CN104833919A - 动力电池健康状态的检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种动力电池健康状态的检测方法，包括以下步骤：选取参考电池和待测电池；分别获取待测电池和参考电池的初始电压，并以预设电流分别对待测电池和参考电池施加脉冲，经过预设时间后，停止对待测电池和参考电池施加脉冲，并分别获取待测电池和参考电池的当前电压；根据待测电池的初始电压、待测电池的当前电压和预设电流得到待测电池的内阻，以及根据参考电池的初始电压、参考电池的当前电压和预设电流得到参考电池的内阻；根据待测电池的内阻和参考电池的内阻得到待测电池的健康状态。本发明的方法能够简单、快速、准确地检测出待测电池的健康状态。本发明还提供了一种动力电池健康状态的检测系统。

Description

动力电池健康状态的检测方法及系统

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种动力电池健康状态的检测方法及系统。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优点，被广泛应用于电动汽车、储能、便携式电子等诸多领域中。而电池在使用或长时间搁置过程中，其放电容量会逐渐衰减。电池的寿命受工作环境温度、充放电制度、搁置时间长短影响较大。当电池容量衰减到一定程度不能满足使用要求时，需要进行更换。因此，在电池使用或长时间搁置过程中，需要及时、准确的了解电池的健康状态，以便对电池作出更好的管理。

电池的SOH(State Of Health，健康状态)一般定义为电池当前状态的放电容量与电池额定放电容量的比值，根据定义，目前计算电池SOH的主要方法即为通过直接放电法测量电池当前状态的放电容量，并与已知的电池额定放电容量相除来计算SOH。然而电池放电容量的测试需要对电池进行完整的充放电，这需要消耗一定的时间，同时电池放电容量受环境温度、放电电流、放电电压区间影响，如果不能保证测试条件与额定放电容量的条件一致的话则会造成一定的误差。另外，除了用直接放电法来计算SOH之外，还有通过建立电池模型来预测电池当前状态的容量，但是建立模型需要大量的数据和复杂的数学运算，同时预测精度也很难得到保证。此外，也有采用交流阻抗法获得电池的内阻来计算电池的SOH，即SOH＝(R_EOL-R)/(R_EOL-R_new)，其中R_EOL为电池寿命终结时的内阻，R_new为新电池的内阻，R为电池在该状态下的内阻，但是该方法需要预先通过试验得到电池寿命终结时的内阻，并且电池在不同使用过程中会导致寿命终结时内阻不一样，因此，将该公式用于其它电池的SOH计算时准确性较差，同时交流阻抗是采用小电流的激励信号，抗干扰能力差，准确性也较差。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种动力电池健康状态的检测方法，该方法能够简单、快速、准确地检测出待测电池的健康状态。

本发明的另一个目的在于提供一种动力电池健康状态的检测系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种动力电池健康状态的检测方法，包括以下步骤：选取参考电池和待测电池；分别获取所述待测电池和参考电池的初始电压，并以预设电流分别对所述待测电池和所述参考电池施加脉冲，经过预设时间后，停止对所述待测电池和所述参考电池施加脉冲，并分别获取所述待测电池和所述参考电池的当前电压；根据所述待测电池的初始电压、所述待测电池的当前电压和所述预设电流得到所述待测电池的内阻，以及根据所述参考电池的初始电压、所述参考电池的当前电压和所述预设电流得到所述参考电池的内阻；根据所述待测电池的内阻和所述参考电池的内阻得到所述待测电池的健康状态。

根据本发明实施例的动力电池健康状态的检测方法，对待测电池和参考电池分别施加脉冲，并记录脉冲过程开始和结束时的电压，并据此分别计算待测电池的内阻和参考电池的内阻，然后根据待测电池的内阻和参考电池的内阻计算得到待测电池的健康状态，换言之，即通过脉冲法测试电池的内阻来快速、有效地计算待测电池的健康状态。另外，由于电池内阻几乎不受电池荷电状态的影响，因而电池在任何荷电状态下均可进行脉冲法测试，实现了电池健康状态的实时检测。综上，该方法操作简单快捷、响应速度快、可靠性及准确性高。

另外，根据本发明上述实施例的动力电池健康状态的检测方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述待测电池的内阻和参考电池的内阻可通过如下公式计算得到，所述公式为：

