(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108549032 A(43)申请公布日 2018.09.18
(21)申请号 201810344676.0(22)申请日 2018.04.17
(71)申请人 北京智行鸿远汽车有限公司
地址 102200 北京市昌平区南口镇南七路
二号(72)发明人 王静亮 张君鸿 陈浩
(74)专利代理机构 北京同辉知识产权代理事务
所(普通合伙) 11357
代理人 刘洪勋(51)Int.Cl.
G01R 31/36(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
一种电池健康状态SOH的估算方法(57)摘要
本发明公开一种电池健康状态SOH的估算方法，包括以下步骤：通过温度和充放电倍率得到当前环境下电芯的额定容量；计算当前电芯的SOC值；得到对应的剩余循环次数；获取电芯当前可用最大容量；获取电芯寿命终止时的电阻REOL和电芯出厂时的内阻值；根据二阶RC环模型计算电芯的真实内阻；计算当前时刻第i个电池单体健康状态；当前时刻第i个电池单体健康状态SOHi经过一个滚动平均值滤波器进行滤波计算；得到电池系统生命周期内的标称可用放电电量；计算电池系统健康状态SOH。本发明综合了电池单体和电池系统两个层面的参数进行电池健康状态的估算，并在估算电池健康状态时考虑温度、循环次数、内阻等影响因素，使估算结果更准确。
CN 108549032 ACN 108549032 A
权 利 要 求 书
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1.一种电池健康状态SOH的估算方法，其特征在于，具体包括步骤如下：1)通过温度和充放电倍率得到当前环境下电芯的额定容量C0；2)计算当前电芯的SOC值SOCEKF；
3)读取电池管理系统EEPROM中的SOC值SOCEEPROM，得到对应的剩余循环次数；4)获取当前电芯温度，通过结合当前温度和对应的剩余循环次数，获取电芯当前可用最大容量C；
5)根据当前电芯温度获取电芯寿命终止时的电阻REOL和电芯出厂时的内阻值RNEW；6)根据二阶RC环模型计算电芯的真实内阻R；7)计算当前时刻第i个电池单体健康状态SOHi；
8)当前时刻第i个电池单体健康状态SOHi经过一个滚动平均值滤波器进行滤波计算，得到当前时刻滤波之后的第i个电池单体健康状态SOHi_new_filter；
9)读取电池管理系统EEPROM中的当前总放电电量Q，并得到电池系统生命周期内的标称可用放电电量Q0；
10)计算电池系统健康状态SOH。
2.根据权利要求1所述的电池健康状态SOH的估算方法，其特征在于，所述步骤2)中通过扩展卡尔曼滤波算法EKF计算当前电芯的SOC值SOCEKF。
3.根据权利要求1所述的电池健康状态SOH的估算方法，其特征在于，所述步骤3)中读取电池管理系统EEPROM中的SOC值SOCEEPROM，得到对应的剩余循环次数的方法为，若│SOCEKF-SOCEEPROM│≥90％，则判断为一次深度放电，对应的剩余循环次数减少1，否则，对应的剩余循环次数减少k，k＝90％/│SOCEKF-SOCEEPROM│，k为判断系数。
4.根据权利要求1所述的电池健康状态SOH的估算方法，其特征在于，所述步骤6)中根据二阶RC环模型计算电芯的真实内阻R的计算方法为R＝Re+Rl+Rs，其中，Re是电池的欧姆内阻，通过扩展卡尔曼滤波算法EKF计算得出实时的值，Rl表示长效应极化内阻，Rs表示短效应极化内阻，Rl+Rs表示电池的极化内阻。
5.根据权利要求1所述的电池健康状态SOH的估算方法，其特征在于，所述步骤7)中计算当前时刻第i个电池单体健康状态的方法如下：
SOHi＝wC/C0+(1-W)(REOL-R)/(REOL-RNEW)其中，w为加权系数，REOL表示电芯寿命结束内阻，RNEW表示电芯出厂时的内阻。6.根据权利要求1所述的电池健康状态SOH的估算方法，其特征在于，所述步骤8)中得到当前时刻滤波之后的第i个电池单体健康状态SOHi_new_filter的方法如下：
SOHi_new_filter＝[tsample/(tsample+tc)]×(SOHi_new-SOHi_old_filter)+SOHi_old_filter其中，tsample为采样时间，tc为滚动滤波器的滤波时间常数。SOHi_old_filter为上一采样时刻滤波之后的第i个电池单体健康状态，SOHi_new为当前时刻没有经过滤波的第i个电池单体健康状态，SOHi_new_filter为当前经过滤波之后的第i个电池单体健康状态。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电池健康状态SOH的估算方法，其特征在于，所述步骤10)中计算电池系统健康状态SOH的方法如下：
SOH＝a×min[SOH1_new_filter，SOH2_new_filter，……，SOHn_new_filter]+(1-a)(Q0-Q)/Q0其中，a为加权系数，n为电芯数量，min[SOH1_new_filter，SOH2_new_filter，……，SOHn_new_filter]代表取所有单体中健康状态的最小值，SOH1_new_filter，SOH2_new_filter，……，
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权 利 要 求 书
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SOHn_new_filter表示第1，2，……，n个电池单体健康状态。
