一种HEV车SOH估算方法

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，具体涉及一种HEV车SOH估算方法。

背景技术

HEV(HybridElectricVehicle，混合动力汽车)同时采用燃油发动机和电动机作为混合动力装置，由于具有油耗低、污染小、动力强、无里程焦虑等优点，HEV在汽车领域飞速发展。HEV主要采用锂电池作为动力电池，而锂电池随着使用年限的延长，电池寿命会逐渐衰减，准确估计HEV车的SOH(StateofHealth，电池健康状态)成为研究者普遍关注的问题。SOH通过电池当前条件下满充电容量与出厂时额定容量之比计算，一般将电池容量衰减到出厂容量的70％或内阻增长到出厂内阻的150％作为电池寿命极限。SOH估计准确性直接关系到HEV车的使用年限，同时影响驾驶者的使用体验。

工程中常见的HEV车SOH估算方法主要有OCV(OpenCircuit Voltage，开路电压)校准法、经验公式拟合法等。OCV校准法是通过选取OCV两端陡峭区间由OCV反查SOC(StateofCharge，电池荷电状态)，通过安时积分变化量与SOC变化量来计算SOH；OCV校准法简易快捷，但是较为依赖OCV-SOC曲线的准确性，同时受实际静置次数及静置时间制约，SOH估计准确性有限。经验公式拟合法是依托电芯寿命测试数据，采用经验公式建立容量衰减量与搁置时间、循环次数等因素之间的关系，进而估算SOH；经验公式拟合法对SOH估计的准确性主要依赖于经验公式的选取，导致SOH估计存在一定局限性，容易出现SOH估计不准问题。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种HEV车SOH估算方法，该方法基于电芯老化实验和循环测试数据，提出开环计算和闭环修正相结合的SOH估算方法，解决了HEV车SOH估计不准问题。

一种HEV车SOH估算方法，具体包括以下步骤：

S1.对电芯开展老化实验，得到不同SOH状态的老化电芯，在不同SOH、SOC和温度T下开展放电HPPC测试，根据脉冲初始时刻电压与电流变化量的比值计算放电DCR值，进而得到放电DCR-SOH-SOC-T表；

S2.根据HEV车发动机启动时产生的放电电流脉冲去计算内阻DCR，结合发动机启动时的温度T、SOC，插值反查步骤S1获取的放电DCR-SOH-SOC-T表，得到SOH实时计算值SOH

S3.在不同温度T下开展电芯充放电循环测试，获取温度、循环次数与容量保持率的Qrate-T-cycle表，根据安时积分累加量Ah_Counting和电池当前状态的满充电容量Qcur确定循环次数cycle，根据当前温度T和循环次数cycle插值查Qrate-T-cycle表，得到SOH开环计算值SOH

S4.根据步骤S2获取的SOH实时计算值SOH

进一步地，所述步骤S1中放电DCR-SOH-SOC-T表获取的具体步骤包括：

S11、将充满电的新鲜电芯(SOH＝100％)搁置在65℃的温箱中加速老化，每间隔一个月进行一次容量标定，检查其容量变化量，进而计算SOH值；

S12、当步骤S1电芯老化后SOH为100％、90％、80％、70％时，分别开展放电HPPC测试，根据放电初始时刻电压变化量与电流变化量的比值，分别获取该电芯在不同SOC和不同温度T下的放电DCR值；

S13、根据步骤S12在不同SOH、SOC、温度T得到的放电DCR值，汇总得到放电DCR-SOH-SOC-T表。

进一步地，所述步骤S12中SOC取值范围为0％～100％，间隔为5％；温度T取值范围为-20℃～55℃，间隔为5℃。

进一步地，所述步骤S2中确定SOH实时计算值SOH

S21、通过HEV车发动机启动时产生的放电电流脉冲去计算内阻DCR，DCR计算见公式(1)：

其中，dI为开始启动放电到电流稳定的变化量，dV为与dI同一段时间内的电压变化量；

S22、步骤S21每次DCR计算需要在相同的时间范围内，一般计算0.5s放电脉冲时间内产生的内阻DCR；

S23、将HEV车发动机启动时的温度T、SOC以及步骤S21计算的内阻DCR代入步骤S1获取的放电DCR-SOH-SOC-T表，采用插值法反查得到该HEV车此时的SOH，作为SOH实时计算值SOH