R＝|V1-V2|/I，

R0＝|V3-V4|/I，

其中，R为所述待测电池的内阻，V1为所述待测电阻的初始电压，V2为所述待测电池的当前电压，R0为所述参考电池的内阻，V3为所述参考电池的初始电压，V4为所述参考电池的当前电压，I为预设电流。

在一些示例中，所述待测电池的健康状态可通过如下公式计算得到，所述公式为：

SOH＝1-(R-R0)/R0，

其中，SOH为所述待测电池的健康状态，R为所述待测电池的内阻，R0为所述参考电池的内阻。

在一些示例中，所述预设时间为0.2-5s。

在一些示例中，所述参考电池与所述待测电池具有相同型号和批次，所述参考电池为全新的电池。

本发明第二方面的实施例提供了一种动力电池健康状态的检测系统，包括：电压获取模块，用于分别获取预先选取的参考电池和待测电池的初始电压，并以预设电流分别对所述待测电池和所述参考电池施加脉冲，并在预设时间后，停止对所述待测电池和所述参考电池施加脉冲，并分别获取所述待测电池和所述参考电池的当前电压；内阻获取模块，用于根据所述待测电池的初始电压、所述待测电池的当前电压和所述预设电流得到所述待测电池的内阻，以及根据所述参考电池的初始电压、所述参考电池的当前电压和所述预设电流得到所述参考电池的内阻；健康状态获取模块，用于根据所述待测电池内阻和所述参考电池的内阻得到所述待测电池的健康状态。

根据本发明实施例的动力电池健康状态的检测系统，对待测电池和参考电池分别施加脉冲，并记录脉冲过程开始和结束时的电压，并据此分别计算待测电池的内阻和参考电池的内阻，然后根据待测电池的内阻和参考电池的内阻计算得到待测电池的健康状态，换言之，即通过脉冲法测试电池的内阻来快速、有效地计算待测电池的健康状态。另外，由于电池内阻几乎不受电池荷电状态的影响，因而电池在任何荷电状态下均可进行脉冲法测试，实现了电池健康状态的实时检测。综上，该系统具有结构简单、操作快捷、响应速度快、可靠性及准确性高的优点。

另外，根据本发明上述实施例的动力电池健康状态的检测系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述内阻获取模块通过如下公式计算得到所述待测电池的内阻和所述参考电池的内阻，所述公式为：

R＝|V1-V2|/I，

R0＝|V3-V4|/I，

其中，R为所述待测电池的内阻，V1为所述待测电阻的初始电压，V2为所述待测电池的当前电压，R0为所述参考电池的内阻，V3为所述参考电池的初始电压，V4为所述参考电池的当前电压，I为预设电流。

在一些示例中，所述健康状态获取模块通过如下公式计算得到所述待测电池的健康状态，所述公式为：

SOH＝1-(R-R0)/R0，

其中，SOH为所述待测电池的健康状态，R为所述待测电池的内阻，R0为所述参考电池的内阻。

在一些示例中，所述预设时间为0.2-5s。

在一些示例中，所述参考电池与所述待测电池具有相同型号和批次，所述参考电池为全新电池。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的动力电池健康状态的检测方法的流程图；以及

图2是根据本发明一个实施例的动力电池健康状态的检测系统结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的动力电池健康状态的检测方法及系统。

图1是根据本发明一个实施例的动力电池健康状态的检测方法的流程图。如图1所示，根据本发明一个实施例的动力电池健康状态的检测方法，包括以下步骤：

步骤S101，选取参考电池和待测电池。其中，在本发明的一个实施例中，参考电池和待测电池具有相同型号和批次，并且参考电池为全新的电池，更为具体地，参考电池例如为在出厂时通过一致性检测达标的标样电池，从而保证电池的一致性，使检测结果更加准确。在本发明的实施例中，参考电池和待测电池例如为锂电池。

步骤S102，分别获取待测电池和参考电池的初始电压，并以预设电流分别对待测电池和参考电池施加脉冲，经过预设时间后，停止对待测电池和参考电池施加脉冲，并分别获取待测电池和参考电池的当前电压。其中，预设时间例如为0.2-5s。在一些示例中，预设电流例如为2C-8C。另外，该过程中所施加的脉冲可以为充电脉冲，也可以为放电脉冲。

