本發(fā)明涉及汽車(chē)電池領(lǐng)域，尤其是涉及一種電池功率衰減程度的檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

在電動(dòng)汽車(chē)上高壓電氣部件有許多，如高壓電池包，高壓分線盒，電機(jī)控制器，空調(diào)控制器，DC/DC，充電器等，動(dòng)力電池是最關(guān)鍵的部件之一。動(dòng)力電池的性能通常隨使用程度和使用和存儲(chǔ)時(shí)間增加而變?nèi)酢＿@種變?nèi)跤袃煞N表現(xiàn)形式：電池容量(capacity)變化(變小)，以及充放電功率能力在同樣的儲(chǔ)電程度和溫度下變化(變小)。行業(yè)上，對(duì)于電池容量，一般損失20％以上即表明電池不再具有足夠的容量。

電池功率衰減的表征通常表現(xiàn)在電池電阻的增加。行業(yè)上沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)定，但是，一般電阻增加與同樣溫度和充電量情況下的充放電功率成反比。行業(yè)上一般通過(guò)壽命開(kāi)始BOL(Begin-of-Life)時(shí)的電阻和現(xiàn)在的電阻的比較，來(lái)決定功率損耗衰減的程度。

這種決定功率衰減的方法有兩個(gè)問(wèn)題：第一，電阻與溫度緊密相關(guān)，而溫度通常只是整個(gè)模塊的溫度，而不是電池表面的溫度，具有較高的檢測(cè)不精確度，同時(shí)也會(huì)受到噪聲的影響。第二，目前的電池壽命檢測(cè)都是在線進(jìn)行，很難確定某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的電阻估計(jì)一定是精確的，因此，用一個(gè)點(diǎn)的電阻估計(jì)值來(lái)確定電池功率衰減程度有很大的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題提供一種電池功率衰減程度的檢測(cè)方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種電池功率衰減程度的檢測(cè)方法，用于檢測(cè)電動(dòng)汽車(chē)中動(dòng)力電池的衰減程度，所述方法包括下列步驟：

1)判斷當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池是否處于有效范圍內(nèi)，若是則檢測(cè)當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池的電阻值R_j，若否則返回繼續(xù)判斷；

2)根據(jù)步驟1)得到的電阻值R_j，計(jì)算并存儲(chǔ)當(dāng)前動(dòng)力電池的電阻因子β_j；

3)判斷存儲(chǔ)的電阻因子是否達(dá)到估計(jì)量N，若是則進(jìn)入步驟4)，若否則返回步驟1)；

4)計(jì)算存儲(chǔ)的所有電阻因子β_j的最小均方差，得到最小均方電阻因子β；

5)根據(jù)得到的最小均方電阻因子β計(jì)算衰減程度評(píng)估值ε；

6)根據(jù)衰減程度評(píng)估值ε判斷動(dòng)力電池的衰減程度。

所述檢測(cè)當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池的電阻值R_j具體為：

11)記錄當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池的電壓值u_j、電流值i_j和溫度τ_j；

12)根據(jù)步驟11)得到的電壓值u_j、電流值i_j和溫度τ_j，利用參數(shù)估計(jì)方法遞歸得到當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池的電阻值R_j。

所述參數(shù)估計(jì)方法包括卡爾曼濾波法和最小二乘法。

所述當(dāng)前動(dòng)力電池的電阻因子β_j具體為：

其中，τ_j為當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池的溫度，R₀為動(dòng)力電池壽命開(kāi)始時(shí)的電阻值。

所述最小均方電阻因子β具體為：

所述估計(jì)量N的取值范圍為100～2000。

所述衰減程度評(píng)估值ε具體為：

其中，β₀為動(dòng)力電池壽命開(kāi)始時(shí)的電阻因子值。

所述步驟6)具體為：

61)判斷衰減評(píng)估值ε是否大于壽命終止值CAL3，若是則表明動(dòng)力電池已經(jīng)結(jié)束壽命，若否則進(jìn)入步驟62)；

62)判斷衰減評(píng)估值ε是否大于有限功率運(yùn)行標(biāo)定值CAL2，若是則表明動(dòng)力電池處于有限功率運(yùn)行狀態(tài)，若否則進(jìn)入步驟63)；

63)判斷衰減評(píng)估值ε是否大于衰減報(bào)警值CAL1，若是則表明動(dòng)力電池已發(fā)生功率衰減，若否則表明動(dòng)力電池還未發(fā)生功率衰減，返回步驟61)。

所述有效范圍包括動(dòng)力電池處于溫度閾值內(nèi)和動(dòng)力電池的電阻值R_j對(duì)應(yīng)的時(shí)刻在時(shí)間閾值內(nèi)。

