[发明专利]车用动力电池性能状态的评定方法

摘要

本发明涉及电池技术领域，特别是车用动力电池性能状态的评定方法。本发明通过对车用动力电池（包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池和超级电池等）进行二阶等效电路建模，将电池性能状态（荷电状态SOC和健康状态SOH）转化为等效电路模型参数。利用Origin软件中二阶指数衰减拟合方法处理车用动力电池脉冲充放电实验结果，从而得到动力电池中的等效电阻和等效电容参数。建立动力电池模型参数与电池性能状态的数据库，作为实车运行过程中评定电池性能状态的依据，有利于优化电源管理，及早发现问题，避免事故的发生。

主权项

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，Rb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；Ub表示电池的端电压；Ib表示脉冲电流，前面的“‑”号表示充电；UAB为脉冲电流Ib=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Ub得到：U0=Ub(t)t→∞                       （1－1）当充电电流Ib变为零的瞬间，电池的端电压Ub会迅速下降一部分UAB；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Rb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UAB和充电电流Ib计算出模型参数Rb：Rb=UB/Ib                            （1－2）两个R－C模块的响应过程满足如下公式： U b ( t ) = U 0 - R 1 · I b · e - t / τ 1 - R 2 · I b · e - t / τ 2 , t > t 0 - - - ( 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(‑Ib)；从而R1=｜A1/Ib｜          （1－6）A2＝R2(‑Ib)；从而R2=｜A2/Ib｜         （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：Rb'、R1'、C1'、R2'、C2'，其中，Rb'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；Ub表示电池的端电压；Ib表示脉冲放电电流；UAB为脉冲电流Ib=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Ub得到：U0＝Ub(t)t→∞                        （1－10）当放电电流Ib变为零的瞬间，电池的端电压Ub会迅速上升一部分UAB；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Rb'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UAB和放电电流Ib计算出模型参数Rb'：Rb'＝UAB/Ib                           （1－11）两个R－C模块的响应过程满足如下公式： U b ( t ) = U 0 + R 1 ′ · I b · e - t / τ 1 + R 2 ′ · I b · e - t / τ 2 , t > t 0 - - - ( 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'Ib；从而R1'=｜A1/Ib｜                   （1－15）A2=R2'Ib；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Rb或Rb'的相对误差超过20%时，认为电池健康状态不佳。