用于電池梯次利用的磷酸鐵鋰電池健康狀態(tài)特征參數(shù)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于動(dòng)力電池回收再利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 動(dòng)力電池的梯次利用技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展后時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)，動(dòng)力電池梯次利用 的回收再利用環(huán)節(jié)，需要針對(duì)電池的健康狀態(tài)作出評(píng)價(jià)，以根據(jù)各個(gè)電池不同的健康狀態(tài) 對(duì)電池進(jìn)行分類(lèi)、再成組、再利用。但是現(xiàn)有的電池梯次利用方法中離線檢測(cè)電池的容量值 和內(nèi)阻，針對(duì)電池正負(fù)極特征參數(shù)提取方法中離線檢測(cè)電池的相關(guān)參數(shù)誤差大的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的電池梯次利用方法中離線檢測(cè)電池的相關(guān)參數(shù)誤差大 的問(wèn)題，提出了一種用于電池梯次利用的磷酸鐵鋰電池健康狀態(tài)特征參數(shù)提取方法。
[0004] 本發(fā)明所述的用于磷酸鐵鋰電池梯次利用健康狀態(tài)特征參數(shù)提取方法，該方法的 具體步驟為：
[0005] 步驟一、采用電流值為C/25的電流信號(hào)對(duì)待提取特征參數(shù)的電池進(jìn)行充電，采集 電池的端電壓UT(k);建立電池充電的簡(jiǎn)單等效電路模型；C為待測(cè)電池的額定電流；
[0006] 步驟二、利用步驟一電池充電等效電路模型的模型參數(shù)，建立關(guān)系式：
[0007]
[0008] 得到模型端電壓0VU-)，其中，S0CMS磷酸鐵鋰正極嵌鋰過(guò)程終止S0C值或正極 充電起始時(shí)刻的起始S0C值，socni。為電池石墨負(fù)極嵌鋰初始S0C值或負(fù)極充電起始時(shí)刻的 的起始S0C值，Qn為電池負(fù)極容量，Qp為電池正極容量，R為電池阻抗特征參數(shù)，Up是磷酸 鐵鋰正極開(kāi)路電勢(shì)函數(shù)，un是石墨負(fù)極開(kāi)路電勢(shì)函數(shù)，Mk)為k時(shí)刻的工作負(fù)載電流，電 池的充電電流為負(fù)值，4為k時(shí)刻的時(shí)間長(zhǎng)度；
[0009] 步驟三、利用電池的充電電流和時(shí)間數(shù)據(jù)，使用安時(shí)積分法獲得待測(cè)電池的實(shí)際 可用容量Q;
[0010] 步驟四、根據(jù)磷酸鐵鋰電池的正負(fù)極特性設(shè)定：S0Cn,Q=mS0Cnil，其中，m為S0Cn,。/ S0Cnil的比值；獲得負(fù)極容量Qn與電池實(shí)際可用容量Q之間的關(guān)系為：
[0012] 步驟五、取待辨識(shí)參數(shù)矩陣為Θ= [S0Cnil，m，R]，取電池充電的簡(jiǎn)單等效電路模 型的端電壓和電池的端電壓作為觀測(cè)量得誤差函數(shù)：
[0014] 其中，i'vk句為模型的端電壓，#為待辨識(shí)參數(shù)矩陣θ的估計(jì)值；
[0015] 針對(duì)待辨識(shí)參數(shù)Θ的目標(biāo)函數(shù)為：
[0017] 設(shè)定待辨識(shí)參數(shù)矩陣的初值0。= [S0Cnil，m，R]。，采用列文伯格-馬夸爾特法迭代 計(jì)算實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)S0CM，m，R的辨識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用于磷酸鐵鋰電池梯次利用健康狀態(tài)特征參 數(shù)的提取。
[0018] 本發(fā)明從負(fù)極容量，正負(fù)極的充放電起始、終止荷電狀態(tài)（S0C)參數(shù)和內(nèi)阻三方 面評(píng)價(jià)磷酸鐵鋰電池的健康狀態(tài)，較現(xiàn)有基于電池容量和內(nèi)阻的方法更全面，與ICA方法 相比，可以快速得到量化的正負(fù)極特征參數(shù)。提高了電池梯次利用方法中離線檢測(cè)電池的 相關(guān)參數(shù)的精度，減少誤差，加快了離線檢測(cè)電池的相關(guān)參數(shù)的速度。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明所述方法的流程圖；
[0020] 圖2為【具體實(shí)施方式】一步驟一所述的電池充電的簡(jiǎn)單等效電路模型的示意圖；
