CN104569847A - 一种锂电池性能评估方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂电池性能评估方法及装置，方法包括：获取锂电池的运行数据；根据被测锂电池的有效状态对所述运行数据进行过滤生成有效运行数据；根据预存储的锂电池性能评估算法对所述有效运行数据进行处理生成锂电池的能量效率指标数据；根据所述能量效率指标数据生成锂电池性能评估结果。发明可快速、准确的判定锂电池的运行性能，可对锂电池健康衰退状态、趋势进行快速、科学的预测。在防止锂电池失效的同时，最大限度地降低安全隐患、发挥电性能、延长维护周期以及减少全寿命维护成。

Description

一种锂电池性能评估方法及装置

技术领域

本发明涉及电池性能检测技术，具体的讲是一种锂电池性能评估方法及装置。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、循环次数多、存储时间长等优点，目前不仅在便携式电子设备如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，也正越来越多的应用在大规模储能、电动汽车、电动工具等大型电动设备领域，对保障电池安全、可靠运行的需求越来越迫切。锂电池在其全寿命周期内会出现电性能以及安全性能退化，并表现出各种不同的运行状态。如果规模化应用的锂离子电池系统中某些电池偏离了正常的运行状态即处于亚健康状态或故障状态，就会给整个系统带来严重的安全隐患，而这些非正常状态通过简单的监控很难做到及时准确的判断和预警。

影响锂电池性能的因素和指标较多并有机综合，单个指标不能全面、真实地反映其运行性能状态，同时不同指标之间的耦合关系复杂，不能简单明了地对其运行性能状态进行客观、全面地评估，国内外也还没有专门针对锂电池运行性能综合评估的指标体系和评估方法。一般评测电池性能的因素包括：电池容量、电池内阻、电池电压、电池电流和温度等。由于技术和成本限制对有些变量还并不能做到实时获取和监测如电池内阻，所以目前的评估方法也多是以抽样的形式定期对个别变量结合数学模型进行分析，而且其总结的数学模型也多是基于经验值，并不能从本质上实现对电池运行状态的实时监测，无法满足锂离子电池规模化应用对电池运行状态做出快速、科学评估的要求。

锂离子电池的电性能和安全性能的退化，其本质是电池内部化学反应的恶化，此外，现有技术对当前电池应用过程中的监控和管理策略只能针对其外特性参数和表观现象，而并没有针对真正引起电池运行状态变化的核心特征参数，造成了评估结果的低可信度，所以目前仍然无法保证锂离子电池的绝对安全。

发明内容

为了对锂电池的健康衰退状态进行持续地监测、快速且科学的评估和预测，本发明实施例提供了一种锂电池性能评估方法，包括：

获取锂电池的运行数据；

根据被测锂电池的状态参数对所述运行数据进行过滤生成有效运行数据；

根据预存储的锂电池性能评估算法对所述有效运行数据进行处理生成锂电池的能量效率指标数据；

根据所述能量效率指标数据生成锂电池性能评估结果。

此外，本发明还提供了一种锂电池性能评估装置，包括：

数据获取模块，用于获取锂电池的运行数据；

过滤模块，用于根据被测锂电池的状态参数对所述运行数据进行过滤生成有效运行数据；

指标数据生成模块，用于根据预存储的锂电池性能评估算法对所述有效运行数据进行处理生成锂电池的能量效率指标数据；

评估模块，根据所述能量效率指标数据生成锂电池性能评估结果。

本发明可快速、准确的判定锂电池的运行性能是否达到设计标准，是否处于亚健康状态，可对锂电池健康衰退状态、趋势进行快速、科学的预测。根据评估结果判定锂电池是否需要状态检修，并按需制定维护计划，在防止锂电池失效的同时，最大限度地降低安全隐患、发挥电性能、延长维护周期以及减少全寿命维护成本。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种锂电池性能评估方法的流程图；

图2为本发明一种锂电池性能评估装置的框图；

图3为本发明实施例的数据流程图；

图4为本发明实施例中锂电池的能量效率指标散点曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种锂电池性能评估方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S101，获取锂电池的运行数据；其中，锂电池的运行数据包括：充电电流、充电电压、放电电流、放电电压、充电起始时间、充电结束时间、放电起始时间以及放电结束时间。

步骤S102，根据被测锂电池的有效状态对所述运行数据进行过滤生成有效运行数据；

步骤S103，根据预存储的锂电池性能评估算法对所述有效运行数据进行处理生成锂电池的能量效率指标数据；

步骤S104，根据所述能量效率指标数据生成锂电池性能评估结果。

锂电池的能量效率指标数据为锂电池储能能量效率，上述的预存储的锂电池性能评估算法为：

${\mathrm{\η}}_E=\frac{E_d}{E_c}=\frac{{\∫}_{t_3}^{t_4}{I}_o{U}_o\mathrm{dt}}{{\∫}_{t_1}^{t_2}{I}_i{U}_i\mathrm{dt}}\×100\%$