步骤S103，根据待测电池的初始电压、待测电池的当前电压和预设电流得到待测电池的内阻，以及根据参考电池的初始电压、参考电池的当前电压和预设电流得到参考电池的内阻。

具体而言，在本发明的一个实施例中，待测电池的内阻和参考电池的内阻可通过如下公式计算得到，该公式为：

R＝|V1-V2|/I，

R0＝|V3-V4|/I，

其中，R为待测电池的内阻，V1为待测电阻的初始电压，V2为待测电池的当前电压，R0为参考电池的内阻，V3为参考电池的初始电压，V4为参考电池的当前电压，I为预设电流。

需要说明的是，在上述示例中，预设时间越短，则计算出的待测电池的内阻和参考电池的内阻的值越准确。

步骤S104，根据待测电池的内阻和参考电池的内阻得到待测电池的健康状态。在本发明的一个实施例中，待测电池的健康状态可通过如下公式计算得到，该公式为：

SOH＝1-(R-R0)/R0，

其中，SOH为待测电池的健康状态，R为待测电池的内阻，R0为参考电池的内阻。通常而言，电池在使用过程中，随着使用时间的增加，其内阻会逐渐增大，因此，在上式中，待测电池的内阻R大于或等于参考电池的内阻R0。

进一步地，在一些示例中，SOH的值位于[0，1]之间，并且，SOH的值越小，则表明待测电池健康程度越差，SOH的越大，则表明待测电池的健康程度越好。在一些具体示例中，当SOH<0.5时，则判定待测电池健康状态较差，已经不适合继续使用，需要替换。当SOH≥0.7时，则判定待测电池的健康状态较好，不需要替换。而当SOH＝0时，即当待测电池的内阻达到参考电池的内阻的2倍时，则判定该待测电池已彻底失效。需要说明的是，上述示例中的0.5和0.7仅是出于示例性的目的，并不能理解为对本发明的限制。

为了便于理解，作为一个具体示例，以下结合实施例1、实施例2及对应的对比例1、对比例2对本发明上述的方法进行更具体的描述，其中实施例1和实施例2采用本发明实施例的方法进行检测，而对比例1和对比例2采用现有的常规测试方法。具体如下：

实施例1：

对一个额定容量为20Ah且已搁置2年的锰酸锂电池(即待测电池)施加5C(100A，即预设电流)脉冲放电电流，持续时间为1s(即预设时间)，并记录脉冲前后的电压，计算出该电池欧姆内阻R为1.74mΩ，并用同样方法计算出同批次且相同型号的标样电池(即参考电池)的欧姆内阻R0为1.50mΩ，则该电池的健康状态SOH＝1-(R-R0)/R0＝0.84。

对比例1：

将实施例1中搁置2年的电池以20A的电流恒流放电至截止电压2.75V，然后以20A的电流恒流充电至4.2V后转恒压充电直至电流降为2A，然后将该电池以20A的电流恒流放电至2.75V，并记录最后一次放电容量为17.24Ah，则根据SOH的定义，SOH＝当前状态放电容量/额定放电容量＝17.24/20＝0.862。

实施例2：

对已使用3年的一个额定容量为10Ah的磷酸铁锂电池施加6C(60A)脉冲放电电流，持续时间为2s，并记录脉冲前后的电压，进一步计算出该电池的欧姆内阻R为2.67mΩ，并用同样方法计算出同批次且相同型号的标样电池的欧姆内阻R0为2.01mΩ，则该电池的健康状态SOH＝1-(R-R0)/R0＝0.672。

对比例2：

将实施例2中已使用3年的电池以10A的电流恒流放电至截止电压为2.5V，然后以10A的电流恒流充电至3.65V后转恒压充电直至电流降为1A，然后将该电池以10A的电流恒流放电至2.5V，并记录最后一次放电容量为7.11Ah，则根据SOH的定义，SOH＝当前状态放电容量/额定放电容量＝7.11/10＝0.71。