进一步地，所述步骤S3中确定SOH开环计算值SOH

S31、在不同温度T下开展电芯充放电循环测试，每间隔100个循环次数cycle进行一次容量标定，将当前满充电容量与出厂额定容量的比值作为容量保持率Qrate，进而获取温度、循环次数与容量保持率的Qrate-T-cycle表；

S32、HEV车实际使用时，记录安时积分累加量Ah_Counting，同时将电池出厂额定容量Q0与当前SOH的乘积Q0*SOH作为电池当前状态的满充电容量Qcur，根据Ah_Counting和Qcur的大小关系确定循环次数cycle；

S33、根据当前温度T和步骤S32计算的循环次数cycle，插值查步骤S31获取的温度、循环次数与容量保持率的Qrate-T-cycle表，得到对应的容量保持率Qrate，即SOH开环计算值SOH

进一步地，所述步骤S32中确定循环次数cycle的具体步骤包括：

Q1、HEV车出厂时确定其Ah_Counting初始值为0，车子使用后对电流进行时间积分，不断记录安时积分累加量Ah_Counting，其中充电电流为正，放电电流为负；

Q2、将步骤Q1的充电过程安时积分累加量Ah_Counting记为Ah_Chg，放电过程安时积分累加量Ah_Counting记为Ah_Dis，计算充电和放电安时积分累加量Ah_Counting的绝对值之和Ah_Sum＝|Ah_Chg|+|Ah_Dis|＝Ah_Chg-Ah_Dis；

Q3、将电池出厂额定容量Q0与当前SOH相乘，得到电池当前状态的满充电容量Qcur，即Qcur＝Q0*SOH；

Q4、将步骤Q2的充放电Ah_Counting的绝对值之和Ah_Sum与步骤Q3的电池当前状态的满充电容量Qcur求商，得到HEV车电池实际使用的循环次数cycle，即cycle＝Ah_Sum/(2*Qcur)＝(Ah_Chg-Ah_Dis)/(2*Q0*SOH)。

进一步地，所述步骤S4中输出SOH估算值SOH

S41、SOH闭环修正值SOH

S42、将SOH闭环修正值SOH

SOH

S43、初始t＝0时刻的SOH闭环修正值SOH

S44、根据步骤2确定的SOH实时计算值SOH

SOH

其中，SOH

S45、根据公式(3)，因为初始t＝0时刻的SOH闭环修正值SOH

S46、将步骤S45的SOH

S47、针对公式(3)，限制SOH闭环修正值SOH

S48、HEV车SOH不向上修正，且最终输出的SOH估算值SOH

与现有技术相比，本发明有以下优点：基于电芯老化实验和循环测试数据，提出开环计算和闭环修正相结合的SOH估算方法，解决了HEV车SOH估计不准问题，提高了SOH估计的准确性；在每次发动机启动时均可以进行SOH估算，不受静置次数和时间制约，克服了OCV校准法对OCV-SOC曲线的依赖；基于电芯老化实验、放电HPPC测试和发动机启动时的内阻DCR查表获取SOH实时计算值，基于循环测试数据和实际循环次数查表获取SOH开环计算值，结合SOH闭环修正值，实现了对SOH的完整开闭环修正；无需根据公式拟合电芯寿命测试数据，克服了经验公式拟合法选取经验公式带来的局限性。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种HEV车SOH估算方法作进一步说明。

如图1所示，HEV车SOH估算方法主要包括放电DCR-SOH-SOC-T表获取、SOH实时计算值确定、SOH开环计算值确定、SOH估算共四个模块，通过电芯老化实验及放电HPPC(HybridPulsePower Characteristic，混合功率脉冲特性)测试获取放电DCR-SOH-SOC-T表；根据发动机启动时产生的放电电流脉冲去计算内阻DCR，利用DCR、SOC、温度T插值反查放电DCR-SOH-SOC-T表确定SOH实时计算值；根据温度T、循环次数cycle与容量保持率Qrate的Qrate-T-cycle表确定SOH开环计算值；根据SOH开环计算值和SOH闭环修正值确定SOH估算值。该方法具体步骤包括：

步骤1：对电芯开展老化实验，得到不同SOH状态的老化电芯，在不同SOH、SOC和温度T下开展放电HPPC测试，根据脉冲初始时刻电压与电流变化量的比值计算放电DCR值，进而得到放电DCR-SOH-SOC-T表。放电DCR-SOH-SOC-T表获取的具体步骤包括：

