CN105203965B - 一种储能电池检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种储能电池检测方法，涉及电池管理技术领域。解决了现有电池组检测技术无法检测电池组在实际工作条件下的工作性能的问题。该方法通过对电池组在给定的工况条件和设定好的测试步骤：包括静止5分钟，恒流放电至放电截止电压U1，静止1小时，恒流充电至充电截止电压U2，恒压充电至电流小于充电截止电流，静止1小时，工况条件下放电至截止电压U3，0.05C恒流放电至截止电压U4，0.5C恒流放电至放电截止电压U1下进行，通过在检测中测得参数(包括端电压、总电流)和在线参数识别方法可以得到电池模块评价参数(包括开路电压、极化内阻、极化电容、欧姆内阻、容量参数、功率参数)，从而利用这些参数对电池组进行评价。它主要用于对电池组进行检测。
Description
技术领域
本发明属于电池管理技术领域。
背景技术
在电动汽车为代表的电化学储能领域快速发展的同时,如何检测储能电池组性能就显得极其的重要，现有的电池组检测技术和方法检测周期较长，难以在短时间内给出检测参数，不能结合电池实际的工作情况，测试工况单一且和实际情况不相符合，最终得到的检测参数不能真实反映电池组在实际工况下的性能。本发明通过对应用于不同场合的电池，采取不同工况。利用设计好的工况测试循环结合在线参数识别技术即可在短时间内得到电池组在实际工作条件下的工作性能，完成电池组的检测。
发明内容
本发明是为了解决现有电池组检测技术无法检测电池组在实际工作条件下的工作性能的问题，本发明提供了一种储能电池检测方法。
一种储能电池检测方法，该方法是基于测试电池组、电流电压测试模块和充放电机实现的，测试电池组由多个电池单体构成；该方法包括如下步骤：
步骤一，连接测试电池组、电流电压测试模块和充放电机，使得电流电压测试模块用于对测试电池组进行电压和电流检测，充放电机用于对测试电池组进行电流、电压控制，连接完成后，测试电池组静止5分钟；
步骤二，充放电机对测试电池组进行1C恒流放电，使测试电池组恒流放电至放电截止电压U1后，充放电机停止工作1小时；
步骤三，充放电机对测试电池组进行0.5C恒流充电，使测试电池组电压达到充电截止电压U2；
步骤四，充放电机对测试电池组进行恒压U2充电，直到充放电机的充电电流小于测试电池组的充电截止电流I1后，充放电机停止工作1小时；
步骤五，设定初始时间为t0，充放电机按给定工况对测试电池组进行放电控制，使测试电池组放电至截止电压U3，充放电机停止工作，记录测试电池组的放电时间t1，并在放电时间t1内通过电流电压测试模块实时的获得测试电池组的总电压U′m,k、总电流I′m,k、各个电池单体端电压u′i,k，各个电池单体电流I′i,k，
其中，U′m,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，测试电池组的当前总电压，
I′m,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，测试电池组的当前总电流，
u′i,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，第i个电池单体端电压，
I′i,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，第i个电池单体电流，i＝1、2、3…n，i、 k和n均为正整数；
步骤六，充放电机按0.05C对测试电池组进行恒流放电控制，使测试电池组放电至截止电压U4，充放电机停止控工作，记录测试电池组放电时间t2，并在放电时间t2内通过电流电压测试模块实时的获得测试电池组的总电压U′n,k、总电流I′n,k、各个电池单体端电压u″i,k，各个电池单体电流I″i,k，
U′n,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，测试电池组的当前总电压，
I′n,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，测试电池组的当前总电流，
u″i,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，第i个电池单体端电压，
I″i,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，第i个电池单体电流，
步骤七，充放电机按0.5C对测试电池组进行恒流放电控制，使得测试电池组放电至放电截止电压U1，记录测试电池组放电时间t3，并在放电时间t3内通过电流电压测试模块实时的获得测试电池组的总电压U′p,k、总电流I′p,k、各个电池单体端电压u″′i,k，各个电池单体电流I″′i,k，
U′p,k表示在在放电时间t3内，时刻为k时，测试电池组的当前总电压，
I′p,k表示在在放电时间t3内，时刻为k时，测试电池组的当前总电流，
u″′i,k表示在放电时间t3内，时刻为k时，第i个电池单体端电压，且U2>U3>U4>U1；
I″′i,k表示在放电时间t3内，时刻为k时，第i个电池单体电流；
步骤八，根据步骤六记录的各时刻各电池单体端电压u″i,k，抽取各时刻各个电池单体电压u″i,k由ui,a降低至ui,b时，各个电池单体放电时间ti′以及与上述各个电池单体放电时间 ti′所对应的电流ii，通过下述公式一获得各个电池单体容量ci；
其中，ki,1为第i个电池单体在电压为ua时，所对应的容量百分比的倒数，
ki,2为第i个电池单体在电压为ub时，所对应的容量百分比的倒数，
步骤九，根据步骤五至步骤八中获得的I′m,k、I′n,k和I′p,k代入如下公式，获得测试电池组总容量C，
步骤十，通过表1获得目标向量θk；设获得测试电池组的内部电压源OCVk和欧姆内阻Ro,k，
表1
其中，
I表示四阶单位矩阵，表示测试电池组测量矩阵，△t表示采样时间间隔，θk(1)表示目标向量θk的第一个元素，θk(3)表示目标向量θk的第三个元素，θk(4)表示目标向量θk的第四个元素，Kk表示增益矩阵，Pk表示第k次更新的估计误差协方差矩阵，Pk-1第 k-1次更新的估计误差协方差矩阵，
当k的取值为1时，I′m,k-1＝0，
步骤十一，通过表2获得目标向量θ′k；设获得各个电池单体的内部电压源OCV′i,k和欧姆内阻R′i,k；
