快充电池SOH测量方法及系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种快充电池SOH测量方法及一种快充电池SOH测量系统。

背景技术

由于动力电池具有电压较高、能量密度较大、循环性能好等优点，因此动力电池产业发展迅速，并且在电动汽车上得到广泛应用。为了保证动力电池能够高效安全的工作，需要一个有效的电池管理系统。其中关于动力电池SOH(Section Of Health，电池健康状态)研究是动力电池技术领域的重要课题，能正确预测电池的健康状态对动力电池的实际应用有非常大的帮助。

然而，动力电池的老化是一个非常复杂的化学过程，影响电池老化的因素非常多。现在针对动力电池SOH估算的方法最常用为：利用电压随电流变化和模型等估计电池寿命。但是，该方法存在估计鲁棒性差，精度差，计算复杂度高等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种快充电池SOH测量方法及系统，可有助于实时电池性能评估，为整车控制和电池回收提供保证。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种快充电池SOH测量方法，包括：在对基准电池注入脉冲的情况下，采集所述基准电池在不同测量点平均电流及温度下的直流阻抗,并根据所述直流阻抗构建新电池阻抗记录及当前寿命电池阻抗记录；在对目标电池注入脉冲的情况下，采集所述目标电池的脉冲前后参数信息；根据所述脉冲前后参数信息，计算所述目标电池的测量点平均电流及直流阻抗；根据所述目标电池的脉冲前后参数信息、测量点平均电流、直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，更新所述当前寿命电池阻抗记录；根据所述新电池阻抗记录及更新后的当前寿命电池阻抗记录，构建电池阻抗曲线与容量衰减和阻抗增长的映射函数；根据所述映射函数预测目标电池容量衰减及阻抗增长。

作为上述方案的改进，所述脉冲前后参数信息包括脉冲前电流、脉冲后电流、脉冲前电压、脉冲后电压、脉冲前电芯电量、脉冲后电芯电量、脉冲前温度及脉冲后温度。

作为上述方案的改进，所述根据脉冲前后参数信息，计算目标电池的测量点平均电流及直流阻抗的步骤包括：根据公式SOC＝(SOCb&SOCa)/2计算目标电池的测量点平均电流，其中，SOC为测量点平均电流，SOCb为脉冲前电芯电量，SOCa为脉冲后电芯电量；根据公式DCR＝(Vb-Va)/(Ib-Ia)计算目标电池的直流阻抗，其中，DCR为直流阻抗，Vb为脉冲前电压，Va为脉冲后电压，Ib为脉冲前电流，Ia为脉冲后电流。

作为上述方案的改进，所述根据目标电池的脉冲前后参数信息、测量点平均电流、直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，更新当前寿命电池阻抗记录的步骤包括：计算所述目标电池的直流阻抗可信度；计算所述目标电池的直流阻抗新鲜度；根据所述直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，提取符合预设规则的目标电池的直流阻抗；根据所述测量点平均电流、脉冲前温度及脉冲后温度将所述目标电池的直流阻抗更新至所述当前寿命电池阻抗记录中。

作为上述方案的改进，所述提取符合预设规则的目标电池的直流阻抗时，采用加权平均法或蒙特卡罗方法进行提取。

作为上述方案的改进，所述注入脉冲的方法包括：通过阶跃式的充电模式对电池进行充电，或者将电池电流短时间置零，或者引入外部脉冲。

作为上述方案的改进，采集所述基准电池的直流阻抗及所述目标电池的脉冲前后参数信息时，根据直流阻抗稳定性、电池状态稳定性或电压变化率进行取样采集。

相应地，本发明还提供了一种快充电池SOH测量系统，包括：记录构建模块，用于在对基准电池注入脉冲的情况下，采集所述基准电池在不同测量点平均电流及温度下的直流阻抗,并根据所述直流阻抗构建新电池阻抗记录及当前寿命电池阻抗记录；参数采集模块，用于在对目标电池注入脉冲的情况下，采集所述目标电池的脉冲前后参数信息；计算模块，用于根据所述脉冲前后参数信息，计算所述目标电池的测量点平均电流及直流阻抗，所述脉冲前后参数信息包括脉冲前电流、脉冲后电流、脉冲前电压、脉冲后电压、脉冲前电芯电量、脉冲后电芯电量、脉冲前温度及脉冲后温度；记录更新模块，用于根据所述目标电池的脉冲前后参数信息、测量点平均电流、直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，更新所述当前寿命电池阻抗记录；函数构建模块，用于根据所述新电池阻抗记录及更新后的当前寿命电池阻抗记录，构建电池阻抗曲线与容量衰减和阻抗增长的映射函数；预设模块，用于根据所述映射函数预测目标电池容量衰减及阻抗增长。

