CN103728563A - 一种电池健康状态的测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池健康状态的测算方法，包括以下步骤：对电池进行多次记录，测量每一阶段的充入容量变化?Q_{m_n}和累计充入的容量AH_{m_n}；查找记录数据中的两个?Q_{m_n}峰值，并计算两个?Q_{m_n}峰值所对应的两个容量之间的容量差?AH_m；查询SOC表获得两个?Q_{m_n}峰值对应的SOC，计算当前各个单体电池的容量Q_{now_m}；查询各单体电池的原始容量Q_{new_m}；计算SOH_m=Q_{now_m}/Q_{new_m}。本发明无需进行大量的电池参数测试，简单易行，可以利用电池管理系统实现对每一个单体的SOH在线估算；快速获得单体电池的SOH便于对单体电池进行维护或者更换，延长整个电池组的使用寿命。

Description

一种电池健康状态的测算方法

技术领域

本发明涉及一种电池健康状态的测算方法。

背景技术

锂电池的健康状态（SOH）是反应电池性能和寿命的重要状态。它描述锂电池的不可逆反应，是个缓慢变化的量。随着锂电池组充放电次数的增加，电池逐渐衰退老化，电池健康状态差异将会逐渐体现。如果能够及时的跟踪监测锂电池的健康状态情况，对健康状态下降达到临界值的单体电池予以更换，则可以极大地延长整个锂电池组的使用寿命。

锂电池的健康状态与内阻、电池容量、电池使用温度、充放电倍率、充放电深度等因素有关，目前用于估算电池健康状态的方法主要有：（1）直接放电法：利用测试设备，让电池组从充满到放空一次，测试放出的电量。这种方法需要离线测试电池的 SOH，测试设备笨重，测试时间太长，这对车用实际应用比较困难。（2）内阻法：主要是通过建立内阻与 SOH 之间的关系来估算 SOH。电池内阻和 SOH 之间存在一定的对应关系，随电池使用时间的增长，电池内阻在增加，将影响电池容量，从而可以估算 SOH。但是电池使用初期电池内阻变化不明显，电池衰减到一定程度以后，电池内阻才会有较明显的变化；且电池内阻很小，一般是毫欧级，属于小信号，要想准确测量电池内阻也比较困难；此外电池内阻与SOH的关系目前没有明确的对应数据，难以进行换算。 因此这种方法也不适用于实际估算。（3）电池模型法，根据电池电化学原理建立电池模型，测试电池容量、阻抗、内阻、开路电压等参数，运用复杂算法确定各参数和SOH间的关系。这种方法需要测试大量电池参数，建立准确的电池模型，形式经验公式等，对于不同电池来说，难以在线测量电池参数，不同电池参数和模型不大一样，因此不具有普遍性。

此外，目前的SOH估算没有对电池组中各单体的SOH进行同时估算的方法，不便于及早发现电池健康状态较差的单体，进行更换。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种测算电池健康状态的设计方案。

一种电池健康状态的测算方法，包括以下步骤：

（1）当电池进行充电时，对电池进行多次记录，测量每一阶段的充入容量变化∆Q_{m_n}和累计充入的容量AH_{m_n}，其中，m为某一单体电池，n为该单体电池当前记录的次数。

（2）查找记录数据中的两个∆Q_{m_n}峰值，并计算两个∆Q_{m_n}峰值所对应的两个容量之间的容量差∆AH_m。

（3）查询SOC表，获得两个∆Q_{m_n}峰值对应的SOC，根据上述获得的数据计算当前各个单体电池的容量Q_{now_m}。

（4）查询各个单体电池的原始容量Q _{new_m}；计算电池的健康状态：

SOH= Q_{now_m}/Q _{new_m}。

所述对电池进行多次记录的方法为：监测充电时的单体电池电压，记录电压变化量，当每次电压变化量等于预设的阈值∆V时进行一次记录。

所述SOC表为∆Q_{m_n}值与SOC值的对应表。

所述Q_{now_m}的计算方法为：Q_{now_m}=∆AH_m /(SOC_{m_k}- SOC_{m_l})；其中，SOC_{m_k}、SOC_{m_l}为单体电池m两个∆Q_{m_n}峰值所对应的两个SOC值。

综上所述，本发明具有以下有益效果：（1）无需进行大量的电池参数测试，简单易行，可以利用电池管理系统实现对每一个单体的SOH在线估算；（2）快速获得单体电池的SOH便于对单体电池进行维护或者更换，延长整个电池组的使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述电池健康状态的测算方法示意图；

图2为本发明所述的∆ Q/ ∆ V曲线示意图；

图3为本发明所述的∆ SOC/ SOC曲线示意图。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员能够更好地了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的阐述。