其中，η_E为锂电池储能能量效率；

E_d为侧释放的电能，KWh；

E_c为充入的电能，KWh；

I_i为充电电流，A；

I_o为放电电流，A；

U_i为充电电压，V；

U_o为放电电压，V；

t₁为充电起始时间，h；

t₂为充电结束时间，h；

t₃为放电开始时间，h；

t₄为放电结束时间，h。

此外，本发明还公开了一种锂电池性能评估装置，如图2所示，装置包括：

数据获取模块201，用于获取锂电池的运行数据；

过滤模块202，用于根据被测锂电池的状态参数对所述运行数据进行过滤生成有效运行数据；

指标数据生成模块203，用于根据预存储的锂电池性能评估算法对所述有效运行数据进行处理生成锂电池的能量效率指标数据；

评估模块204，根据所述能量效率指标数据生成锂电池性能评估结果。

数据获取模块201从储能锂电池管理系统获取锂电池的运行数据。

本发明通过在线或者离线的方式从储能锂电池管理系统(BMS)中获取运行数据(电压、电流等)，结合电池的运行状态数据即锂电池的有效状态剔除在非正常运行状态(如：故障等)的数据，然后运用高级的锂电池电性能数学算法对过滤后的数据进行处理(包括：微积分、能量效率计算等)得出锂电池在实际使用过程中的能量效率指标。借助第三方绘图工具(如：Excel、MATLAB等)即可得到锂电池整个生命历程中能量效率指标的散点图，然后通过线性回归分析即可得到能量效率变化曲线。此时，锂电池运维人员只需要借助锂电池能量效率散点分布与正常状态能量效率指标的位置关系即可快速、准确的判定其运行性能是否达到设计标准，是否处于亚健康状态，借助能量效率变化曲线即可对锂电池健康衰退状态、趋势进行快速、科学的预测。根据评估结果判定锂电池是否需要状态检修，并按需制定维护计划，在防止锂电池失效的同时，最大限度地降低安全隐患、发挥电性能、延长维护周期以及减少全寿命维护成本。

下面结合具体的实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明：

图3为本实施例的数据流程图：通过在线或者离线的方式从储能锂电池管理系统(BMS)中获取运行数据(电压、电流等)，结合电池的有效运行状态数据剔除在非正常运行状态(如：故障等)的数据，然后运用锂电池电性能数学算法对过滤后的数据进行处理(包括：微积分、能量效率计算等)得出锂电池在实际使用过程中的能量效率指标。借助第三方绘图工具(如：Excel、MATLAB等)即可得到锂电池整个生命历程中能量效率指标的散点图，如图4所示为本实施例中锂电池的能量效率指标散点图和曲线图，然后通过线性回归分析即可得到能量效率变化曲线。此时，锂电池运维人员只需要借助锂电池能量效率散点分布与正常状态能量效率指标的位置关系即可快速、准确的判定其运行性能是否达到设计标准，是否处于亚健康状态，借助能量效率变化曲线即可对锂电池健康衰退状态、趋势进行快速、科学的预测。根据评估结果判定锂电池是否需要状态检修，并按需制定维护计划，在防止锂电池失效的同时，最大限度地降低安全隐患、发挥电性能、延长维护周期以及减少全寿命维护成本。

本实施例中的锂电池能量效率指标(η_E)计算方法和评判标准：

1)数据源

本实施例的储能电池输入(输出)电流有效数据点可从设备厂家监控系统的报表中获取；

有效数据点的筛选条件：有功功率大于(阈值0.4)并且在非功率控制状态；

储能电池充(放)电的开始时间和结束时间可从设备厂家监控系统的报表中获取；

2)算法

储能单元能量效率(η_E)定义为储能单元在正常工作时，以其荷电状态SOC在20％～80％间进行一次完整充放电为一个计算周期，储能系统释放电能与充入电能的百分比，即：

${\mathrm{\η}}_E=\frac{E_d}{E_c}=\frac{{\∫}_{t_3}^{t_4}{I}_o{U}_o\mathrm{dt}}{{\∫}_{t_1}^{t_2}{I}_i{U}_i\mathrm{dt}}\×100\%$

E_d—储能系统PCS交流侧释放的电能，KWh；

E_c—储能系统PCS交流侧充入的电能，KWh；

I_i—储能系统PCS交流侧充电电流，A；

I_o—储能系统PCS交流侧放电电流，A；

U_i—储能系统PCS交流侧充电电压，V；

U_o—储能系统PCS交流侧放电电压，V；

t₁—充电起始时间，此时SOC为20％，h；

t₂—充电结束时间，此时SOC为80％，h；

t₃—放电开始时间，此时SOC为80％，h；

t₄—放电结束时间，此时SOC为20％，h；

3)建议评判标准：

储能单元能量效率(η_E)可按照实际情况设定，本实施例推荐标准阈值如下：

正常：η_E>90％；

亚健康：80％<η_E<90％；

严重：η_E<80％；

性能评估原理：如图4所示，查看锂电池能量效率指标在标准阈值中所处的区间，(如前述建议评估方法所述)则可判定当前锂电池性能所处的状态：正常状态、亚健康状态、严重状态。查看锂电池能量效率曲线变化趋势(往正常状态、亚健康或严重状态方向变化)即可对锂电池健康衰退状态、趋势进行快速、科学的预测。根据评估结果判定锂电池是否需要状态检修，并按需制定维护计划。