作为上述方案的改进，所述计算模块包括：平均电流计算单元，用于根据公式SOC＝(SOCb&SOCa)/2计算目标电池的测量点平均电流，其中，SOC为测量点平均电流，SOCb为脉冲前电芯电量，SOCa为脉冲后电芯电量；直流阻抗计算单元，用于根据公式DCR＝(Vb-Va)/(Ib-Ia)计算目标电池的直流阻抗，其中，DCR为直流阻抗，Vb为脉冲前电压，Va为脉冲后电压，Ib为脉冲前电流，Ia为脉冲后电流。

作为上述方案的改进，所述记录更新模块包括：可信度计算单元，用于计算所述目标电池的直流阻抗可信度；新鲜度计算单元，用于计算所述目标电池的直流阻抗新鲜度；直流阻抗提取单元，用于根据所述直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，提取符合预设规则的目标电池的直流阻抗；记录更新单元，用于根据所述测量点平均电流、脉冲前温度及脉冲后温度将所述目标电池的直流阻抗更新至所述当前寿命电池阻抗记录中。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明在前期测量时，不需要模型和估计算法，而是在对电池注入脉冲的情况下，直接测量电池容量衰减和阻抗增长，从而实现电池寿命直接测量，有助于实时电池性能评估，为整车控制和电池回收提高保证，可靠性强。

同时，本发明在后期处理时，充分考虑测量值的可信度和新鲜度，有效保证测量的准确性和鲁棒性。

附图说明

图1是本发明快充电池SOH测量方法的实施例流程图；

图2是本发明快充电池SOH测量系统的结构示意图；

图3是本发明快充电池SOH测量系统中计算模块的结构示意图；

图4是本发明快充电池SOH测量系统中记录更新模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参加图1，图1显示了本发明快充电池SOH测量方法的实施例流程图，其包括：

S101，在对基准电池注入脉冲的情况下，采集基准电池在不同测量点平均电流及温度下的直流阻抗,并根据直流阻抗构建新电池阻抗记录及当前寿命电池阻抗记录。

需要说明的是，本发明通过给电池注入特征脉冲激励，让电池端电压产生响应，然后通过得到的电流-电压关系数据曲线辨识出电池的直流阻抗。在测量过程中，可根据平均电流从0～100％每隔5％测试1个点，温度从-20℃～50℃每隔5℃测试一个温度。其中，新电池阻抗记录用于表征电池生命周期起始的阻抗状态，而后续使用过程中会不断更新当前寿命阻抗表；相应地，通过新电池阻抗记录及当前寿命电池阻抗记录即可拟合出阻抗增长系数，该阻抗增长系数可表征电池的阻抗寿命状态。

在实际应用中，可将新电池作为基准电池，并分别采集新电池在不同测量点平均电流及温度下的直流阻抗，并将新电池在不同测量点平均电流及温度下的直流阻抗存储至新电池阻抗记录；然后，当新电池的寿命不断降低时，分别采集不同寿命情况电池在不同测量点平均电流及温度下的直流阻抗，并将不同寿命情况电池在不同测量点平均电流及温度下的直流阻抗存储至当前寿命电池阻抗记录；此时，新电池阻抗记录及当前寿命电池阻抗记录可作为后续目标电池判断的基准记录。

注入脉冲的方法包括：通过阶跃式的充电模式对电池进行充电，或者将电池电流短时间置零，或者人为地引入外部脉冲，从而产生需要的高功率脉冲。

采集基准电池的直流阻抗时，可根据直流阻抗稳定性、电池状态稳定性或电压变化率进行取样采集，并根据电池的实际电芯特性优化。具体地，实车按照正常插枪进行快充时，可根据快充电流MAP选取合适的电流，例如，温度为25℃，测量点平均电流为30％，充电持续半小时后，该种工况即可作为优选工况进行直流阻抗测量。

S102，在对目标电池注入脉冲的情况下，采集目标电池的脉冲前后参数信息。

采集目标电池的脉冲前后参数信息时，根据直流阻抗稳定性、电池状态稳定性或电压变化率进行取样采集，并根据电池的实际电芯特性优化。例如，若电池的电芯恒流充电大于1％，则表示电池状态处于稳定。

具体地，脉冲前后参数信息包括脉冲前电流、脉冲后电流、脉冲前电压、脉冲后电压、脉冲前电芯电量、脉冲后电芯电量、脉冲前温度及脉冲后温度。

因此，根据步骤S101及S102可知，本发明从电池阻抗增长的维度来评估电池寿命，而电池阻抗增长是在快充产生大电流的条件下测量的，从而可实现电池寿命的直接测量。

S103，根据脉冲前后参数信息，计算目标电池的测量点平均电流及直流阻抗。

具体地，根据脉冲前后参数信息，计算目标电池的测量点平均电流及直流阻抗的步骤包括：

(1)根据公式SOC＝(SOCb&SOCa)/2计算目标电池的测量点平均电流。其中，SOC为测量点平均电流，SOCb为脉冲前电芯电量，SOCa为脉冲后电芯电量。

(2)根据公式DCR＝(Vb-Va)/(Ib-Ia)计算目标电池的直流阻抗。其中，DCR为直流阻抗，Vb为脉冲前电压，Va为脉冲后电压，Ib为脉冲前电流，Ia为脉冲后电流。

