簡單的電池剩餘電量和健康狀態估算方法

核心概念

本文提出了一種簡單的電池剩餘電量和健康狀態估算方法,可以在充電過程中快速準確地估算出電池的狀態,並且計算複雜度極低,適合在線應用。

摘要

本文提出了一種新的電池剩餘電量(SOC)和健康狀態(SOH)估算方法。該方法的核心思想是在充電過程中暫時將電池電流設為零幾分鐘,然後基於測量數據進行SOC和SOH估算,並在此基礎上持續跟蹤電池的SOC。

該方法基於嚴格的理論分析,無需調整任何超參數,計算速度比傳統模型驅動方法快數百倍。該方法在不同充電C率和溫度下進行了驗證,實現了快速準確的估算,SOH的均方根誤差約為3%,SOC的均方根誤差約為1.5%。

該方法的主要優點包括:

1. 實現簡單,無需任何複雜的設備,只需在充電過程中暫時放鬆電池幾分鐘。
2. 計算複雜度極低,非常適合在線應用,如電動汽車。
3. 無需初始化和調參,抗噪性和收斂性由詳細的理論分析保證。

統計資料

電池在25°C下的開路電壓(OCV)隨SOC的變化如圖1所示。
電池在不同C率和溫度下的SOC和SOH估算誤差如圖8所示。

引述

無

從以下內容提煉的關鍵洞見

Relax, Estimate, and Track: a Simple Battery State-of-charge and State-of-health Estimation Method

by Shida Jiang,... 於 arxiv.org 10-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2408.01127.pdf

深入探究

如何進一步提高該方法在高C率下的估算精度?

為了進一步提高該方法在高C率下的估算精度，可以考慮以下幾個策略：

增加放鬆時間：在高C率充電過程中，延長電池的放鬆時間（例如從兩分鐘增加到四分鐘）可以使電池的開路電壓（OCV）更穩定，從而提高SOC和SOH的估算精度。這樣可以減少因快速充電引起的電壓波動對估算結果的影響。

改進參數估算方法：在高C率下，電池的內部電阻和電容可能會隨著時間變化，因此可以考慮在充電過程中進行多次參數估算。這樣可以更好地捕捉到電池在不同充電階段的動態行為，從而提高估算的準確性。

使用更高頻率的數據採集：提高電壓和電流數據的採集頻率，可以更精確地捕捉到電池在高C率充電過程中的瞬時變化，這對於SOC和SOH的估算至關重要。

結合數據驅動方法：可以考慮將該方法與數據驅動的機器學習技術結合，通過訓練模型來識別高C率下的特徵，進一步提高估算的準確性。

該方法是否可以應用於其他類型的電池,如鋰離子電池以外的其他化學體系?

該方法的核心原理基於電池的開路電壓（OCV）與SOC和SOH之間的關係，因此在理論上可以應用於其他類型的電池，如鉛酸電池、鈉離子電池等。然而，應用於其他化學體系時需要考慮以下幾點：

OCV曲線的特性：不同類型的電池具有不同的OCV曲線，因此在應用該方法之前，需要針對特定電池化學體系進行OCV曲線的實驗測試和擬合。

電池的動態行為：不同化學體系的電池在充放電過程中的動態行為可能有所不同，這可能影響SOC和SOH的估算。因此，可能需要根據不同電池的特性調整參數估算模型。

溫度和老化影響：不同類型的電池對溫度和老化的敏感性不同，這需要在方法中進行相應的調整，以確保在不同環境條件下的準確性。

該方法是否可以擴展到同時估算多個電池模組的SOC和SOH,而不僅僅是單個電池?

是的，該方法可以擴展到同時估算多個電池模組的SOC和SOH。具體來說，可以考慮以下幾個方面：

模組間的電流一致性：在串聯連接的電池模組中，所有模組的電流是相同的，因此可以利用這一特性來推導每個模組的SOC和SOH。通過選擇一個參考模組進行SOC和SOH的估算，然後根據其他模組的SOH來計算它們的SOC。

分佈式估算：可以在每個模組中獨立實施該方法，然後將結果集中到一個中央控制系統進行整合。這樣可以減少計算負擔，並提高整體系統的效率。

多模組數據融合：通過數據融合技術，可以將來自不同模組的數據進行整合，進一步提高整體SOC和SOH的估算精度。這可以通過使用卡爾曼濾波器等算法來實現。

實時監控和更新：在實際應用中，定期對每個模組進行SOC和SOH的估算，並根據電池的使用情況進行實時更新，可以確保系統的準確性和可靠性。