所述溫度閾值的范圍為15～30℃，所述時(shí)間閾值的范圍為不大于24小時(shí)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)與直接比較電阻值來(lái)判斷電池衰減程度的方法相比，本方法提出以電阻因子β來(lái)作為衰減程度的判別標(biāo)準(zhǔn)，由于電阻因子β本身是一個(gè)與溫度無(wú)關(guān)的參數(shù)，因此本方法可以有效地降低電壓電流和溫度的測(cè)量誤差的影響。

(2)通過(guò)電阻值和溫度的結(jié)合對(duì)每個(gè)電阻因子進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)計(jì)算得到的多個(gè)電阻因子進(jìn)行最小均方差計(jì)算，一方面最終得到的最小均方電阻因子是基于多個(gè)測(cè)量值組進(jìn)行的計(jì)算，大大降低了其對(duì)于溫度檢測(cè)的精度的依賴，另一方面選取最小均方差而非平均值來(lái)計(jì)算電阻因子，進(jìn)一步提高了電阻因子的精度。

(3)根據(jù)最小均方電阻因子和動(dòng)力電池壽命開(kāi)始時(shí)的電阻因子值相比得到衰減程度評(píng)估值，使得對(duì)于衰減程度的判斷簡(jiǎn)單直接，便于直觀的判斷。

(4)為衰減評(píng)估值設(shè)置了衰減報(bào)警值、有限功率運(yùn)行標(biāo)定值和壽命終止值三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)于電池的衰減程度有了一個(gè)更加詳細(xì)的劃分，便于使用者根據(jù)實(shí)際情況來(lái)判斷是否要進(jìn)行電池的更換。

(5)在有效范圍內(nèi)才對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行電阻值檢測(cè)，即電池的溫度穩(wěn)定在15～30℃之間，時(shí)間閾值在不大于24小時(shí)內(nèi)，這樣的檢測(cè)保證了溫度對(duì)于電池電阻值的影響達(dá)到最小，且電池的工作時(shí)間不超過(guò)一天，使得因電池老化造成的誤差盡量減小。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2為電池等價(jià)電路圖；

圖3為電池功率衰減因子隨時(shí)間和使用程度的變化示意圖；

圖4為電池溫度隨時(shí)間的變換示意圖；

圖5為電池電阻估計(jì)值隨溫度的變化示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖2所示為電池的等價(jià)電路圖，一般的電池動(dòng)力過(guò)程遵循Arrehenius方程：即溫度越高，電池里的電化學(xué)過(guò)程越快，相應(yīng)的電阻也就越低。無(wú)論電池使用在那哪個(gè)程度上，電池電阻與溫度的關(guān)系都保留在一個(gè)指數(shù)關(guān)系上：

R＝R₀×e^β/τ (1)

這里，R₀是一個(gè)常量，τ是電池溫度(單位：Kelvin)，β是一個(gè)決定電阻的衰減因子。電池功率的衰減，直接的表現(xiàn)就是這個(gè)衰減因子的增加。

已有的技術(shù)方法，都是基于圖2或類似的模型，根據(jù)電池的端口電壓，通過(guò)電流，及模塊溫度，進(jìn)行模型參數(shù)估計(jì)。現(xiàn)有的方法，如Kalman濾波器，最小二乘法等，都可以用來(lái)決定電阻R的值。

從公式(1)的表述中，可以看到電池電阻的變化是由電阻因子β來(lái)決定的。β本身是與溫度無(wú)關(guān)的一個(gè)參數(shù)。因此，如果能夠精確可靠地在線學(xué)習(xí)β，那么由此可以得到電池電阻的變化，進(jìn)而決定電池功率衰減的程度，可以比已有的方法極大的提高精度和可靠性。

電阻因子β并不是明顯地從電池相關(guān)參數(shù)的測(cè)量就可以得到的。盡管如此，從電池電流，電壓，和溫度的測(cè)量，以及預(yù)先確定的電池模型，我們可以相應(yīng)的在線學(xué)習(xí)到電池模型的參數(shù)。這些參數(shù)可能不是太精確，也可能由于電池輸入?yún)?shù)(電流)對(duì)電池的激勵(lì)程度，在某個(gè)時(shí)刻的學(xué)習(xí)值不一定很可靠。但是，如果可以得到一系列關(guān)于電阻的學(xué)習(xí)值，那么，在長(zhǎng)時(shí)間的電池運(yùn)行中，可以成批次的學(xué)習(xí)到電阻的系列值。

不失一般性，假定公式(1)中的R₀在BOL是已知的。在電池每次的使用過(guò)程中(比如說(shuō)，每一次車(chē)輛的Keyon/Keyoff旅程)，可以通過(guò)Kalman濾波器或者其它參數(shù)學(xué)習(xí)方法來(lái)得到一系列的Ohmic電阻參數(shù)：