S104，根据目标电池的脉冲前后参数信息、测量点平均电流、直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，更新当前寿命电池阻抗记录。

需要说明的是，当前寿命电池阻抗记录中记录了基准电池在不同测量点平均电流及温度下的直流阻抗。因此，根据目标电池的测量点平均电流、脉冲前温度、脉冲后温度及直流阻抗，即可在当前寿命电池阻抗记录中找到对应的记录，并对当前寿命电池阻抗记录进行更新。相应地，在更新前，需确定直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，在保证直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度在符合要求的情况下才进行更新，而对应明显不可信或不新鲜的直流阻抗不进行更新。

具体地，根据目标电池的脉冲前后参数信息、测量点平均电流、直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，更新当前寿命电池阻抗记录的步骤包括：

(1)计算目标电池的直流阻抗可信度。

可信度可以根据电压(或平均电流)范围及温度范围，依据加速寿命测试实验标定；还可以提前通过加速寿命测试，测出不同平均电流和温度范围下的合理阻抗值作为参考，然后依据测量值与参考值/平均值的偏差来确定计算出的直流阻抗是否可信；还可以依据测量值的与上次值的变化量及稳定度评估。

(2)计算目标电池的直流阻抗新鲜度。

新鲜度可以根据上次测量时间按给定函数(如指数函数)进行衰减，其中，所述函数可根据基准电池的衰减情况进行标定。

(3)根据直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，提取符合预设规则的目标电池的直流阻抗。

为了排除采用快充工况近似脉冲测试的方式带来的误差，需要考虑计算出的直流阻抗的可信度和新鲜度，最终才决定步骤103中计算出的直流阻抗是否要更新到当前寿命电池阻抗记录中。

具体地，提取符合预设规则的目标电池的直流阻抗时，采用加权平均法或蒙特卡罗方法进行提取。

当采用加权平均法时，可根据新鲜度和可信度算出各个测量点i的权重Wi，然后通过加权平均法计算电池的直流阻抗，从而确定符合预设规则的目标电池的直流阻抗；另外，如果测量值噪声不大，也可以采用蒙特卡罗方法随机采样，直至方差降低且稳定为止。

因此，本发明通过对可信度及新鲜度进行评估，有效可以保证电池直流阻抗的准确测量和更新以及SOH的鲁棒性。

(4)根据测量点平均电流、脉冲前温度及脉冲后温度将目标电池的直流阻抗更新至当前寿命电池阻抗记录中。

S105，根据新电池阻抗记录及更新后的当前寿命电池阻抗记录，构建电池阻抗曲线与容量衰减和阻抗增长的映射函数。

S106，根据映射函数预测目标电池容量衰减及阻抗增长。

因此，本发明在前期测量时，充分利用高功率脉冲的特点，不需要模型和估计算法，而是直接测量电池容量衰减和阻抗增长，从而实现电池寿命直接测量，有助于实时电池性能评估，为整车控制和电池回收提高保证，可靠性强。同时，本发明在后期处理时，充分考虑测量值的可信度和新鲜度，有效保证测量的准确性和鲁棒性。

参见图2，图2显示了本发明快充电池SOH测量系统100的具体结构，其包括记录构建模块1、参数采集模块2、计算模块3、记录更新模块4、函数构建模块5及预设模块6，具体地：

记录构建模块1，用于在对基准电池注入脉冲的情况下，采集基准电池在不同测量点平均电流及温度下的直流阻抗,并根据直流阻抗构建新电池阻抗记录及当前寿命电池阻抗记录。需要说明的是，本发明通过给电池注入特征脉冲激励，让电池端电压产生响应，然后通过得到的电流-电压关系数据曲线辨识出电池的直流阻抗。在测量过程中，可根据平均电流从0～100％每隔5％测试1个点，温度从-20℃～50℃每隔5℃测试一个温度。其中，新电池阻抗记录用于表征电池生命周期起始的阻抗状态，而后续使用过程中会不断更新当前寿命阻抗表；相应地，通过新电池阻抗记录及当前寿命电池阻抗记录即可拟合出阻抗增长系数，该阻抗增长系数可表征电池的阻抗寿命状态。

参数采集模块2，用于在对目标电池注入脉冲的情况下，采集目标电池的脉冲前后参数信息。具体地，脉冲前后参数信息包括脉冲前电流、脉冲后电流、脉冲前电压、脉冲后电压、脉冲前电芯电量、脉冲后电芯电量、脉冲前温度及脉冲后温度。

