一種儲能電池剩余容量檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池管理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電池的使用，電池的容量不斷降低。只有在這一容量衰減過程中，實(shí)時了解電 池容量的當(dāng)前狀態(tài)，并以此為依據(jù)對電池進(jìn)行合理的使用，才能保證電池及使用人員的安 全，并最大限度的發(fā)揮電池的自身能力。
[0003] 同時對電池容量進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測也是電池電量狀態(tài)（SOC)估計(jì)的基礎(chǔ)。目前，主 要的電池容量測試手段多為離線測試方法，這種測試方法需要對電池進(jìn)行滿沖滿放來獲得 電池容量，而且這種離線測試方法不適合于動態(tài)純能、電動汽車等在線的工作場合。因此， 開發(fā)一種適用于在線工作的儲能電池容量檢測方法具有十分重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的電池剩余容量的測量方法不適用于電池的在線測量的問 題，提出了 一種儲能電池剩余容量檢測方法。
[0005] -種儲能電池剩余容量檢測方法，該檢測方法包括下述步驟：
[0006] 步驟一、基于對儲能電池中的固體電解質(zhì)膜生成過程的分析，建立儲能電池中的 固體電解質(zhì)膜生成時所造成的儲能電池的容量損失量與儲能電池的內(nèi)阻增加量之間的對 應(yīng)關(guān)系：
[0007]
[0008] 式中，Δ Qlciss為儲能電池的容量損失量，ARsei為儲能電池的內(nèi)阻增加量，AR。為 儲能電池的歐姆內(nèi)阻的增加量，（^與α 2均為擬合系數(shù)；
[0009] 步驟二、采用離線測試方法獲得在不同老化階段的儲能電池的容量損失量與歐姆 內(nèi)阻增加量，并采用最小二乘法對擬合系數(shù)α 1與α 2進(jìn)行擬合，獲得擬合系數(shù)α 1與α 2的 值；
[0010] 步驟三、采用電池歐姆內(nèi)阻在線辨識方法，計(jì)算獲得在老化過程中儲能電池的歐 姆內(nèi)阻的增加量A R。；
[0011] 步驟四、將步驟二獲得的擬合系數(shù)α 1與α 2的值、步驟三中獲得的儲能電池的歐 姆內(nèi)阻的增加量A &代入步驟一中的公式中，則獲得儲能電池的容量損失量Λ Q lciss;
[0012] 步驟五、又根據(jù)關(guān)系式Q = Q。- Λ Qlciss獲得儲能電池的剩余容量Q ;其中，Q。為儲 能電池的額定容量。
[0013] 步驟三中采用電池歐姆內(nèi)阻在線辨識方法，計(jì)算獲得在老化過程中儲能電池的歐 姆內(nèi)阻的增加量AR。，其計(jì)算過程如下：
[0014] 步驟Α、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電池模型的電路結(jié)構(gòu)建立離散的電池狀態(tài)空間模型；其中，隊(duì)和 分別表示電池的外部端電壓與流經(jīng)電池的總電流，且W和實(shí)時測量的已知量；￥。。用 來表示該電池模型內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電壓源，同時串聯(lián)在回路中還有電池的歐姆內(nèi)阻R〇、以及由 極化內(nèi)阻Rp與極化電容C P并聯(lián)組成的極化電路網(wǎng)絡(luò)，IP為流經(jīng)R P的極化電流；
[0015] 步驟A( -）、根據(jù)等效電路模型，分別列出卡爾曼濾波器所需狀態(tài)方程與觀測方 程：
[0016] 狀態(tài)方程為：
[0017]
[0018] 其中：
[0019] Xk= [VQC,k Rak RP,k IP,J τ為狀態(tài)向量;Wk i為過程激勵噪聲；
[0020] τ = RpCp為極化環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，Δ t為兩次采樣的時間間隔，k = 0, 1，2,…，n， 表不在第k個米樣點(diǎn)；
[0021] 觀測方程為：
[0022] Zk= Uuk= h(x k, uk)+Vk= V OC, k+R〇, kl·, k+Rp, kip, k+Vk
[0023] 其中：zk= U uk為觀測變量；v k為觀測噪聲；
[0024] 步驟A(二）、根據(jù)上述狀態(tài)方程與觀測方程，分別計(jì)算、列寫各方程所需空間矩 陣；
[0025] 狀態(tài)方程增益矩陣Ak:
[0033] 觀測噪聲增益矩陣Vk:
[0034]
[0035] 步驟B、利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器估算狀態(tài)向量：
[0036] 首先，根據(jù)電池類型設(shè)定所要估計(jì)的狀態(tài)向量的初始值X。以及時間常數(shù)τ，令估 計(jì)誤差協(xié)方差的初始值Pc= 1，并根據(jù)傳感器精度選取過程激勵噪聲協(xié)方差矩陣Q和觀測 噪聲協(xié)方差矩陣R ;
[0037] 然后，依次循環(huán)計(jì)算時間更新方程組與觀測更新方程組：
[0038] 時間更新方程組的計(jì)算公式為：
[0039] (1)向前推算狀態(tài)變量：
[0040] 二 A^U+bL