在公式(2)中，R_j是通過(guò)Kalman濾波器或者其它參數(shù)學(xué)習(xí)方法得到的電阻，R₀是已知的定常值，τ_j是電池在學(xué)習(xí)R_j時(shí)的溫度值，而因子β則是我們像得到的，反映電池電阻真實(shí)變化的一個(gè)與溫度無(wú)關(guān)的值：如果把公式(2)反向計(jì)算一下，對(duì)某個(gè)時(shí)間段(比如說(shuō)，某個(gè)keyon/keyoff旅程)有：

最終的因子β可以通過(guò)最小均方差來(lái)得出:

如上所得到的因子β反映了電池電阻在目前的Keyon/Keyoff旅程時(shí)間的值，但是這個(gè)方法與具體的檢測(cè)溫度無(wú)關(guān)。每個(gè)具體的溫度檢測(cè)對(duì)某個(gè)時(shí)刻的電阻估計(jì)會(huì)有影響，但是基于多個(gè)測(cè)量值組的關(guān)于因子β的估算對(duì)溫度檢測(cè)的精度的依賴性將會(huì)極大的減低。

一旦在目前Keyon/Keyoff旅程中關(guān)于電阻的估計(jì)達(dá)到一定的數(shù)量，相應(yīng)的因子β可以用公式(4)計(jì)算出來(lái)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，公式(4)對(duì)因子β的計(jì)算可以和BOL電池的因子β₀相比較。這樣的比較值對(duì)于電池功率衰減的診斷值可以在電池投入使用之前標(biāo)定好。依據(jù)這一個(gè)或多個(gè)標(biāo)定值，電池管理系統(tǒng)可以精確地提供電池功率衰減的程度，以及提供關(guān)于電池是不是不可以繼續(xù)使用的決定。

根據(jù)上述方法，如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種電池功率衰減程度的檢測(cè)方法，具體步驟如下：

1)判斷當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池是否處于有效范圍內(nèi)(即動(dòng)力電池處于溫度閾值內(nèi)和動(dòng)力電池的電阻值R_j對(duì)應(yīng)的時(shí)刻在時(shí)間閾值內(nèi)，本實(shí)施例中，動(dòng)力電池處于15～30℃之間，且動(dòng)力電池電阻值的所處時(shí)刻不超過(guò)24小時(shí))，若是則檢測(cè)當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池的電阻值R_j，若否則返回繼續(xù)判斷，其中，檢測(cè)當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池的電阻值的具體過(guò)程為：

11)記錄當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池的電壓值u_j、電流值i_j和溫度τ_j；

12)根據(jù)步驟1)得到的電壓值u_j、電流值i_j和溫度τ_j，利用參數(shù)估計(jì)方法遞歸得到當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池的電阻值R_j；

2)根據(jù)步驟1)得到的電阻值R_j，計(jì)算并存儲(chǔ)當(dāng)前動(dòng)力電池的電阻因子β_j，具體為：

其中，τ_j為當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)力電池的溫度，R₀為動(dòng)力電池壽命開(kāi)始時(shí)的電阻值；

3)判斷存儲(chǔ)的電阻因子是否達(dá)到估計(jì)量N(100～2000)，若是則進(jìn)入步驟4)，若否則返回步驟1)；

4)計(jì)算存儲(chǔ)的所有電阻因子β_j的最小均方差，得到最小均方電阻因子β：

其中，N為存儲(chǔ)的動(dòng)力電池的電阻因子β_j的總數(shù)；

5)根據(jù)得到的最小均方電阻因子β計(jì)算衰減程度評(píng)估值ε，具體為：

其中，β₀為動(dòng)力電池受命開(kāi)始時(shí)的電阻因子值；

6)根據(jù)衰減程度評(píng)估值ε判斷動(dòng)力電池的衰減程度：

61)判斷衰減評(píng)估值ε是否大于壽命終止值CAL3，若是則表明動(dòng)力電池已經(jīng)結(jié)束壽命，若否則進(jìn)入步驟52)；

62)判斷衰減評(píng)估值ε是否大于有限功率運(yùn)行標(biāo)定值CAL2，若是則表明動(dòng)力電池處于有限功率運(yùn)行狀態(tài)，若否則進(jìn)入步驟53)；

63)判斷衰減評(píng)估值ε是否大于衰減報(bào)警值CAL1，若是則表明動(dòng)力電池已發(fā)生功率衰減，若否則表明動(dòng)力電池還未發(fā)生功率衰減，返回步驟51)。

根據(jù)上述方法進(jìn)行檢測(cè)，得到一組樣板數(shù)據(jù)，如圖3～5所示，從圖中可以看出，用一個(gè)點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)的平均都難以改變直接使用電阻值的弱點(diǎn)，考慮因子β可以極其有效地解決溫度電壓電流測(cè)量的精度和Ohmic電阻估計(jì)的影響。