S11、将充满电的新鲜电芯(SOH＝100％)搁置在65℃的温箱中加速老化，每间隔一个月进行一次容量标定，检查其容量变化量，进而计算SOH值；

S12、当步骤S1电芯老化后SOH为100％、90％、80％、70％时，分别开展放电HPPC测试，根据放电初始时刻电压变化量与电流变化量的比值，分别获取该电芯在不同SOC和不同温度T下的放电DCR值；其中，SOC取值范围为0％～100％，间隔为5％；温度T取值范围为-20℃～55℃，间隔为5℃；

S13、根据步骤S12在不同SOH、SOC、温度T得到的放电DCR值，汇总得到放电DCR-SOH-SOC-T表。

步骤2：根据HEV车发动机启动时产生的放电电流脉冲去计算内阻DCR，结合发动机启动时的温度T、SOC，插值反查步骤S1获取的放电DCR-SOH-SOC-T表，得到SOH实时计算值SOH

S21、通过HEV车发动机启动时产生的放电电流脉冲去计算内阻DCR，DCR计算见公式(1)：

其中，dI为开始启动放电到电流稳定的变化量，dV为与dI同一段时间内的电压变化量；

S22、步骤S21每次DCR计算需要在相同的时间范围内，一般计算0.5s放电脉冲时间内产生的内阻DCR；

S23、将HEV车发动机启动时的温度T、SOC以及步骤S21计算的内阻DCR代入步骤S1获取的放电DCR-SOH-SOC-T表，采用插值法反查得到该HEV车此时的SOH，作为SOH实时计算值SOH

步骤3：在不同温度T下开展电芯充放电循环测试，获取温度、循环次数与容量保持率的Qrate-T-cycle表，根据安时积分累加量Ah_Counting和电池当前状态的满充电容量Qcur确定循环次数cycle，根据当前温度T和循环次数cycle插值查Qrate-T-cycle表，得到SOH开环计算值SOH

S31、在不同温度T下开展电芯充放电循环测试，每间隔100个循环次数(cycle)进行一次容量标定，将当前满充电容量与出厂额定容量的比值作为容量保持率Qrate，进而获取温度、循环次数与容量保持率的Qrate-T-cycle表；

S32、HEV车实际使用时，记录安时积分累加量Ah_Counting，同时将电池出厂额定容量Q0与当前SOH的乘积Q0*SOH作为电池当前状态的满充电容量Qcur，根据Ah_Counting和Qcur的大小关系确定循环次数cycle；

针对步骤S32，进一步补充如下：

Q1、HEV车出厂时确定其Ah_Counting初始值为0，车子使用后对电流进行时间积分，不断记录安时积分累加量Ah_Counting，其中充电电流为正，放电电流为负；

Q2、将步骤Q1的充电过程安时积分累加量Ah_Counting记为Ah_Chg，放电过程安时积分累加量Ah_Counting记为Ah_Dis，计算充电和放电安时积分累加量Ah_Counting的绝对值之和Ah_Sum＝|Ah_Chg|+|Ah_Dis|＝Ah_Chg-Ah_Dis；

Q3、将电池出厂额定容量Q0与当前SOH相乘，得到电池当前状态的满充电容量Qcur，即Qcur＝Q0*SOH；

Q4、将步骤Q2的充放电Ah_Counting的绝对值之和Ah_Sum与步骤Q3的电池当前状态的满充电容量Qcur求商，得到HEV车电池实际使用的循环次数cycle，即cycle＝Ah_Sum/(2*Qcur)＝(Ah_Chg-Ah_Dis)/(2*Q0*SOH)；

S33、根据当前温度T和步骤S32计算的循环次数cycle，插值查步骤S31获取的温度、循环次数与容量保持率的Qrate-T-cycle表，得到对应的容量保持率Qrate，即SOH开环计算值SOH

步骤4：根据步骤2获取的SOH实时计算值SOH

S41、SOH闭环修正值SOH

S42、将SOH闭环修正值SOH

SOH

S43、初始t＝0时刻的SOH闭环修正值SOH

S44、根据步骤2确定的SOH实时计算值SOH

SOH

其中，SOH

S45、根据公式(3)，因为初始t＝0时刻的SOH闭环修正值SOH

S46、将步骤S45的SOH

S47、针对公式(3)，限制SOH闭环修正值SOH

S48、HEV车SOH不向上修正，且最终输出的SOH估算值SOH

针对步骤4的SOH估算值SOH

例如，假设SOH开环计算值SOH

根据步骤S43，t＝0时刻SOH闭环修正值SOH

重复步骤S42～S45，继续计算SOH

SOH

SOH

一时刻SOH闭环修正值SOH

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。