锂离子电池荷电状态检测的方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池荷电状态检测的方法。

背景技术：

锂离子电池由于其比能量高等优点，被广泛用于3c产品和电动汽车。在电动汽车中锂离子电池作为动力电池使用，电动汽车的电池管理系统(bms)通过对车载动力电池进行有效控制和管理以保障电动汽车安全可靠的运行。

荷电状态是锂离子电池性能的重要指标，其准确估算是电池管理系统运行的前提和关键技术之一，但是现有的荷电状态预测方法，需将电池拆下后进行交流阻抗测试，电池静置时间长、测试效率和测试准确度较低，无法满足快速准确估算电动汽车的锂离子电池荷电状态的要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池荷电状态检测的方法，利于检测效率和准确度，便于快速准确估算电池的荷电状态。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种锂离子电池荷电状态检测的方法，包括以下步骤:

1)将所述锂离子电池置于恒温环境中，静置设定时间；

2)静置设定时间后，对所述锂离子电池进行恒流充电直至充满；

3)对锂离子电池进行恒流放电，并在放电过程中在每当锂离子电池的荷电状态值降低设置值后测量一次电池动态阻抗；

4)根据步骤3)获得的电池动态阻抗做出不同荷电状态的动态阻抗图；

5)根据所述动态阻抗图建立锂离子电池的等效电路，并根据等效电路对电池动态阻抗进行拟合得到拟合数据；

6)提取所述拟合数据中的常相位角元件参数，并根据常相位角元件参数计算出锂离子电池的荷电状态。

所述步骤6)中，根据常相位角元件参数计算出锂离子电池的荷电状态的方法为：先作出常相位角元件参数与和荷电状态的的关系曲线，再对该关系曲线进行拟合得到常相位角元件参数与和荷电状态的关系函数，然后将常相位角元件参数代入所述关系函数得出锂离子电池的荷电状态。

所述步骤3)中，设定值为3％～15％。

所述步骤2)中，充电倍率为0.1～3c。

所述步骤3)中，放电倍率为0.1～3c。

所述步骤5)中，对电池动态阻抗进行拟合时采用最小二乘法进行拟合。

所述步骤1)中恒温环境的温度为-20～40℃。

所述步骤1)中设定时间为0.5～3h。

所述步骤2)中锂离子电池充满后还要静置2～5h。

本发明具有以下有益效果：本发明的锂离子电池荷电状态检测的方法，能够对电池进行动态阻抗测试，通过锂离子电池动态特性反应锂离子电池的荷电状态，节约资源的同时，提高了检测的可靠性和准确度，同时大大节约了时间成本，提高了检测效率，便于快速准确估算电池的荷电状态。

附图说明

图1是本发明实施例中三元锂离子电池放电过程中不同soc下的动态阻抗图；

图2是根据动态阻抗图数据建立的等效电路图。

图3是锂离子电池soc达到60％时的动态阻抗拟合效果图。

图4是常相位角元件参数y0与soc的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本实施例公开了一种锂离子电池荷电状态检测的方法，包括以下步骤:

1)将锂离子电池置于恒温环境中，静置设定时间；

其中，设定时间为0.5～3h；恒温环境的温度为-20～40℃。

2)静置设定时间后，对锂离子电池进行恒流充电直至充满，然后静置2～5h；

在其中一个实施方式中，充电过程中的充电倍率为0.1～3c。

3)对锂离子电池进行恒流放电，并在放电过程中每当锂离子电池的soc(荷电状态)值降低设置值后就测量一次电池动态阻抗；

在其中一个实施方式中，设定值为3％～15％，可以理解地，若设定值为3％，则在放电过程中，锂离子电池的soc值若降低了3％，则在降低3％后测量一次电池动态阻抗，后续锂离子电池的soc值每降低3％，就测量一次电池动态阻抗。

其中，soc(stateofcharge),也即荷电状态,是指电池剩余容量与其完全充电状态的容量的比值,常用百分数表示，以反映电池的剩余电量情况。

在其中一个实施方式中，放电过程中的放电倍率为0.1～3c。

4)根据步骤3)获得的电池动态阻抗做出不同soc的动态阻抗图，也即nyqusit图；

5)根据动态阻抗图建立锂离子电池的等效电路，以模拟电池内部电路，并根据等效电路对电池动态阻抗进行拟合得到拟合数据；

在其中一个实施方式中，对电池动态阻抗进行拟合时采用最小二乘法进行拟合。

其中，等效电路包括电感、电阻和常相位角元件。

6)提取拟合数据中的常相位角元件的参数y0，并根据常相位角元件参数y0计算出当前锂离子电池的soc。

在其中一个实施方式中，根据常相位角元件参数y0计算出锂离子电池的soc的方法为：先作出常相位角元件参数y0与和soc的关系曲线，再对该关系曲线进行拟合得到常相位角元件参数y0与和soc的关系函数，然后将常相位角元件参数y0代入所述关系函数得出锂离子电池的soc。

在其中一个实施方式中，步骤3)中动态阻抗的测试环境条件为：，频率范围2500～0.1hz。

下面以额定容量为34ah的三元锂离子电池为例来具体说明上述荷电状态检测方法：

s1)将三元锂离子电池置于20℃的恒温环境中，静置2h，以充电倍率1c对其进行恒流充电直至满电态，然后静置3h；

s2)对径直后的三元锂离子电池进行恒流放电，放电倍率为0.2c；

在电池放电过程中，当soc每降低5％就测试一次电池的动态阻抗，从而最终得到20组动态阻抗数据；

s3)如图1所示，利用上述20组动态阻抗数据做不同soc的nyqusit图，也即动态阻抗图；

图1中横坐标z′表示动态阻抗的实部，纵坐标z″表示动态阻抗的虚部，100％soc表示电池soc达到100％。

s4)如图2所示，根据得到的动态阻抗图建立等效电路并利用最小二乘法对动态阻抗数据进行拟合得到拟合数据，如图3所示为锂离子电池soc达到60％时的动态阻抗拟合效果图。

图2中，l表示电感，rs表示欧姆电阻，cpe表示常相位角元件，rp表示电荷转移电阻；

s5)提取拟合数据中的常相位角元件的参数y0，如图4所示，做出y0与soc的关系曲线，并对该关系曲线进行拟合，得到y0与soc的关系函数,该关系函数如下:

当放电至soc为53％时，测得y0为9.049，代入上述关系函数得出soc＝52.05％，该计算结果的误差仅为1.8％，由此也表明上述检测方法的检测准确度和可靠性较高。

本实施例的锂离子电池荷电状态检测的方法，通过测试电池在放电过程中的阻抗，得到电化学动态阻抗图，再以此为依据建立等效电路，利用最小二乘法对数据进行处理，提取放电过程中电池常相位角元件参数(y0)并建立其与荷电状态的关系，提高了荷电状态检测的可靠度，减小了检测误差，缩短了测试时间，数据简单易获得，且可以实现在线检测，利于推广到其他体系的锂离子电池。

本实施例的锂离子电池荷电状态检测的方法，能够在锂离子电池运行状态对电池进行动态阻抗测试，通过锂离子电池动态特性反应锂离子电池的荷电状态，节约资源的同时，提高了检测的可靠性和准确度，同时大大节约了时间成本，缩短了静置时间，提高了检测效率，便于快速准确估算电池的荷电状态，从而准确获得电池剩余电量，更利于帮助汽车控制系统计算可行驶里程，使得驾驶者可以更好规划行驶路线。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。