一种磷酸铁锂电池的健康状态估算方法

本发明涉及动力电池检测的，尤其涉及一种磷酸铁锂电池的健康状态估算方法。

背景技术：

1、锂电池因其高能量密度、长循环寿命和环境友好等优点，广泛应用于电子设备、电动汽车和储能系统等多个领域，随着锂电池在各个应用场景中的普及。锂电池的健康状态(state of health,soh)是指锂电池在当前使用条件下，相对于其全新状态下的性能保持能力或剩余寿命的一种度量。它反映了电池在长期使用过程中，受各种因素影响下(如温度、充放电循环、充放电速率、放电深度等)的老化程度和剩余性能。锂电池的使用过程中对其健康状态的准确评估极为重要，一般采用的是通过比较当前电池容量与额定容量的比值来计算它的健康状态，因此是电池容量的快速估算极为重要。

2、锂电池的容量是指在一定条件下，电池能够存储和释放的最大电量，它直接影响到设备的续航时间和性能。现有技术中，ic(incremental capacity)曲线法可以揭示电池内部反应的细节，然而纯粹采用ic曲线的峰值估算的情况下一般只能采用第二和第三峰进行估算，但是第三峰对应的soc(state of charge)值低于20％，甚至15％，在实际充放点的场景中电动车的soc常常大于30％，因此数据的完整性经常受到影响，这个方案的实用性受到影响，进而导致容量估算的准确性下降。此外，soc-v(voltage)曲线法常用的特征点只有1个(前拐点)，可用于电池soc的估计和修正等，但是对于健康状态的估计，只使用单个点的误差比较大，且电池老化过程中，由于模型参数可能发生漂移，使得估算误差进一步增大。这些问题在实际应用中对电池容量估算的精度和可靠性产生了不利影响。

技术实现思路

1、本发明提供了一种磷酸铁锂电池的健康状态估算方法，结合了ic曲线法和soc-v曲线法的优势，通过对两种方法进行优化和融合，有效提升了电池容量和健康状态估算的速度和精度。

2、本发明可通过以下技术方案实现：

3、一种磷酸铁锂电池的健康状态估算方法，包括以下步骤：

4、步骤一、基于电池厂商提供的充放电数据，利用数据拟合获得基准soc-v曲线以及基准ic曲线；

5、步骤二、计算基准soc-v曲线中曲率最大值对应的soc值，对应的点记为前拐点，其位于80％soc-100％soc区间内，同时计算基准ic曲线的第二峰值对应的soc值，对应的点记为第二峰值点，并计算两个soc值对应的差值，记作δsoc*；

6、步骤三、根据电池当前的充放电数据，计算出对应的前拐点和第二峰值点，以及前拐点和第二峰值点对应的容量差值，记作qt，进而计算电池当前容量c′＝qt/δsoc*；

7、步骤四、利用如下公式，计算电池的当前健康状态soh；

8、

9、其中，c额表示电池的额定容量。

10、进一步，依据基准soc-v曲线，将基准ic曲线的横坐标即电压值替换为对应的soc值，然后依据基准ic曲线的第二峰值点，找到对应的soc值。

11、进一步，根据电池厂商提供的充放电数据，利用数据拟合获得不同电流、不同温度下对应的基准soc-v曲线，分别计算这些基准soc-v曲线中曲率最大值对应的前拐点，制作不同电流、不同温度下的前拐点对应电压值的查询表，

12、在所述步骤三中，根据电池当前的充放电数据以及对应的工况，从查询表找出对应的电压值，记为v拐，利用数据拟合获得ic曲线，查找所述ic曲线的第二峰值点对应的电压值，记为vic，根据电池管理系统，查找电池的当前电压达到电压v拐和电压vic时对应的时间点，分别记为t拐和tic，利用如下公式，采用安时积分法计算电量差值qt；

