[发明专利]基于恒流充放电电压曲线的电池组开路电压及健康状态求解方法

说明书

本发明公开了基于恒流充放电电压曲线的电池组开路电压及健康状态求解方法，包括恒流充放电下开路电压曲线特征分析、基于曲线变换的电池开路电压求解、基于OCV‑SOC曲线变换的电池组SOH估算三个阶段；开路电压曲线特征分析阶段，通过0.3C倍率进行电池恒流充放电测试，并利用插值法求取中间值以获得OCV‑SOC曲线。与利用静置法提取的曲线对比得出0.3C提取的曲线末端存在上升趋势并更准确地显示出电池的特征；在电池开路电压求解阶段，不同循环次数下OCV‑SOC通过横向拉伸k倍后几乎重合，通过该唯一性曲线获取电池开路电压；在电池组SOH估算阶段，单体电池SOH为拉伸系数k，多个单体电池串联的电池组SOH＝Q_pack/Q_initial。本发明能快速实现OCV‑SOC曲线更新，且直接利用OCV‑SOC曲线变换求解电池组SOH。

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及电动汽车动力电池组开路电压及健康状态求解方法。

背景技术

精确估算电池组健康状态(State of Health,SOH)为电池寿命估算和安全性评估提供参考依据，有利于电池管理系统整体性能提升，保障电动汽车的续航里程。动力电池组SOH与电池循环次数、车辆运行工况及电池制造工艺息息相关，其老化机理复杂，SOH在线估算较为困难。

目前多通过电池内阻增加或容量降低幅度来衡量电池健康状态，比较典型的算法是双时间尺度扩展卡尔曼滤波算法，这种算法的估算精度受制于电池模型及开路电压(Open circuit voltage,OCV)与荷电状态(State of Charge,SOC)间关系的精度。电池开路电压获取常采用静置法，即设置混合动力脉冲特性试验(Hybrid Pulse PowerCharacteristic,HPPC)去获得OCV-SOC曲线，通过停止充放电让电池得到充足静置，消除极化电压后达到稳定的电压即可认为是开路电压，实际应用中无法满足试验条件。此外，应用中一般使用初始标定的OCV-SOC关系曲线为参考标准，未能随电池寿命进行曲线更新，因此一定程度上会影响估算效果。

针对磷酸铁锂电池，OCV-SOC关系曲线的中间区域存在电压平台，因此对其开路电压获取方法提出要求更高，研究者提出利用脉冲或低电流下静置法获取高精度的OCV-SOC关系曲线，但如何快速获取OCV-SOC关系曲线，进而将其应用到电池组SOH在线估算中仍有待深入研究。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了基于恒流充放电电压曲线的电池组开路电压及健康状态求解方法，包括如下：

S1、恒流充放电下开路电压曲线特征分析；

S2、基于曲线变换的电池开路电压求解；

S3、基于OCV-SOC曲线变换的电池组SOH估算。

进一步，上述S1中恒流充放电下开路电压曲线特征分析阶段，通过0.3C(充放电电流/电池容量)倍率进行电池恒流充放电测试，然后利用插值法求取中间值以获得0.3C下OCV-SOC曲线。为了对比，同样利用静置法提取了OCV-SOC曲线。从图1中能够明显看出，在SOC为10％和80％左右两种方法提取的效果稍有偏差但总体趋势基本相同。其次，SOC在90％以上时，恒流充放电法相对于静置法提取的曲线存在电压明显上升的趋势。静置法中当大电流通过时会产生较大的极化电压，使电池直接到达充电截止电压停止充电，导致在充电末期电池电压远低于充电截止电压。恒流充放电法采用0.3C小电流时，电流较小不会因为极化电压的缘故导致端电压迅速达到截止电压，所以低电流法提取出的曲线末端存在上升趋势并更准确地显示出电池的OCV-SOC关系特征。