电动汽车BMS的电池健康状态(SOH)估算

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电动汽车BMS的电池健康状态(SOH)估算 [复制链接]

SOH 是评估电池整体健康和性能的关键参数，尤其是电动汽车中常用的锂离子电池。随着电池技术的不断进步，准确的 SOH 评估将是确保电池系统可靠性和使用寿命、降低成本以及促进未来可持续发展的基本工具。

1 什么是电池健康状态(SOH）？

电池健康状况 (SOH) 是指电池的容量或当前状态与其理想状态的比较。SOH 有助于确定电池可用或剩余寿命的百分比。

电池单体的 SOH 下降主要是由电池老化和退化引起的，即耐久性问题。 就是说，随着电池的使用或储存，电池容量会降低，内阻会增大。因此，电池的 SOH 会恶化。

电池的容量随着充放电周期增加不断的减少：

 

 

 

电池健康状态监测(SOH)：BMS 通过监测电池内阻、容量衰减和循环次数等参数，长期跟踪电池的健康状况。当电池性能下降超过一定临界值时，它会向用户或系统控制器提供诊断和警报，以便进行主动维护或更换。

2 如何估算SOH？

   
阻抗测量法

 

随着电池老化，其内部阻抗也会增加，就像电阻一样。因此，您也可以使用阻抗测量来估计电池的健康状况。如上所述，电池阻抗可通过 EIS 方法进行测量，该方法采用不同频率的交流电，并将阻抗作为频率的函数进行识别。 

这项技术使工程师能够高精度地计算内部阻抗，从而精确地估计电池的衰减程度和 SOH。不过，EIS 是一种复杂的解决方案，无法满足每个 BMS 的要求，也可能与电池的运行条件不匹配。

要测量 SOH，必须记录初始阻抗或电导，制造商通常会提供初始阻抗。按照EIS法，测试电池的阻抗，可在电池上施加已知频率和振幅的交流电压 "E"，并测量与之响应的同相交流电流 "I"。

其中阻抗为 Z = E/I（"E "为电池两端的交流电压，"I "为流过电池的交流电流）

 

例如E=0.0024V，I=0.0033A

阻抗Z=0.0024/0.0033=0.072Ω

 

阻抗和电导互为反比，阻抗增大，电导减小。

 

 

 

现在，假设阻抗测量值为70mΩ，电池初始状态阻抗是50mΩ。

阻抗百分比=(当前阻抗/初始阻抗)*100=(70/50)*100=140%

阻抗增加百分比=阻抗百分比-100=140-100=40%

 

所以阻抗增加了40%。

 

现在我们来计算SOH:

 

假设电池的初始容量为1000mAh，因此：

损失的容量=(阻抗百分比/100) x 初始总容量=(40/100)x1000=400mAh

SOH=(初始总容量 - 损失容量)/初始总容量= 600mAh/1000mAh=60%.

 

充放电周期估算

 

锂离子电池的健康状况与其循环寿命之间存在一定的关系。因此，计算剩余的充放电循环次数是最简单、最有效的 SOH 估算方法。在这种情况下，电池制造商标称的循环寿命可作为参考点。

尽管这种做法很简单，但由于电压和电流等一些重要因素会影响电池的状态，因此很难达到很高的精确度。

另外，用于测量电池充电状态SOC的技术同样适用于 SOH 估算：

 

库仑计数

 

电池健康状况的下降和额定容量的损失是同时发生的。因此，只要知道电池容量随时间衰减的速度，就能估算出SOH。
 

卡尔曼滤波法

 

卡尔曼滤波法可以利用各种电池参数，包括对 SOH 估算至关重要的内阻。该算法可以实时跟踪电池的状态，并预测其老化情况。
 

神经网络

 

神经网络可以处理线性和非线性数据。通过分析电池内部参数，神经网络可以估算各种条件下的 SOH。

模糊逻辑

 

模糊逻辑模型可以使用内阻、阻抗和其他参数作为输入数据来评估电池的 SOH。模糊逻辑模型不需要完整全面的电池数据。

超声波检测

 

使用超声波对锂离子电池进行探测，既可用于评估 SOC，也可用于评估 SOH。定向波与电池 SOC/SOH 之间存在相关性。信号振幅和持续时间与电池老化程度有关。

与 SOC 评估一样，SOH 通常也是通过混合多种测量方法来定义的。这种方法允许BMS从多个不同角度探查电池，并准确地得到其状态。例如，通过将库仑计数与神经网络相结合，或将阻抗测量与模糊逻辑相结合，可以取得更加准确的SOH。

3 SOH的重要性

   
SOH 是评估电池整体健康和性能的关键参数，尤其是电动汽车中常用的锂离子电池。通过了解 SOH，制造商和操作人员可以在电池维护、再利用和更换方面做出明智的决策。随着电池技术的不断进步，准确的 SOH 评估仍将是确保电池系统可靠性和使用寿命、降低成本以及促进未来可持续发展的基本工具。

 

 

 

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