[发明专利]负极电阻测量方法、负极结构、荷电状态估计方法、电池及电池系统

说明书

本发明涉及负极电阻测量方法、负极结构、荷电状态估计方法、电池及电池系统：包括负极极片，常规极耳以及测量极耳，常规极耳设置在负极极片一端，测量极耳设置在负极极片上与常规极耳相对的另一端的测量位置，测量位置为测量极耳在工作状态下的测定的负极电流密度与工作状态下电池负极表面平均电流密度下的电流密度归一化后标准差的位置。通过给常规极耳与测试极耳一定的电流激励以实时测量负极电阻；由于在电池充放电过程中，电池负极随着嵌锂量的不同，其电阻也会规律性的变化，与电池的荷电状态息息相关，因此将所测负极电阻与数据驱动法结合进行SOC估计，为现有数据驱动SOC估计法增加了与SOC强相关的特征维度，进一步提升了SOC估计精度。

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池与电池管理技术领域，特别涉及负极电阻测量方法、负极结构、荷电状态估计方法、电池及电池系统。

【背景技术】

近年来，电动汽车的大量普及带动了锂离子电池行业的快速发展。然而，受限于电池材料和电芯的生产制造工艺，锂离子电池产品难以保障绝对的一致性，进而影响电池系统的服役寿命及安全可靠性。因此，为了使电池系统能够安全高效的运行，需要对其采取诸如电量均衡、热管控等管理控制手段。电池的荷电状态是电池能量管理与运行控制的基础，准确的S O C(荷电状态)估计能够防止锂离子电池的过充或过放，不仅可以延长电池的寿命，而且可以保障电池系统安全运行。现有的S O C估计方法，主要通过监测电流、电压、温度这些电池数据，采用开路电压法、安时积分法、电池等效电路模型结合自适应滤波法或者数据驱动法对电池的S O C进行估计。但是，现有的S O C估计方法中传统的开路电压法需要电池的长时间静置以获取准确的开路电压，无法应用到S O C的在线估计中；安时积分法在电池长循环的过程中其估计精度会越来越低，难以满足电池需要长时间运行的工作场景；基于电池等效电路模型的方法受限于电池系统本身的复杂特性，很难建立电池运行全周期的准确电池模型；数据驱动法一方面受限于数据采集的质量，另一方面受限于目前电池可直接测量的参数有限，只有电流、电压、温度等。还有一些与电池充放电状态密切相关的参数本可以用来拓宽S O C估计的特征维度，提高估计S O C精度，但由于难以实时监测，无法应用到数据驱动法对S O C的在线估计中。

【发明内容】

为解决现有数据驱动法估计S O C中的问题，本发明提供了负极电阻测量方法、负极结构、荷电状态估计方法、电池及电池系统。

本发明为解决上述技术问题，提供如下的技术方案：一种负极结构，包括负极极片，常规极耳以及测量极耳，所述常规极耳设置在负极极片一端，所述测量极耳设置在负极极片上与常规极耳相对的另一端的测量位置，所述测量位置为测量极耳在工作状态下的测定的负极电流密度与工作状态下电池负极表面平均电流密度下的电流密度归一化后标准差最小的位置。

本发明为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种负极电阻测量方法，包括以下步骤：提供电池负极，其一端设置有常规极耳，另一端设置测试极耳；通过模拟仿真评估电池负极表面电流密度分布，选取若干典型位置的电流密度值取平均作为负极表面的平均电流密度值；更改测量极耳于设置端边界的位置，并获取测量极耳设置于不同位置时对应的负极表面平均电流密度值；对比测量极耳设置于不同位置时，各典型位置的电流密度值与平均电流密度值的归一化后的标准差，并将最小归一化后的标准差对应的测量极耳的位置确定为测量位置；采集电池处于工作状态时，测量极耳在测量位置处的负极电阻数据作为该负极的电阻。

优选地，为所述负极电阻数据设置第一范围；当所述负极电阻数据处于第一范围内时为判定其为稳定状态，此时的所述负极电阻数据处于可测量状态。

本发明为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种荷电状态估计方法，提供初始数据以训练构建数据驱动模型，所述初始数据包括电流、电压参数和电极电阻数据；

从待测电池上实时获取检测数据，把所述检测数据作为数据驱动模型的输入，并输出S O C的估计值，所述检测数据包括电流参数、电压参数及使用如上述的负极电阻测量方法测得的负极电阻参数。