[发明专利]一种基于内嵌光纤传感器的锂离子电池荷电状态估计方法

说明书

本发明公开了一种基于内嵌光纤传感器的锂离子电池荷电状态估计方法，包括以下步骤：S1.在锂离子电池内部石墨负极表面贴附带有FBG传感器系统的光纤；S2.在实验室条件下对S1中的FBG传感器系统进行标定；S3.拟合标定用电极应变和SOC间的函数关系，得到SOC‑电极应变函数；计算SOC‑电极应变函数的一阶导数并依此划分SOC‑电极应变的敏感/非敏感区；S4.在真实工况下，计算实际电极应变；S5.在真实工况下，测量锂离子电池电流，实时估计SOC。本发明通过将FBG传感器系统嵌入锂离子电池采集内部电极应变数据，实现基于锂离子电池内部状态信息的SOC估计，将SOC‑电极应变函数关系和安时积分算法融合，从而保证算法的准确性，具有电池管理系统应用价值。

技术领域

本发明涉及锂离子电池荷电状态估计，特别是涉及一种基于内嵌光纤传感器的锂离子电池荷电状态估计方法。

背景技术

锂离子电池SOC估计是电池管理系统（BMS）的核心功能之一，对于准确控制电池系统、提高能源利用效率、加快清洁能源应用具有关键作用。然而，锂离子电池可测参数有限且特性耦合，并且具有强时变、非线性等特征，对准确估计SOC形成严峻挑战。

目前的BMS通常监控端电压、电流和电池表面温度等参数来估计SOC。安时积分方法简单易行，但作为一种开环算法，估计误差受电流传感器误差影响不断累积。OCV可以通过让电池静置足够长的时间来估计SOC，但在实际应用中不能满足实时估计需求。基于模型的方法可以实现较高的估计精度，并且对噪声具有鲁棒性。但这些信号不能提供关于电池内部的物理和化学状态的直接信息。

综上所述，现阶段锂离子电池检测手段单一，SOC估计所依赖的可测量极为有限，亟需扩展检测维度，提出新的锂离子电池在线检测方法及与之相匹配的高精度、高鲁棒性SOC估计方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于内嵌FBG传感器的锂离子电池荷电状态估计方法，通过将FBG传感器系统嵌入锂离子电池内部电极并标定温度补偿因子，采集内部电极应变数据，实现基于锂离子电池内部状态信息的SOC估计，该方法将SOC-电极应变函数关系和安时积分算法融合，从而保证算法的准确性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于内嵌光纤传感器的锂离子电池荷电状态估计方法，包括以下步骤：

S1. 在锂离子电池内部石墨负极表面贴附带有FBG传感器系统的光纤，FBG传感器系统包括一个主FBG传感器和一个副FBG传感器；其中FBG传感器系统是指光纤布拉格光栅传感器系统；

S2. 在实验室条件下对S1中的FBG传感器系统进行标定：通过计算法确定温度补偿因子，依据温度补偿因子、主FBG传感器和副FBG传感器的波长偏移量，计算补偿温度效应后的标定用电极应变；

S3. 获取多组相互对应的标定用电极应变和SOC数据，拟合标定用电极应变和SOC间的函数关系，得到SOC-电极应变函数，其中SOC是指荷电状态；计算SOC-电极应变函数的一阶导数并依此划分SOC-电极应变的敏感/非敏感区；

S4. 在真实工况下，采集主FBG传感器和副FBG传感器的波长偏移量，结合S2中确定的温度补偿因子，计算实际电极应变；

S5. 在真实工况下，测量锂离子电池电流，在SOC-电极应变敏感区采用基于模型的闭环状态观测器实时估计SOC，在SOC-电极应变非敏感区采用安时积分法实时估计SOC。

本发明的有益效果是：能够将FBG传感器系统安全可靠地集成到锂离子电池内部电极，能够通过对FBG传感器系统的标定，实现电极应变的准确测量，能够将SOC-电极应变函数关系和安时积分算法融合，显著提高SOC估计精度。

附图说明

图1 一种锂离子电池状态估计方法示意图；