本发明揭示了一种电池健康状态的测算方法，包括以下步骤：（1）当电池进行充电时，对电池进行多次记录，测量每一阶段的充入容量变化∆Q_{m_n}和累计充入的容量AH_{m_n}，其中，m为某一单体电池，n为该单体电池当前记录的次数。（2）查找记录数据中的两个∆Q_{m_n}峰值，并计算两个∆Q_{m_n}峰值所对应的两个容量之间的容量差∆AH_m。（3）查询SOC表，获得两个∆Q_{m_n}峰值对应的SOC，根据上述获得的数据计算当前各个单体电池的容量Q_{now_m}。（4）查询各个单体电池的原始容量Q _{new_m}；计算电池的健康状态：

SOH= Q_{now_m}/Q _{new_m}。

当电池组电量低后，需要对电池组进行充电，在电池组充电的过程中，单体电池的电压逐渐上升，在线测量电池的电压和电流,等间隔的得到一组电压∆ V （本实施例中取10mV），并将电流在每个∆ V 的时间区间上积分得到一组∆ Q ，建立 ∆ Q/ ∆ V 曲线，如图1所示，可以反应出电池在不同电极电势点上的可充容量的能力。

电池的∆SOC/SOC曲线反应的是电池内部电化学的特性，曲线中有两个明显的峰值。峰值的大小与电池充电倍率，循环次数有关系，但是峰值对应的SOC是基本不变的， ∆SOC/SOC曲线如图2所示。利用这一特性，可以对电池的SOH进行估算。

在充电的过程中，实时测量各单体电压的变化以及累积充入电池的容量。当单体电池m电压变化量等于∆V（10mV）时，记录对应的充入容量变化∆Q_{m_n}和累积充入的容量AH_{m_n}（n代表记录的次数）。在整个充电过程中都进行记录，直至充电完成，电池充满电为止，此时可获得一些列的∆Q_{m_1}，∆Q_{m_2}，∆Q_{m_3}，……∆Q_{m_n}，以及AH_{m_1}，AH_{m_2}，AH_{m_3}，……，AH_{m_n}。设各单体电池第k次和第l次记录的∆Q_{m_k}、∆Q_{m_l}均为峰值，两个∆Q之间的容量差为∆AH_m= AH_{m_k} - AH_{m_l} 。

由于峰值对应的SOC值是基本不变的，因此，峰值与SOC值可以形成一个查询表。根据查询表可以获得∆Q_{m_k}、∆Q_{m_l}所对应的SOC值SOC_{m_k}和SOC_{m_l}。根据所获得的各个可以计算单体电池m当前的容量Q_{now_m}=∆AH_m/（SOC_{m_k}-SOC_{m_l}）。因此单体电池m的健康状态：

SOH_m= Q_{now_m}/Q _{new_m} =（AH_{m_k} - AH_{m_l}）/[(SOC_{m_k}-SOC_{m_l}) Q _{new_m}]。

通过本专利电池管理系统可以很快速简单地获取单体电池的SOH，随时对单体电池的SOH进行监控，以便发出告警、提醒人员对相应的单体进行维护或者更换等操作。

本实施例只是本发明的较优实施方式，未进行详细描述的部分均采用公知的成熟技术。需要说明的是，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1. 一种电池健康状态的测算方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）当电池进行充电时，对电池进行多次记录，测量每一阶段的充入容量变化∆Q_{m_n}和累计充入的容量AH_{m_n}，其中，m为某一单体电池，n为该单体电池当前记录的次数；

（2）查找记录数据中的两个∆Q_{m_n}峰值，并计算两个∆Q_{m_n}峰值所对应的两个容量之间的容量差∆AH_m；

（3）查询SOC表，获得两个∆Q_{m_n}峰值对应的SOC，根据上述获得的数据计算当前各个单体电池的容量Q_{now_m}；

（4）查询各个单体电池的原始容量Q _{new_m}；计算电池的健康状态

SOH _m = Q_{now_m}/Q _{new_m}。

2. 根据权利要求1所述的一种电池健康状态的测算方法，其特征在于，所述对电池进行多次记录的方法为：监测充电时的单体电池电压，记录电压变化量，当每次电压变化量等于预设的阈值∆V时进行一次记录。

3. 根据权利要求2所述的一种电池健康状态的测算方法，其特征在于，所述SOC表为∆Q_{m_n}值与SOC值的对应表。

4. 根据权利要求3所述的一种电池健康状态的测算方法，其特征在于，所述Q_{now_m}的计算方法为：Q_{now_m}=∆AH_m /(SOC_{m_k}- SOC_{m_l})；

其中，SOC_{m_k}、SOC_{m_l}为单体电池m两个∆Q_{m_n}峰值所对应的两个SOC值。

Images