锂离子电池荷电状态与健康状态估计方法

第 42 卷 第 5 期 发 电 技 术 Vol. 42 No. 5 2021 年 10 月 Power Generation Technology Oct. 2021 DOI：10.12096/j.2096-4528.pgt.21074 中图分类号：TK 02 锂离子电池荷电状态与健康状态估计方法 李沂洹 1，李慷 1*, 余渐 2 （1．利兹大学电子电气工程学院，英国 利兹 LS2 9JT；2．苏格兰电力公司，英国 格拉斯哥 G2 5AD） Estimation Approaches for States of Charge and Health of Lithium-ion Battery LI Yihuan1, LI Kang1*, YU James2 (1. School of Electrical and Electronic Engineering, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, UK; 2. SP Energy Networks, Glasgow G2 5AD, UK) 摘要：电池储能系统是实现碳中和最重要、最有效的手段之一，其大规模应用对电池运行过程中的安全性提出了更高的要求。实时准确的电池状态估计为保障电池的安全稳定运行提供重要信息，是电池管理系统(battery management system，BMS)的一项重要功能。然而，由于复杂的操作条件和电池内部的电化学反应，很难准确地评估电池的内部状态。针对电池荷电状态(state of charge，SOC)和健康状态(state of health，SOH) 这 2 个电池系统中的重要参数，系统回顾了当前常用的 SOC 和 SOH 估计方法，总结了各种方法的特点及其在实际应用中所面临的主要挑战，并在此基础上对电池 SOC 和 SOH 估计技术未来的发展提出展望，为电池状态估计技术的进一步研究提供参考依据。 关键词：锂离子电池；储能；状态估计；电池管理系统(BMS) ABSTRACT: Battery energy storage system is one of the most important and effective means to achieve carbon neutrality, its large-scale applications put forward higher requirements for the battery operating safety. Accurate and real-time battery state estimation is an important function of battery management systems, and it provides critical information for ensuring safe and reliable operation of batteries. However, it is not an easy task to accurately estimate the battery internal state due to the complex operating conditions and the complicated electrochemical reactions inside the battery. This paper provided a systematic review of the state-of-the-art techniques on the state of charge (SOC) and state of health (SOH) estimation of batteries. The advantages and main challenges existing in 基 金 项 目 ： 英 国 工 程 与 自 然 科 学 研 究 理 事 会 项 目(EP/R030243/1)。 Project Supported by Engineering and Physical Sciences Research Council (EP/R030243/1). practical applications of different techniques were analyzed and compared. Then, the future development needs for battery SOC and SOH estimation techniques were prospected, which provides references for further research in battery state estimation KEY WORDS: lithium-ion battery; energy storage; state estimation; battery management system (BMS) 0 引言 为了应对全球气候变化与能源供应短缺，中国、欧盟、英国以及其他 110 多个国家承诺在未来 3040 年内实现净零排放。交通和电力是温室气体排放的 2 个首要行业，电池储能技术的大规模应用可以促进交通运输的电气化和可再生能源的接入与消纳，从而在加速交通运输和电力行业实现碳中和的进程中发挥重要作用[1-2]。根据文 献[3]的报告，到 2040 年，预计行驶在路上的电动汽车总数将达到 1.5 亿9 亿辆，全球固定式储能累计装机容量预计将达到 1 300 GW·h。电池储能作为其中的重要组成部分，随着电动车和电网储能规模的日益扩大，...