13、

14、或者根据电池管理系统，查找电池的当前电压达到电压v拐和电压vic时对应的电量值，分别记为q拐和qic，利用如下公式，采用直接电量法计算电量差值qt；

15、qt＝|q拐-qic|。

16、进一步，当采集到的电池当前的充放电数据是连续的且包括前拐点和第二峰值点对应的数据时，采用安时积分法或者直接电量法计算电量差值qt；

17、当采集到的电池当前的充放电数据是不连续的且包括前拐点或第二峰值点对应的数据时，采用直接电量法计算电量差值qt。

18、进一步，利用步骤一至三计算电池包中各个电芯对应的电量差值qt，再计算各个电芯的当前单体电池容量c′，取当前单体电池容量最小值用于整个电池包的当前健康状态soh的计算，具体计算公式如下

19、

20、进一步，所述步骤计算前拐点对应的soc值时，先计算soc-v曲线上各个点对应的曲率，拟合得到曲率变化曲线即曲率和电压之间的关系式，然后依据soc-v曲线将曲率变化曲线的横坐标即电压值对应更换为soc值，求得此时曲率最大值，并找到对应的soc值，所述soc值在sovc-v曲线上对应的点即为前拐点。

21、本发明有益的技术效果在于：

22、1、结合了ic曲线法的高精度和soc-v曲线法的快速响应的优势，充分利用了关键特征点的提取和精简的差值计算模型，对于正常工作情况下的估算可以做到准确且快速。此方法在实时估算时所需计算量小，流程简单，准确率高，最大误差小于2.5％。

23、2、采用本发明的方法估计磷酸铁锂电池的容量和soh时，只需在电池正常工作情况下即可完成，不需要另外的充放电测试。

24、3、本发明的估算方法对于电池的充放电数据段选取要求低，只需要选取包含soc-v曲线前拐点和ic曲线第二峰值点的数据段即可快速推算出当前电池容量，一般为40％soc-100％soc之间，因此对充电起始soc要求低，不需要在40％以下，可以很好的运用于家用汽车平常的充电区间，也可以用于储能电站的电池管理系统。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂电池的健康状态估算方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的健康状态估算方法，其特征在于：依据基准soc-v曲线，将基准ic曲线的横坐标即电压值替换为对应的soc值，然后依据基准ic曲线的第二峰值点，找到对应的soc值。

3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂电池的健康状态估算方法，其特征在于：根据电池厂商提供的充放电数据，利用数据拟合获得不同电流、不同温度下对应的基准soc-v曲线，分别计算这些基准soc-v曲线中曲率最大值对应的前拐点，制作不同电流、不同温度下的前拐点对应电压值的查询表，

4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂电池的健康状态估算方法，其特征在于：当采集到的电池当前的充放电数据是连续的且包括前拐点和第二峰值点对应的数据时，采用安时积分法或者直接电量法计算电量差值qt；

5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的健康状态估算方法，其特征在于：利用步骤一至三计算电池包中各个电芯对应的电量差值qt，再计算各个电芯的当前单体电池容量c′，取当前单体电池容量最小值用于整个电池包的当前健康状态soh的计算，具体计算公式如下

6.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池的健康状态估算方法，其特征在于：所述步骤计算前拐点对应的soc值时，先计算soc-v曲线上各个点对应的曲率，拟合得到曲率变化曲线即曲率和电压之间的关系式，然后依据soc-v曲线将曲率变化曲线的横坐标即电压值对应更换为soc值，求得此时曲率最大值，并找到对应的soc值，所述soc值在sovc-v曲线上对应的点即为前拐点。

技术总结本发明公开了一种磷酸铁锂电池的健康状态估算方法，包括基于电池厂商提供的充放电数据，利用数据拟合获得基准SOC‑V曲线以及基准IC曲线；计算基准SOC‑V曲线中曲率最大值对应的SOC值，对应的点记为前拐点，其位于80％SOC‑100％SOC区间内，同时计算基准IC曲线的第二峰值对应的SOC值，对应的点记为第二峰值点，并计算两个SOC值对应的差值，记作ΔSOC*；根据电池当前的充放电数据，计算出对应的前拐点和第二峰值点，以及前拐点和第二峰值点对应的容量差值，记作Q<subgt;t</subgt;，进而计算电池当前容量C′＝Q<subgt;t</subgt;/ΔSOC*；计算电池的当前健康状态其中，C<subgt;额</subgt;表示电池的额定容量。技术研发人员：黄碧雄,宣言,刘新田,戴震阳受保护的技术使用者：上海工程技术大学技术研发日：技术公布日：2024/11/21