实施例1、实施例2与对比例1、对比例2的比较结果如下表1所示：

表1

从表1可看出，实施例1和实施例2均为采用本发明上述实施例的方法的检测结果，对比例1和对比例2分别为相对应的采用现有方法的检测结果。实施例1相对于对比例1的检测结果，精确度提高了2.2％，实施例2相对于对比例2的检测结果，精确度提高了3.8％。因此，本发明实施例的方法具有更高的精确度，即测量结果更准确。

根据本发明实施例的动力电池健康状态的检测方法，对待测电池和参考电池分别施加脉冲，并记录脉冲过程开始和结束时的电压，并据此分别计算待测电池的内阻和参考电池的内阻，然后根据待测电池的内阻和参考电池的内阻计算得到待测电池的健康状态，换言之，即通过脉冲法测试电池的内阻来快速、有效地计算待测电池的健康状态。另外，由于电池内阻几乎不受电池荷电状态的影响，因而电池在任何荷电状态下均可进行脉冲法测试，实现了电池健康状态的实时检测。综上，该方法操作简单快捷、响应速度快、可靠性及准确性高。

本发明的进一步实施例还提供了一种动力电池健康状态的检测系统。

图2是根据本发明一个实施例的动力电池健康状态的检测系统的结构框图。如图2所示，根据本发明一个实施例的动力电池健康状态的检测系统200，包括：电压获取模块210、内阻获取模块220、和健康状态获取模块230。

具体而言，电压获取模块210用于分别获取预先选取的参考电池和待测电池的初始电压，并以预设电流分别对待测电池和参考电池施加脉冲，并在预设时间后，停止对待测电池和参考电池施加脉冲，并分别获取待测电池和参考电池的当前电压。

其中，在本发明的一个实施例中，参考电池和待测电池具有相同型号和批次，并且参考电池为全新的电池，更为具体地，参考电池例如为在出厂时通过一致性检测达标的标样电池，从而保证电池的一致性，使检测结果更加准确。在本发明的实施例中，参考电池和待测电池例如为锂电池。预设时间例如为0.2-5s。在一些示例中，预设电流例如为2C-8C。另外，该过程中所施加的脉冲可以为充电脉冲，也可以为放电脉冲。

内阻获取模块220用于根据待测电池的初始电压、待测电池的当前电压和预设电流得到待测电池的内阻，以及根据参考电池的初始电压、参考电池的当前电压和预设电流得到参考电池的内阻。

具体而言，在本发明的一个实施例中，内阻获取模块220通过如下公式计算得到待测电池的内阻和参考电池的内阻，该公式为：

R＝|V1-V2|/I，

R0＝|V3-V4|/I，

其中，R为待测电池的内阻，V1为待测电阻的初始电压，V2为待测电池的当前电压，R0为参考电池的内阻，V3为参考电池的初始电压，V4为参考电池的当前电压，I为预设电流。

需要说明的是，在上述示例中，预设时间越短，则计算出的待测电池的内阻和参考电池的内阻的值越准确。

健康状态获取模块230用于根据待测电池内阻和参考电池的内阻得到待测电池的健康状态。在本发明的一个实施例中，健康状态获取模块230通过如下公式计算得到待测电池的健康状态，该公式为：

SOH＝1-(R-R0)/R0，

其中，SOH为待测电池的健康状态，R为待测电池的内阻，R0为参考电池的内阻。通常而言，电池在使用过程中，随着使用时间的增加，其内阻会逐渐增大，因此，在上式中，待测电池的内阻R大于或等于参考电池的内阻R0。

进一步地，在一些示例中，SOH的值位于[0，1]之间，并且，SOH的值越小，则表明待测电池健康程度越差，SOH的越大，则表明待测电池的健康程度越好。在一些具体示例中，当SOH<0.5时，则判定待测电池健康状态较差，已经不适合继续使用，需要替换。当SOH≥0.7时，则判定待测电池的健康状态较好，不需要替换。而当SOH＝0时，即当待测电池的内阻达到参考电池的内阻的2倍时，则判定该待测电池已彻底失效。需要说明的是，上述示例中的0.5和0.7仅是出于示例性的目的，并不能理解为对本发明的限制。