[0021] 圖3為【具體實(shí)施方式】一步驟三所述的采用曲線擬合的方法對(duì)磷酸鐵鋰正極的電 勢(shì)隨S0C值變化的曲線、碳負(fù)極的電勢(shì)隨S0C值變化的曲線和電池的端電壓隨S0C值變化 的曲線進(jìn)行擬合獲得曲線圖；
[0022] 圖4為具體實(shí)施例所述的電池充放電曲線；
[0023] 圖5為具體實(shí)施例所述的#72、#52、#24三個(gè)經(jīng)歷不同循環(huán)老化的電池，其負(fù)極容 量和實(shí)際可用容量的計(jì)算結(jié)果曲線圖；
[0024] 圖6為具體實(shí)施例所述的#52電池500次循環(huán)時(shí)對(duì)應(yīng)的充電曲線的擬合結(jié)果曲線 圖；
[0025] 圖7為#72、#52、#24三個(gè)經(jīng)歷不同循環(huán)老化的電池，負(fù)極初始S0C和終止S0C的 計(jì)算結(jié)果曲線圖；
[0026] 圖8為72、#52、#24三個(gè)經(jīng)歷不同循環(huán)老化的電池內(nèi)阻R的計(jì)算結(jié)果曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1、圖2和圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的用于電 池梯次利用的磷酸鐵鋰電池健康狀態(tài)特征參數(shù)提取方法，該方法的具體步驟為：
[0028] 步驟一、采用電流值為C/25的電流信號(hào)對(duì)待提取特征參數(shù)的電池進(jìn)行充電，采集 電池的端電壓UT(k);建立電池充電的簡(jiǎn)單等效電路模型；C為待測(cè)電池的額定電流；
[0029] 步驟二、利用步驟一電池充電等效電路模型的模型參數(shù)，建立關(guān)系式：
[0030]
[0031] 得到模型端電壓(々)，其中，socMS磷酸鐵鋰正極嵌鋰過(guò)程終止S0C值或正極 充電起始時(shí)刻的起始S0C值，socni。為電池石墨負(fù)極嵌鋰初始S0C值或負(fù)極充電起始時(shí)刻的 的起始S0C值，Qn為電池負(fù)極容量，Qp為電池正極容量，R為電池阻抗特征參數(shù)，Up是磷酸 鐵鋰正極開(kāi)路電勢(shì)函數(shù)，un是石墨負(fù)極開(kāi)路電勢(shì)函數(shù)，Mk)為k時(shí)刻的工作負(fù)載電流，電 池的充電電流為負(fù)值，4為k時(shí)刻的時(shí)間長(zhǎng)度；
[0032] 步驟三、利用電池的充電電流和時(shí)間數(shù)據(jù)，使用安時(shí)積分法獲得待測(cè)電池的實(shí)際 可用容量Q;
[0033] 步驟四、根據(jù)磷酸鐵鋰電池的正負(fù)極特性設(shè)定：S0Cn,Q=mSOCM，其中，m為S0Cn,。/ S0Cnil的比值；獲得負(fù)極容量Qn與電池實(shí)際可用容量Q之間的關(guān)系為：
[0035] 步驟五、取待辨識(shí)參數(shù)矩陣為Θ= [S0Cnil，m，R]，取電池充電的簡(jiǎn)單等效電路模 型的端電壓和電池的端電壓作為觀測(cè)量得誤差函數(shù)：
[0036] e{k,e) =UT(k)-VT{k,e] (3)
[0037] 其中為模型的端電壓，#為待辨識(shí)參數(shù)矩陣Θ的估計(jì)值；
[0038] 針對(duì)待辨識(shí)參數(shù)Θ的目標(biāo)函數(shù)為：
[0040] 設(shè)定待辨識(shí)參數(shù)矩陣的初值0。= [S0Cnil，m，R]。，采用列文伯格-馬夸爾特法迭代 計(jì)算實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)S0CM，m，R的辨識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用于磷酸鐵鋰電池梯次利用健康狀態(tài)特征參 數(shù)的提取。
[0041] 本實(shí)施方式步驟二中電池端電壓UT的模型推導(dǎo)式（式（1))中的磷酸鐵鋰正極參 數(shù)Qp為一預(yù)設(shè)值。Qp的預(yù)設(shè)數(shù)值大于電池的設(shè)計(jì)容量，如電池的設(shè)計(jì)容量為40Ah，Qp的取 值應(yīng)大于該值，如取正極容量Qp為50Ah。另外，電池充電終止時(shí)對(duì)應(yīng)的S0CΡι。也為預(yù)設(shè)值， 取0.95,則式（1)中的S0CM由下式推導(dǎo)得到：
[0043] 本實(shí)施方式中，根據(jù)磷酸鐵鋰正極在S0C為10 %~90%之間時(shí)的電勢(shì)為電壓平 臺(tái)，該動(dòng)力電池的放電終止?fàn)顟B(tài)通常由石墨負(fù)極控制，因此，正極容量特征參數(shù)的變化對(duì)端 電壓的影響極小，使用低倍率充放電數(shù)據(jù)很難提取出磷酸鐵鋰電極的特

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