袁方瑩

（長(zhǎng)春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，吉林 長(zhǎng)春 130013）

1 BMS技術(shù)

BMS技術(shù)主要是從電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)角度對(duì)鋰離子電池狀態(tài)估算以及壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行研究的。該方法主要是通過監(jiān)測(cè)鋰離子電池狀態(tài)相關(guān)具體參數(shù)，進(jìn)而對(duì)該參數(shù)進(jìn)行分析評(píng)估，進(jìn)而預(yù)測(cè)電池使用壽命，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池充電及放電的管控。

1.1 BMS技術(shù)結(jié)構(gòu)

①采集數(shù)據(jù)，采集鋰離子電池電壓、電流以及溫度等方面的數(shù)據(jù)；②存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，將BMS檢測(cè)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；③管控電池充電和放電，對(duì)鋰離子電池充電和放電的過程進(jìn)行控制和管制，確保充放電的安全性；④溫度控制，對(duì)電池溫度進(jìn)行加熱和制冷的管理，使電池溫度保持在正常范圍；⑤平衡電路，對(duì)單體電池電能狀態(tài)進(jìn)行平衡；⑥輸出信息，控制各個(gè)功能組塊，以數(shù)字的形式進(jìn)行輸出；⑦信息傳輸，BMS結(jié)構(gòu)各個(gè)組塊間信息的傳輸；⑧核心控制器，主要是對(duì)鋰離子電池狀態(tài)檢測(cè)到的參數(shù)進(jìn)行分析處理，并預(yù)估電池當(dāng)前狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)電池進(jìn)行相應(yīng)管理和控制，同時(shí)還具備預(yù)警以及一定程度的電池維護(hù)功能[1]。

1.2 鋰離子電池狀態(tài)SOC和SOH參數(shù)

BMS技術(shù)是通過對(duì)鋰離子電池狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控及檢測(cè)來展開估計(jì)和預(yù)測(cè)進(jìn)而管控電池充放電過程的，其核心就是對(duì)鋰離子電池狀態(tài)性能參數(shù)的監(jiān)測(cè)，即SOC和SOH的估算，這是BMS技術(shù)的關(guān)鍵。

1.2.1 鋰離子電池SOC估算

鋰離子電池SOC指的是電池剩余電池容量與其在充滿電量狀態(tài)下的電池兩者容量的比值，是鋰離子電池重要數(shù)據(jù)參數(shù)，也是BMS技術(shù)的核心參數(shù)，對(duì)鋰離子電池使用狀態(tài)和使用壽命有很大影響。SOC估算方法有放電實(shí)驗(yàn)法、電流積分法、開路電流法、負(fù)載電壓法、卡爾曼濾波法以及神經(jīng)網(wǎng)路法，其中電流積分法、卡爾曼濾波法以及開路電壓法這三種方法比較常用。三種方法進(jìn)行對(duì)比，電流積分法計(jì)算簡(jiǎn)便，不受鋰離子電池使用時(shí)間的限制，能對(duì)任一時(shí)間的鋰離子電池電量進(jìn)行估算，缺點(diǎn)是不適合鋰離子電池SOC動(dòng)態(tài)估算；開路電壓法適合放置時(shí)間較長(zhǎng)的鋰離子電池SOC參數(shù)估算，與電流計(jì)分法類似，不適用動(dòng)態(tài)鋰離子電池SOC參數(shù)估算，卡爾曼濾波法是一種最小均方最優(yōu)估算的方法，能有效調(diào)整修正鋰離子電池SOC初值[2]。

1.2.2 鋰離子電池SOH估算

SOH是表述電池當(dāng)前性能狀態(tài)的參數(shù)，表示的是鋰離子電池充滿電狀態(tài)容量與額定容量相比數(shù)值。隨著鋰離子電池充放電次數(shù)的增多，SOH數(shù)值將會(huì)逐漸減小。目前研究鋰離子電池SOH的方法主要有兩種：①閉環(huán)方法，基于鋰離子電池模型，通過一些方法對(duì)鋰離子電池同等條件的模型參數(shù)進(jìn)行辨別以及確定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)描述鋰離子電池SOH參數(shù)的目的；②開環(huán)方法從鋰離子電池老化角度通過對(duì)相關(guān)電阻和電壓數(shù)據(jù)的描述，進(jìn)而分析電池內(nèi)部產(chǎn)生的變化特性，最后對(duì)鋰離子電池容量以及電阻數(shù)據(jù)的變化做出預(yù)測(cè)。