计算模块3，用于根据脉冲前后参数信息，计算目标电池的测量点平均电流及直流阻抗。

记录更新模块4，用于根据目标电池的脉冲前后参数信息、测量点平均电流、直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，更新当前寿命电池阻抗记录。需要说明的是，当前寿命电池阻抗记录中记录了基准电池在不同测量点平均电流及温度下的直流阻抗。因此，根据目标电池的测量点平均电流、脉冲前温度、脉冲后温度及直流阻抗，即可在当前寿命电池阻抗记录中找到对应的记录，并对当前寿命电池阻抗记录进行更新。相应地，在更新前，需确定直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，在保证直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度在符合要求的情况下才进行更新，而对应明显不可信或不新鲜的直流阻抗不进行更新。

函数构建模块5，用于根据新电池阻抗记录及更新后的当前寿命电池阻抗记录，构建电池阻抗曲线与容量衰减和阻抗增长的映射函数。

预设模块6，用于根据映射函数预测目标电池容量衰减及阻抗增长。

进一步，可通过阶跃式的充电模式对电池注入脉冲，或者采用将电池电流短时间置零的方式对电池注入脉冲，或者人为地引入外部脉冲的方式对电池注入脉冲。

另外，采集基准电池的直流阻抗时，可根据直流阻抗稳定性、电池状态稳定性或电压变化率进行取样采集，并根据电池的实际电芯特性优化，具体地，实车按照正常插枪进行快充时，可根据快充电流MAP选取合适的电流，例如，温度为25℃，测量点平均电流为30％，充电持续半小时后，该种工况即可作为优选工况进行直流阻抗测量。同时，采集目标电池的脉冲前后参数信息时，也可根据直流阻抗稳定性、电池状态稳定性或电压变化率进行取样采集，并根据电池的实际电芯特性优化，例如，若电池的电芯恒流充电大于1％，则表示电池状态处于稳定。

因此，记录构建模块1及参数采集模块2可充分利用高功率脉冲的特点，不需要模型和估计算法，而是直接测量电池容量衰减和阻抗增长，从而实现电池寿命直接测量，有助于实时电池性能评估，为整车控制和电池回收提高保证，可靠性强。同时，记录更新模块4充分考虑测量值的可信度和新鲜度，有效保证测量的准确性和鲁棒性。

如图3所示，计算模块3包括：

平均电流计算单元31，用于根据公式SOC＝(SOCb&SOCa)/2计算目标电池的测量点平均电流，其中，SOC为测量点平均电流，SOCb为脉冲前电芯电量，SOCa为脉冲后电芯电量；

直流阻抗计算单元32，用于根据公式DCR＝(Vb-Va)/(Ib-Ia)计算目标电池的直流阻抗，其中，DCR为直流阻抗，Vb为脉冲前电压，Va为脉冲后电压，Ib为脉冲前电流，Ia为脉冲后电流。

如图4所示，记录更新模块4包括：

可信度计算单元41，用于计算目标电池的直流阻抗可信度。需要说明的是，可信度可以根据电压(或平均电流)范围及温度范围，依据加速寿命测试实验标定；还可以提前通过加速寿命测试，测出不同平均电流和温度范围下的合理阻抗值作为参考，然后依据测量值与参考值/平均值的偏差来确定计算出的直流阻抗是否可信；还可以依据测量值的与上次值的变化量及稳定度评估。

新鲜度计算单元42，用于计算目标电池的直流阻抗新鲜度。需要说明的是，新鲜度可以根据上次测量时间按给定函数(如指数函数)进行衰减，其中，所述函数可根据基准电池的衰减情况进行标定。

直流阻抗提取单元43，用于根据直流阻抗可信度及直流阻抗新鲜度，提取符合预设规则的目标电池的直流阻抗。为了排除采用快充工况近似脉冲测试的方式带来的误差，需要考虑计算出的直流阻抗的可信度和新鲜度，最终才决定计算模块包3计算出的直流阻抗是否要更新到当前寿命电池阻抗记录中。

记录更新单元44，用于根据测量点平均电流、脉冲前温度及脉冲后温度将目标电池的直流阻抗更新至当前寿命电池阻抗记录中。

进一步，提取符合预设规则的目标电池的直流阻抗时，采用加权平均法或蒙特卡罗方法进行提取。

当采用加权平均法时，可根据新鲜度和可信度算出各个测量点i的权重Wi，然后通过加权平均法计算电池的直流阻抗，从而确定符合预设规则的目标电池的直流阻抗；另外，如果测量值噪声不大，也可以采用蒙特卡罗方法随机采样，直至方差降低且稳定为止。

因此，本发明通过对可信度及新鲜度进行评估，有效可以保证电池直流阻抗的准确测量和更新以及SOH的鲁棒性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。