[0041] (2)向前推算誤差協(xié)方差：
[0042] Pk{k_l^.Ak^4 + Q-
[0043] 觀測更新方程組的計(jì)算公式為：
[0044] (1)計(jì)算擴(kuò)展卡爾曼增益：
[0045] Kk=Pklk A1(HkPkIkIHk^R) 1
[0046] (2)由觀測變量更新估計(jì)：
[0047]
[0048] 最后，更新誤差協(xié)方差：
[0049] Pk= (I4-KkHk)Pklkl
[0050] 式中，鳥:_1表不對X的先驗(yàn)估計(jì)，毛.表不對X的后驗(yàn)估計(jì)；
[0051 ] 步驟C、每次迭代后輸出狀態(tài)向量中的Rl3i k、RPi k作為當(dāng)前狀態(tài)下的歐姆內(nèi)阻與極化 內(nèi)阻的估計(jì)結(jié)果；
[0052] 步驟D、利用公式AR。= Rciq-Ri3,k獲得儲能電池的歐姆內(nèi)阻的增加量AR。，其中， Rcs c為儲能電池的額定歐姆內(nèi)阻。
[0053] 有益效果：本方法首先根據(jù)儲能電池中的固定電解質(zhì)膜生成過程的分析，建立儲 能電池中的固體電解質(zhì)膜生成時所造成的儲能電池的容量損失量與儲能電池的內(nèi)阻增加 量之間的對應(yīng)關(guān)系式，然后采用離線測試方法獲得在不同老化階段的儲能電池的容量損失 量與歐姆內(nèi)阻增加量，并采用最小二乘法對關(guān)系式中的未知參數(shù)即擬合系數(shù)^與α 2進(jìn)行 擬合，獲得擬合系數(shù)α 1與α 2的值；再采用電池歐姆內(nèi)阻在線辨識方法，計(jì)算獲得在老化過 程中儲能電池的歐姆內(nèi)阻的增加量；此時，將前述獲得的已知量均代入關(guān)系式中，根據(jù)關(guān)系 式Q = Q。- Λ Qlciss獲得儲能電池的剩余容量Q。
[0054] 本方法具有使用方便且不增加系統(tǒng)體積與成本的顯著優(yōu)點(diǎn)。本方法利用了離線測 量方法和在線估計(jì)方法，解決了現(xiàn)有的電池剩余容量的測量方法不適用于電池的在線測量 的問題。本發(fā)明可應(yīng)用在可再生能源、大規(guī)模儲能以及電動汽車等以儲能電池作為儲能裝 置的系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0055] 圖1為一種儲能電池剩余容量檢測方法的流程圖；
[0056] 圖2為采用最小二乘法對系數(shù)α 1與α 2進(jìn)行擬合獲得的曲線；
[0057] 圖3為實(shí)施方式二中所使用的儲能電池等效電路模型。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0058] 一、參照圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種儲能電 池剩余容量檢測方法，該檢測方法包括下述步驟：
[0059] 步驟一、基于對儲能電池中的固體電解質(zhì)膜生成過程的分析，建立儲能電池中的 固體電解質(zhì)膜生成時所造成的儲能電池的容量損失量與儲能電池的內(nèi)阻增加量之間的對 應(yīng)關(guān)系，
[0060]
[0061] 式中，Δ Qlciss為儲能電池的容量損失量，ARsei為儲能電池的內(nèi)阻增加量，AR。為 儲能電池的歐姆內(nèi)阻的增加量，（^與α 2均為擬合系數(shù)；
[0062] 步驟二、采用離線測試方法獲得在不同老化階段的儲能電池的容量損失量與歐姆 內(nèi)阻增加量，并采用最小二乘法對擬合系數(shù)α 1與α 2進(jìn)行擬合，獲得擬合系數(shù)α 1與α 2的 值；
[0063] 步驟三、采用電池歐姆內(nèi)阻在線辨識方法，計(jì)算獲得在老化過程中儲能電池的歐 姆內(nèi)阻的增加量A R。；
[0064] 步驟四、將步驟二獲得的擬合系數(shù)α 1與α 2的值、步驟三中獲得的儲能電池的歐 姆內(nèi)阻的增加量A &代入步驟一中的公式中，則獲得儲能電池的容量損失量Λ Q lciss;
[0065] 步驟五、又根據(jù)關(guān)系式Q = Q。- Λ Qlciss獲得儲能電池的剩余容量Q ;其中，Q。為儲 能電池的額定容量。
[0066] 本實(shí)施方式中，對于儲能電池（目前多數(shù)為鋰離子電池），在其車載（例如安裝在 電動汽車上）使用階段（容量不小于新電池總?cè)萘康?0% )，儲能電池容量的損失主要由 電池中的固體電解質(zhì)膜（SEI)生長所造成的活性鋰損失所導(dǎo)致的。隨著SEI的生長，其所 對應(yīng)的SEI電阻（R sei)也會隨之增加。
[0067] 由于電池歐姆內(nèi)阻（R。）主要由電池的體電阻、SEI電阻與電荷轉(zhuǎn)移電阻三部分構(gòu) 成，而在這一階段，電池的體電阻與電荷轉(zhuǎn)移電阻幾乎不會變化，所以認(rèn)為在這一老化過程 中，R。的增加量就等于電池 SEI電阻的增加量。
[0068] 本發(fā)明所述的檢測方法，通過建立電池容量損失量與電池內(nèi)阻增大量之間的對應(yīng) 關(guān)系，結(jié)合相應(yīng)的電池歐姆內(nèi)阻測試方法，完成對電池容量損失量的檢測。
[0069] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了儲能電池容量的在線測量，而且本方法的計(jì)算量 小，適合于在線使用，解決了