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说 明 书
一种电池健康状态SOH的估算方法
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技术领域
[0001]本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种电池健康状态SOH的估算方法。背景技术
[0002]纯电动汽车具有低污染和高性能的优点，使其成为了当代汽车发展的主要方向，所以对纯电动汽车关键技术进行开发和研究具有非常重要的意义。整车控制器、电机控制器、电池管理系统作为纯电动汽车电控系统的三大电，已成为电动汽车技术的一个重要研究内容。电池管理系统对电池系统实施充放电保护、工作状态检测和电池组均衡功能等，通过特定的算法实现软硬件保护和能量均衡。[0003]在电池管理系统众多的监控参数中，电池健康状态(SOH)是其中最为重要的参数之一。目前纯电动汽车动力电池健康状况的评估方法精度不高，考虑的因素单一，且缺乏实时性的问题。电动汽车动力系统的安全性和使用时间与电池SOH密切相关。按照IEEE标准1188-1996中的规定，当电池使用一段时间后，电池充满电时的容量低于电池额定容量的80％后，电池就应该被更换。老化电池的性能严重下降，且容易引发各种安全问题。如果能准确估算电池健康状态，及时提醒人们更换新电池，避免老化电池使用过程中发生不可预知的安全问题，同时还可以避免过早更换新电池造成的资源浪费。发明内容
[0004]本发明的目的是提供一种电池健康状态SOH的估算方法，以解决当前电池健康状态SOH估算方法精度低、考虑因素单一且不能满足实时性的问题。[0005]为了实现上述目的，本发明提供的一种电池健康状态SOH的估算方法，具体包括步骤如下：
[0006]1)通过温度和充放电倍率得到当前环境下电芯的额定容量C0；[0007]2)计算当前电芯的SOC值SOCEKF；
[0008]3)读取电池管理系统EEPROM中的SOC值SOCEEPROM，得到对应的剩余循环次数；[0009]4)获取当前电芯温度，通过结合当前温度和对应的剩余循环次数，获取电芯当前可用最大容量C；
[0010]5)根据当前电芯温度获取电芯寿命终止时的电阻REOL和电芯出厂时的内阻值RNEW；[0011]6)根据二阶RC环模型计算电芯的真实内阻R；[0012]7)计算当前时刻第i个电池单体健康状态SOHi；
[0013]8)当前时刻第i个电池单体健康状态SOHi经过一个滚动平均值滤波器进行滤波计算，防止电池单体健康状态SOHi值的突变，得到当前时刻滤波之后的第i个电池单体健康状态SOHi_new_filter；
[0014]9)读取电池管理系统EEPROM中的当前总放电电量Q，并得到电池系统生命周期内的标称可用放电电量Q0；
[0015]10)计算电池系统健康状态SOH。
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说 明 书
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所述步骤2)中通过扩展卡尔曼滤波算法EKF计算当前电芯的SOC值SOCEKF。
[0017]所述步骤3)中读取电池管理系统EEPROM中的SOC值SOCEEPROM，得到对应的剩余循环次数的方法为，若│SOCEKF-SOCEEPROM│≥90％，则判断为一次深度放电，对应的剩余循环次数减少1，否则，对应的剩余循环次数减少k，k＝90％/│SOCEKF-SOCEEPROM│，k为判断系数。
[0018]所述步骤6)中根据二阶RC环模型计算电芯的真实内阻R的计算方法为R＝Re+Rl+Rs，其中，Re是电池的欧姆内阻，通过扩展卡尔曼滤波算法EKF计算得出实时的值，Rl表示长效应极化内阻，Rs表示短效应极化内阻，Rl+Rs表示电池的极化内阻。
[0019]所述步骤7)中计算当前时刻第i个电池单体健康状态的方法如下：[0020]SOHi＝wC/C0+(1-W)(REOL-R)/(REOL-RNEW)[0021]其中，w为加权系数，REOL表示电芯寿命结束内阻，RNEW表示电芯出厂时的内阻。[0022]所述步骤8)中得到当前时刻滤波之后的第i个电池单体健康状态SOHi_new_filter的方法如下：
[0023]SOHi_new_filter＝[tsample/(tsample+tc)]×(SOHi_new-SOHi_old_filter)+SOHi_old_filter[0024]其中，tsample为采样时间，tc为滚动滤波器的滤波时间常数。SOHi_old_filter为上一采样时刻滤波之后的第i个电池单体健康状态，SOHi_new为当前时刻没有经过滤波的第i个电池单体健康状态，SOHi_new_filter为当前经过滤波之后的第i个电池单体健康状态。[0025]所述步骤10)中计算电池系统健康状态SOH的方法如下：[0026]SOH＝a×min[SOH1_new_filter，SOH2_new_filter，……，SOHn_new_filter]+(1-a)(Q0-Q)/Q0[0027]其中，a为加权系数，n为电芯数量，min[SOH1_new_filter，SOH2_new_filter，……，SOHn_new_filter]代表取所有单体中健康状态的最小值，SOH1_new_filter，SOH2_new_filter，……，SOHn_new_filter表示第1，2，……，n个电池单体健康状态。[0028]本发明提供的，具有如下有益效果。
