放电过程中的模型参数值，特设定放电状态下，模型参数值分别为：R_b'、R₁'、C₁'、R₂'、C₂'，其中，R_b'为电池的欧姆电阻，表示电池内部电解液的电阻；两个R-C模块，表示电池的极化反应，R₁'和R₂'表示电池的极化电阻，C₁'和C₂'表示电池的极化电容；U₀表示电池的开路电压；U_b表示电池的端电压；I_b表示脉冲放电电流；U_AB为脉冲电流I_b=0时电池端电压的电压差值；

动力电池等效电路模型中的开路电压U₀通过测量暂态效应完全消失后电池的端电压U_b得到：

U₀＝U_b(t)t→∞                        （1－10）

当放电电流I_b变为零的瞬间，电池的端电压U_b会迅速上升一部分U_AB；这是由于放电电流迅速降为零后，模型中两个R－C模块中的电容C₁'和C₂'继续向电阻R₁'和R₂'供电，而原来欧姆电阻R_b'上的外加电压却随着放电的截止立即消失，从而使电池的测量端电压上升；由这部分上升的电压值U_AB和放电电流I_b计算出模型参数R_b'：

R_b'＝U_AB/I_b                           （1－11）

两个R－C模块的响应过程满足如下公式：

Ub(t)=U0+R1′·Ib·e-t/τ1+R2′·Ib·e-t/τ2,t>t0---(1-12)]]>

式中，τ₁、τ₂为极化时间常数，数值上，τ₁＝R₁'·C₁'、τ₂=R₂'·C₂'；利用Origin软件对动力电池脉冲放电实验数据进行二阶指数衰减拟合，选取拟合公式为：

y=A₁·exp(-x/t₁)+A₂·exp(-x/t₂)+y₀             （1－13）

式中，A₁、A₂为拟合系数，t₁、t₂为时间常数；

利用Origin软件对动力电池脉冲放电实验数据进行二阶指数衰减拟合，得到拟合结果，拟合参数列表中的参数与公式（1－12）中参数的对应关系如下：

y₀＝U₀                                        （1－14）

A₁=R₁'I_b；从而R₁'=｜A₁/I_b｜                   （1－15）

A₂=R₂'I_b；从而R₂'=｜A₂/Ib｜                   （1－16）

t₁=τ₁；又因τ₁＝R₁'C₁'，所以C₁'=τ₁/R₁'      （1－17）

t₂=τ₂；又因τ₂=R₂'C₂'，所以C₂'＝τ₂/R₂'      （1－18）

自此，动力电池脉冲放电过程中，等效电路模型中的参数全部计算完成；当欧姆电阻R_b或R_b'的相对误差超过20%时，认为电池健康状态不佳。