[发明专利]一种电动汽车动力电池组健康状态在线确定方法和系统

说明书

本发明提供的电动汽车动力电池组健康状态在线确定方法和系统，通过采用动力电池组健康状态在线估计模型，根据应用数据就可以确定得到所述电动汽车动力电池的容量增量曲线的第二峰值，然后根据第二峰值就可以精确得到电动汽车动力电池组的健康状态。并且，本发明所提供的电动汽车动力电池组健康状态在线确定方法和系统，仅需要根据所获取的应用数据就可以得到电动汽车动力电池组健康状态，这就能够简化电动汽车动力电池组健康状态确定过程，解决现有技术中电动汽车动力电池组健康状态确定方法应用困难的问题。

技术领域

本发明涉及动力电池管理技术领域，特别是涉及一种电动汽车动力电池组健康状态在线确定方法和系统。

背景技术

电动汽车的推广应用已被认为是减少人类对化石燃料的依赖以及温室气体排放的可行途径。锂离子电池由于其在能量密度、循环寿命等方面的优势，在电动汽车中被广泛用作能量存储设备。然而，锂离子电池由于存在不断出现的副反应而不可避免地会在其使用期间出现性能下降，也称为老化现象。一般而言，动力电池内阻增加100％或容量衰减20％会被视为达到其使用寿命终止 (End OfLife，EOL)，不再适合汽车应用。此外，容量的精确计量对于电池组的SOC估计和故障诊断以及电动汽车的剩余行驶里程预测也至关重要。然而，由于测试条件和设备限制，电池健康状态(State OfHealth，SOH)在车辆行驶过程中难以测量。因此，作为电池管理系统(BMS)的核心任务之一，准确的SOH估算是提高电池系统的效率，安全性和耐用性的保证。

现有锂离子电池健康状态的定义主要有容量定义法和内阻定义法，其计算公式如式(1)和式(2)所示。

式中，C₀为初始标称容量，C_i为第i次充电容量。

式中：R_new为电池出厂时的欧姆内阻，R_EOL为电池寿命结束(EoL)时的欧姆内阻，R_i为第i次测得的电池欧姆内阻。

利用容量法对电动汽车动力电池组进行SOH评估时，需要在恒定的温度条件下，采用恒流恒压(其中恒流段一般选择1/3C电流倍率)的方式将动力电池组充至满电状态，静置1小时，然后采用恒流(一般为1C)方式将电池放电至截止电压，并循环以上步骤至少3次，用其稳定后的放电容量平均值作为当前状态的最大可用容量值，进而计算SOH。这种方式不仅耗时长，而且深度的放电对电池也具有一定程度的损害。

利用内阻表征电池组SOH的方法在实际的测试过程中，需要用到脉冲法和电化学阻抗谱法，一方面，实际应用中电池包整体内阻随老化变化幅度较小，不适合用来进行健康状态评估，另一方面，测量内阻需要特定的实验设备，难以实现在线估计。

针对以上问题，现有文献中已经提出了许多用于电池SOH估计的方法，这些方法可以粗略地分为三类，即基于物理的方法，基于经验的方法和数据驱动的方法。基于物理的方法使用偏微分方程(PDE)来描述与电池老化密切相关的电池动力学，从而实现SOH估算。这种方法能够实现较高的估计精度，但需要精确测量大量电化学参数，这些参数无法准确获取；此外，模型涉及复杂的偏微分计算，运算量极大，难以应用于车载BMS中。基于经验的方法采用等效电路模型来描述电池动力学，并设计状态观测器来估计模型参数。然而，使用的经验电池模型在模型拟合不同的工作条件下使用时，缺乏物理意义，并且模型精度有限，因此显著降低了SOH估算精度。近年来，数据驱动的方法例如高斯过程回归和支持向量机，受到了越来越多的关注，因为它们不需要了解电池运行过程中电化学反应的详细过程。在这些方法中，需要大量测试数据来训练电池SOH模型，可以直接描述SOH及其影响因素之间的非线性关系。