对该动力电池健康状态的检测系统200的具体示例性描述参见上述对本发明的方法的示例性描述部分，此处不再赘述。

根据本发明实施例的动力电池健康状态的检测系统，对待测电池和参考电池分别施加脉冲，并记录脉冲过程开始和结束时的电压，并据此分别计算待测电池的内阻和参考电池的内阻，然后根据待测电池的内阻和参考电池的内阻计算得到待测电池的健康状态，换言之，即通过脉冲法测试电池的内阻来快速、有效地计算待测电池的健康状态。另外，由于电池内阻几乎不受电池荷电状态的影响，因而电池在任何荷电状态下均可进行脉冲法测试，实现了电池健康状态的实时检测。综上，该系统具有结构简单、操作快捷、响应速度快、可靠性及准确性高的优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种动力电池健康状态的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

选取参考电池和待测电池；

分别获取所述待测电池和参考电池的初始电压，并以预设电流分别对所述待测电池和所述参考电池施加脉冲，经过预设时间后，停止对所述待测电池和所述参考电池施加脉冲，并分别获取所述待测电池和所述参考电池的当前电压；

根据所述待测电池的初始电压、所述待测电池的当前电压和所述预设电流得到所述待测电池的内阻，以及根据所述参考电池的初始电压、所述参考电池的当前电压和所述预设电流得到所述参考电池的内阻；

根据所述待测电池的内阻和所述参考电池的内阻得到所述待测电池的健康状态。

2.根据权利要求1所述的动力电池健康状态的检测方法，其特征在于，所述待测电池的内阻和参考电池的内阻可通过如下公式计算得到，所述公式为：

R＝|V1-V2|/I，

R0＝|V3-V4|/I，

其中，R为所述待测电池的内阻，V1为所述待测电阻的初始电压，V2为所述待测电池的当前电压，R0为所述参考电池的内阻，V3为所述参考电池的初始电压，V4为所述参考电池的当前电压，I为预设电流。

3.根据权利要求2所述的动力电池健康状态的检测方法，其特征在于，所述待测电池的健康状态可通过如下公式计算得到，所述公式为：

SOH＝1-(R-R0)/R0，

其中，SOH为所述待测电池的健康状态，R为所述待测电池的内阻，R0为所述参考电池的内阻。

4.根据权利要求1所述的动力电池健康状态的检测方法，其特征在于，所述预设时间为0.2-5s。

5.根据权利要求1-4任一项所述的动力电池健康状态的检测方法，其特征在于，所述参考电池与所述待测电池具有相同型号和批次，所述参考电池为全新的电池。

6.一种动力电池健康状态的检测系统，其特征在于，包括：

电压获取模块，用于分别获取预先选取的参考电池和待测电池的初始电压，并以预设电流分别对所述待测电池和所述参考电池施加脉冲，并在预设时间后，停止对所述待测电池和所述参考电池施加脉冲，并分别获取所述待测电池和所述参考电池的当前电压；

内阻获取模块，用于根据所述待测电池的初始电压、所述待测电池的当前电压和所述预设电流得到所述待测电池的内阻，以及根据所述参考电池的初始电压、所述参考电池的当前电压和所述预设电流得到所述参考电池的内阻；

健康状态获取模块，用于根据所述待测电池内阻和所述参考电池的内阻得到所述待测电池的健康状态。

7.根据权利要求6所述的动力电池健康状态的检测系统，其特征在于，所述内阻获取模块通过如下公式计算得到所述待测电池的内阻和所述参考电池的内阻，所述公式为：

R＝|V1-V2|/I，

R0＝|V3-V4|/I，

其中，R为所述待测电池的内阻，V1为所述待测电阻的初始电压，V2为所述待测电池的当前电压，R0为所述参考电池的内阻，V3为所述参考电池的初始电压，V4为所述参考电池的当前电压，I为预设电流。

8.根据权利要求7所述的动力电池健康状态的检测系统，其特征在于，所述健康状态获取模块通过如下公式计算得到所述待测电池的健康状态，所述公式为：

SOH＝1-(R-R0)/R0，

其中，SOH为所述待测电池的健康状态，R为所述待测电池的内阻，R0为所述参考电池的内阻。

9.根据权利要求6所述的动力电池健康状态度的检测系统，其特征在于，所述预设时间为0.2-5s。

10.根据权利要求6-9任一项所述的动力电池健康状态的检测系统，其特征在于，所述参考电池与所述待测电池具有相同型号和批次，所述参考电池为全新电池。