[0029]1.本发明综合了电池单体和电池系统两个层面的参数进行电池健康状态的估算。[0030]2.本发明在估算电池健康状态时考虑了温度、循环次数、内阻、容量、充放电倍率、充放电深度等影响因素，使估算时考虑的因素更为全面，估算的结果更为准确。[0031]3本发明引入了电池单体在不同环境下的生命周期数据。附图说明
[0032]图1为本发明提供的电池健康状态SOH的估算方法的流程示意图。
具体实施方式
[0033]本发明提供一种电池健康状态SOH的估算方法，考虑影响电池寿命的诸多因素，比如：温度、内阻、容量、充放电倍率、充放电深度等，引入电芯在整个生命周期内的寿命数据和内阻数据，同时结合内阻折算法和容量定义法的优点，以及EKF扩展卡尔曼滤波计算SOC和欧姆内阻的实时性特点，并且通过在电芯层面和系统层面进行双重评估，实现对电池SOH高精度、实时性的评估。
[0034]本发明提供一种电池健康状态SOH的估算方法，如图1所示，具体包括步骤如下：[0035]1)通过PACK内传感器获取电芯的温度值T和电流参数I，将电芯的温度值T作为输入温度；将电芯的当前电流参数I转换为对应的充放电倍率。通过温度和充放电倍率查表
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说 明 书
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(该表为不同温度、充放电倍率下的额定容量表，其已知，一般由电芯厂家提供)得到当前环境下电芯的额定容量C0。
[0036]2)通过扩展卡尔曼滤波算法EKF计算“当前电芯的SOC值”：SOCEKF。[0037]3)读取电池管理系统“EEPROM中的SOC值”：SOCEEPROM，若│SOCEKF-SOCEEPROM│≥90％，则判断为一次深度放电，对应的剩余循环次数减少1，否则，对应的剩余循环次数减少k(k＜1)，k＝90％/│SOCEKF-SOCEEPROM│，k为判断系数。[0038]4)获取当前电芯温度，通过结合当前温度和对应的剩余循环次数，查表获取电芯当前可用最大容量C。
[0039]5)根据当前电芯温度，查表(该表为不同温度下的电芯寿命终止时内阻表，其已知，一般由电芯厂家提供)获取电芯寿命终止时的电阻REOL和电芯出厂时的内阻值RNEW。[0040]6)根据二阶RC环模型，计算电芯的真实内阻R：[0041]R＝Re+Rl+Rs[0042]其中，Re是电池的欧姆内阻，可通过扩展卡尔曼滤波算法EKF计算得出实时的值。Rl与Rs的和为电池的极化内阻，通过参数辨识求出Rl+Rs的值。Rl表示长效应极化内阻(二阶RC模型参数)；Rs表示短效应极化内阻(二阶RC模型参数)。
[0043]7)根据以下公式计算当前时刻第i个电池单体健康状态SOHi：[0044]SOHi＝wC/C0+(1-W)(REOL-R)/(REOL-RNEW)[0045]其中，REOL表示电芯寿命结束内阻，RNEW表示电芯出厂时的内阻，w为加权系数，该加权系数可通过试验取得，或由电芯厂家提供，其为“容量方法SOH”和“内阻方法SOH”计算结果的占比，初期可以取值为0.5。
[0046]8)当前时刻第i个电池单体健康状态SOHi经过一个滚动平均值滤波器进行滤波计算，防止电池单体健康状态SOHi值的突变，得到当前时刻滤波之后的第i个电池单体健康状态SOHi_new_filter:
[0047]SOHi_new_filter＝[tsample/(tsample+tc)]×(SOHi_new-SOHi_old_filter)+SOHi_old_filter[0048]上式中，tsample为采样时间，tc为滚动滤波器的滤波时间常数。SOHi_old_filter为上一采样时刻滤波之后的第i个电池单体健康状态(电压值)，SOHi_new为当前时刻没有经过滤波的第i个电池单体健康状态(电压值)，SOHi_new_filter为当前经过滤波之后的第i个电池单体健康状态(电压值)。
[0049]9)读取电池管理系统EEPROM中的当前总放电电量Q，并得到电池系统生命周期内的标称可用放电电量Q0(已知，一般由电芯厂家提供)。[0050]10)电池系统健康状态SOH按下式计算，其中n为电芯数量：[0051]SOH＝a×min[SOH1_new_filter，SOH2_new_filter，……，SOHn_new_filter]+(1-a)(Q0-Q)/Q0上式中，a为加权系数,可由试验获取，其为“单体SOH”和“根据PACK放电容量计算所得SOH”计算结果占比，初期可以取值为0.5。[0052]min[SOH1_new_filter，SOH2_new_filter，……，SOHn_new_filter]代表取所有单体中健康状态的最小值。
[0053]SOH1_new_filter，SOH2_new_filter，……，SOHn_new_filter表示第1，2，……，n个电池单体健康状态。
[0054]本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于
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帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
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说 明 书 附 图
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图1
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