锂离子电池荷电状态估计方法综述

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1、锂离子电池荷电状态估计方法综述席安静白鹏(清华大学汽车1-程系，北京100084)摘要本文对锂离子电池的SOC估计方法，特别电化学阻抗谱方法应用于锂离子电池SOC估计的原理，理论基础和研究现状进行了总结．如何根据磷酸铁锂电池或其他锂离子电池特有的性质，寻找基于阻抗谱的有针对性的估计方法是今后研究的主要方向．关键词：锂离子电池；荷电状态估计；电化学阻抗谱ARenewofApproachesofLithium—ionBakeryStateofChargeEstimationXiAnfingBaiPe

2、ng(DepartmentofAutomotiveEngineering，TsinghuaUniversity,Beijillg100084)AbstractThemethodsoflithium-ionbatterySoCestimation，especiallytheprinciple，theoryandresearchstatusofelectrochemicalimpedancespectroscopy,aresummarized．Thenextdirectionisfmdingoutn

3、owkindofEISSOC髓timationmetLhodaboutLiFeP04andotherkindsoflithium-ionbatteries．Keywords：lithium-ionbattery；stateofcharge；electrochemicalimpedancespcc们scopy动力电池技术是制约电动汽车范围推广的主要因素之一【I．2】。一方面，需要不断研发新材料及新的电化学体系，从而获得高比能量和高比功率的电化学能量系统，以实现电池长时间运行和快速充电；另一方面，针

4、对主流锂离子动力电池，则需要研发相应的管理技术以实现电池的优化使用，从而延缓电池的衰老、避免安全失效。电池的荷电状态(StateofCharge，SOC)估计是电池管理系统的首要任务。SOC是电池可用电量的直接信息来源，也是车载电池组单体一致性的重要指标。对电池性能指标与SOC关系的研究能够提供电池优化工作区间，从而健康高效地使用电池。因此准确地计算估算车载电池的SOC有非常重要的工程意义和价值。本文对适用于锂离子动力电池的SOC估计方法进行对比分析，重点介绍电化学阻抗谱(electrochem

5、icalimpedanceSpeetros-eopy，EIS)方法的基本原理、应用现状及发展前景。1锂离子电池SOC估计方法商业锂离子电池多采用石墨负极，由于锂在石墨241片层中以离子形态存在，因而成功克服了金属锂负极表面锂沉积带来的安全隐患l引。锂离子电池可选用的正极材料很多【4】，多为过渡金属氧化物、磷酸盐等嵌入式化合物。而电解液是由有机溶剂和LiPF6混合而成的非水溶液，室温下电导率约为2～5mS／em删。电池的隔膜为多孔聚乙烯膜。关于锂离子电池特点更详尽的综述可参阅M．S．Whittin

6、ghamt4]，K．Xut⋯，RachidYazamiis,61川的相应论著。相对于其他类型电池而言，锂离子电池具有比能量高，单体电池电压高，自放电率小的特点。由于这些特点，锂离子电池逐渐成为了研究者所关注的热点。SOC是指电池最大可用容量与电池标称容量的比值，在给定工作条件下，也可以表示为电池可用时间的长短。动力电池的SOC估计技术最早出现在1963年，Curtis仪器公司通过研究电池在不同电流强度下电压随SOC的变化规律开发了用来提示剩余电量的仪表[sJ。1975年，Dowgiallo提出了

7、最早的电池阻抗测试的概念19]，白此，电化学阻抗谱法开始应用于电池SOC的估计。最早的使用安时积分法(库仑计数法)计算电池SOC的文献是1975年的Fingcr，在其发明的专利中指出了安时积分法是估计电池荷电状态的有效方’法IⅧ。而对锂离子电池进行SOC的研究，则始于1984年，Peled等人对电池进行离线开路电压(OpenCircuitVoltage，OCV)标定，以查表的方式实现锂离子电池SOC在线估计【1ll。将电池的健康状态考虑到电池SOC估计中的最早的文献见于1988年的Seyfang

8、[121。通过神经网络估计电池SOC最早始于1997年的Gerard／¨]。模糊逻辑方法的最早应用则于1999年由Salkindtl4】提出。卡尔曼滤波法是一种不断调整参数以适应电池模型的SOC估计方法，这种方法应用于锂离子电池是DiDomenicoD【15】在2008年开始的。随着电池技术的进步，锂离子电池逐渐成为动力电池的首选，由于其独特的电化学作用机理，相应的SOC估计方法与铅酸电池和镍氢电池有很大区别。目前在电池管理系统中应用的锂离子电池SOC估计的方法主要有直接测量法、跟踪记录系统状态