本发明将最能反映电池性能的锂电池能量效率指标进行深层次数学处理和分析，锂电池运维人员只需要借助锂电池能量效率散点分布与正常状态能量效率指标的位置关系即可快速、准确的判定其运行性能是否达到设计标准，是否处于亚健康状态，借助能量效率变化曲线即可对锂电池健康衰退状态、趋势进行快速、科学的预测。根据评估结果判定锂电池是否需要状态检修，并按需制定维护计划，在防止锂电池失效的同时，最大限度地降低安全隐患、发挥电性能、延长维护周期以及减少全寿命维护成本。本发明的数据处理流程简单，性能评估方法原理和使用方法借助用户容易理解的散点图和曲线图，便于用户理解和实施。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种锂电池性能评估方法，其特征在于，所述的方法包括：

获取锂电池的运行数据；

根据被测锂电池的有效状态对所述运行数据进行过滤生成有效运行数据；

根据预存储的锂电池性能评估算法对所述有效运行数据进行处理生成锂电池的能量效率指标数据；

根据所述能量效率指标数据生成锂电池性能评估结果。

2.如权利要求1所述的锂电池性能评估方法，其特征在于，所述的方法包括：

从储能锂电池管理系统获取锂电池的运行数据。

3.如权利要求2所述的锂电池性能评估方法，其特征在于，所述的锂电池的运行数据包括：充电电流、充电电压、放电电流、放电电压、充电起始时间、充电结束时间、放电起始时间以及放电结束时间。

4.如权利要求1或3所述的锂电池性能评估方法，其特征在于，所述的预存储的锂电池性能评估算法为：

${\mathrm{\&eta;}}_E=\frac{E_d}{E_c}=\frac{{\&Integral;}_{t_3}^{t_4}{I}_o{U}_o\mathrm{dt}}{{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}{I}_i{U}_i\mathrm{dt}}\&times;100\%$

其中，η_E为锂电池储能能量效率；

E_d为侧释放的电能，KWh；

E_c为充入的电能，KWh；

I_i为充电电流，A；

I_o为放电电流，A；

U_i为充电电压，V；

U_o为放电电压，V；

t₁为充电起始时间，h；

t₂为充电结束时间，h；

t₃为放电开始时间，h；

t₄为放电结束时间，h。

5.如权利要求4所述的锂电池性能评估方法，其特征在于，所述的锂电池的能量效率指标数据为锂电池储能能量效率。

6.一种锂电池性能评估装置，其特征在于，所述的装置包括：

数据获取模块，用于获取锂电池的运行数据；

过滤模块，用于根据被测锂电池的有效状态对所述运行数据进行过滤生成有效运行数据；

指标数据生成模块，用于根据预存储的锂电池性能评估算法对所述有效运行数据进行处理生成锂电池的能量效率指标数据；

评估模块，根据所述能量效率指标数据生成锂电池性能评估结果。

7.如权利要求6所述的锂电池性能评估装置，其特征在于，所述的数据获取模块从储能锂电池管理系统获取锂电池的运行数据。

8.如权利要求7所述的锂电池性能评估装置，其特征在于，所述的锂电池的运行数据包括：充电电流、充电电压、放电电流、放电电压、充电起始时间、充电结束时间、放电起始时间以及放电结束时间。

9.如权利要求6或8所述的锂电池性能评估装置，其特征在于，所述的预存储的锂电池性能评估算法为：

${\mathrm{\&eta;}}_E=\frac{E_d}{E_c}=\frac{{\&Integral;}_{t_3}^{t_4}{I}_o{U}_o\mathrm{dt}}{{\&Integral;}_{t_1}^{t_2}{I}_i{U}_i\mathrm{dt}}\&times;100\%$

其中，η_E为锂电池储能能量效率；

E_d为侧释放的电能，KWh；

E_c为充入的电能，KWh；

I_i为充电电流，A；

I_o为放电电流，A；

U_i为充电电压，V；

U_o为放电电压，V；

t₁为充电起始时间，h；

t₂为充电结束时间，h；

t₃为放电开始时间，h；

t₄为放电结束时间，h。

10.如权利要求9所述的锂电池性能评估装置，其特征在于，所述的锂电池的能量效率指标数据为锂电池储能能量效率。