1.3 BMS技術(shù)發(fā)展方向

未來BMS技術(shù)發(fā)展方向主要有這幾點(diǎn)：①能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池狀態(tài)估算與動(dòng)態(tài)化管理，在運(yùn)行中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、控制充放電、傳輸信息以及對(duì)電池的管理更加高效、智能；②實(shí)現(xiàn)鋰離子電池診斷、預(yù)估以及電池狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理；③BMS技術(shù)功能進(jìn)一步擴(kuò)大和復(fù)雜化，如識(shí)別鋰離子電池退化狀態(tài)、電池優(yōu)化等[3]。

2 鋰離子電池壽命預(yù)測(cè)方法

在實(shí)際應(yīng)用中，我們無法直接測(cè)量鋰離子電池的壽命，只能借助其他方法間接實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，而且當(dāng)前對(duì)于鋰離子電池退化研究還有待深入和完善，本文主要通過介紹RUL預(yù)測(cè)方法，來分析鋰離子電池壽命的預(yù)測(cè)。

鋰離子電池RUL的預(yù)測(cè)，即對(duì)鋰離子電池從現(xiàn)在到失效這段時(shí)間的預(yù)測(cè)，也就是對(duì)鋰離子電池剩余壽命的預(yù)測(cè)。常用的RUL預(yù)測(cè)方法主要有兩種。

2.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)法

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)法是依據(jù)電池性能和狀態(tài)測(cè)試以及檢測(cè)到的數(shù)據(jù)如鋰離子電池運(yùn)行狀態(tài)下電壓、電流、電阻以及溫度參數(shù)變化，通過分析總結(jié)來找出鋰離子電池性能退化或者失效時(shí)各種參數(shù)變化規(guī)律來對(duì)鋰離子電池壽命RUL進(jìn)行預(yù)測(cè)。該過程主要涉及時(shí)間序列、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及高斯過程回歸等。

2.2 模型法

2.2.1 經(jīng)驗(yàn)退化模型法

經(jīng)驗(yàn)退化模型法主要是依據(jù)鋰離子電池使用限制、電池的退化或失效機(jī)制進(jìn)行鋰離子電池RUL預(yù)測(cè)的，通過在鋰離子電池充電與放電機(jī)制和原理以及退化的鋰離子電池外在特征基礎(chǔ)上建立相關(guān)的鋰離子電池退化模型，如電化學(xué)退化模型將電池?zé)崮Ｐ团c鋰離子電池充電與放電過程中的容量變化結(jié)合，充分考量熱效應(yīng)、電解質(zhì)膜對(duì)鋰離子電池造成的影響，能有效實(shí)現(xiàn)鋰離子電池RUL預(yù)測(cè)，且準(zhǔn)確值較高。

2.2.2 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头?/p>

經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ㄊ且罁?jù)鋰離子電池過往使用信息進(jìn)行分析，建立反應(yīng)鋰離子電池性能以及狀態(tài)參數(shù)（包括電池容量、電壓、電阻等參數(shù)）隨時(shí)間變化趨勢(shì)模型來對(duì)鋰離子電池壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。如利用參數(shù)退化模型的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头?，通過無機(jī)離子濾波算法來預(yù)測(cè)鋰離子電池的剩余壽命。

2.3 RUL預(yù)測(cè)方法比較

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)法、經(jīng)驗(yàn)退化模型法、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ㄈN鋰離子電池RUL預(yù)測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比，其中，經(jīng)驗(yàn)退化模型法基于電池的化學(xué)及物理反應(yīng)來預(yù)測(cè)的，導(dǎo)致模型參數(shù)相對(duì)復(fù)雜變化多，而且很容易受環(huán)境因素影響；經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖鄬?duì)其他兩種方式，操作方法更為簡(jiǎn)便，但預(yù)測(cè)精確度不高，無法對(duì)電池容量衰退過程進(jìn)行確切描述；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)法相較于兩種模型法無需建立模型，可操作性更強(qiáng)，更具適用性，然而其以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，容易受初始參數(shù)影響。這三種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，因而在鋰離子電池RUL預(yù)測(cè)中，不妨將三種方法結(jié)合起來應(yīng)用，優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)更好更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。綜合預(yù)測(cè)方法應(yīng)用能有效提高鋰離子電池剩余壽命預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率，頗具實(shí)用性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)鋰離子電池狀態(tài)估算以及壽命預(yù)測(cè)方法相關(guān)研究進(jìn)行了詳細(xì)分析和總結(jié)，當(dāng)前鋰離子電池狀態(tài)估算以及壽命預(yù)測(cè)已取得一定成績(jī)，如BMS技術(shù)以及電池壽命RUL預(yù)測(cè)方法的研究。在鋰離子電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及預(yù)估方面，逐漸向智能化和實(shí)時(shí)評(píng)估、管控發(fā)展，而在電池剩余壽命預(yù)測(cè)方面，各種單一的方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，因而綜合性的預(yù)測(cè)方法應(yīng)是將來鋰離子電池壽命預(yù)測(cè)方法發(fā)展的方向。