表2
其中，
I表示四阶单位矩阵，表示电池单体测量矩阵，OCV′i,k表示第i个电池单体在k时刻的内部电压，R′i,k表示第i个电池单体在k时刻的欧姆内阻，θ′k(1)表示目标向量θ′k的第一个元素，θ′k(3)表示目标向量θ′k的第三个元素，θ′k(4)表示目标向量θ′k的第四个元素，当k的取值为1时，I′i,k-1＝0；
步骤十二，获得测试电池组的各时刻的总功率Powerk；
步骤十三，获得各时刻各个电池单体功率Powerk′，完成对测试电池组的检测。
步骤十二中，获得测试电池组的各时刻的总功率Powerk的方法是通过下述公式：
Powerk＝Ubat,min(OCVk-Ubat,min)/Ro,k (公式五)，
实现的；其中，Ubat,min表示电池组端电压，且Ubat,min＝U′m,k、U′n,k、U′p,k。
步骤十三中，获得各时刻各个电池单体功率Powerk′的方法是通过下述公式：
Power′k＝U′bat,min(OCV′k-U′bat,min)/R′i,k (公式六)，
实现的；其中，U′bat,min表示电池单体端电压，且U′bat,min＝u′i,k、u″i,k、u″′i,k。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结合电池实际使用情况，在实际工况下对电池进行检测，得到检测结果符合实际情况。本检测方法利用设定好的测试循环配合电池参数在线识别算法，能在较短时间内给出电池组和各个电池单体的参数包括(容量参数、功率参数、开路电压、欧姆内阻、极化电阻、极化电容)。
附图说明
图1为本发明所述的测试电池组、电流电压测试模块和充放电机之间的原理关系图。
图2是低倍率放电下电池单体端电压和电池容量的关系图；k1表示电压为ua时，所对应的容量百分比的倒数，k2表示电压为ub时，所对应的容量百分比的倒数；
图3是电池单体等效电路图，Rp表示电池单体极化电阻，OCV表示电池单体内部电压源，Ip表示流过极化电阻的电流，ηp表示极化电容两端电压，η0表示欧姆内阻两端电压，R0表示欧姆内阻，Ibat表示电池电流，Ubat表示电池端电压。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的一种储能电池检测方法，该方法是基于测试电池组1、电流电压测试模块2和充放电机3实现的，测试电池组1由多个电池单体构成；该方法包括如下步骤：
步骤一，连接测试电池组1、电流电压测试模块2和充放电机3，使得电流电压测试模块2用于对测试电池组1进行电压和电流检测，充放电机3用于对测试电池组1进行电流、电压控制，连接完成后，测试电池组1静止5分钟；
步骤二，充放电机3对测试电池组1进行1C恒流放电，使测试电池组1恒流放电至放电截止电压U1后，充放电机3停止工作1小时；
步骤三，充放电机3对测试电池组1进行0.5C恒流充电，使测试电池组1电压达到充电截止电压U2；
步骤四，充放电机3对测试电池组1进行恒压U2充电，直到充放电机3的充电电流小于测试电池组1的充电截止电流I1后，充放电机3停止工作1小时；
步骤五，设定初始时间为t0，充放电机3按给定工况对测试电池组1进行放电控制，使测试电池组1放电至截止电压U3，充放电机3停止工作，记录测试电池组1的放电时间t1，并在放电时间t1内通过电流电压测试模块2实时的获得测试电池组1的总电压U′m,k、总电流I′m,k、各个电池单体端电压u′i,k，各个电池单体电流I′i,k，
其中，U′m,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，测试电池组1的当前总电压，
I′m,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，测试电池组1的当前总电流，
u′i,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，第i个电池单体端电压，
I′i,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，第i个电池单体电流，i＝1、2、3…n，i、 k和n均为正整数；
步骤六，充放电机3按0.05C对测试电池组1进行恒流放电控制，使测试电池组1 放电至截止电压U4，充放电机3停止控工作，记录测试电池组1放电时间t2，并在放电时间t2内通过电流电压测试模块2实时的获得测试电池组1的总电压U′n,k、总电流I′n,k、各个电池单体端电压u″i,k，各个电池单体电流I″i,k，
U′n,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，测试电池组1的当前总电压，
I′n,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，测试电池组1的当前总电流，
u″i,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，第i个电池单体端电压，
I″i,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，第i个电池单体电流，
步骤七，充放电机3按0.5C对测试电池组1进行恒流放电控制，使得测试电池组1放电至放电截止电压U1，记录测试电池组1放电时间t3，并在放电时间t3内通过电流电压测试模块2实时的获得测试电池组1的总电压U′p,k、总电流I′p,k、各个电池单体端电压u″′i,k，各个电池单体电流I″′i,k，
U′p,k表示在在放电时间t3内，时刻为k时，测试电池组1的当前总电压，
I′p,k表示在在放电时间t3内，时刻为k时，测试电池组1的当前总电流，
u″′i,k表示在放电时间t3内，时刻为k时，第i个电池单体端电压，且U2>U3>U4>U1；
I″′i,k表示在放电时间t3内，时刻为k时，第i个电池单体电流；
步骤八，根据步骤六记录的各时刻各电池单体端电压u″i,k，抽取各时刻各个电池单体电压u″i,k由ui,a降低至ui,b时，各个电池单体放电时间t′i以及与上述各个电池单体放电时间ti′所对应的电流ii，通过下述公式一获得各个电池单体容量ci；
其中，ki,1为第i个电池单体在电压为ua时，所对应的容量百分比的倒数，
ki,2为第i个电池单体在电压为ub时，所对应的容量百分比的倒数，
步骤九，根据步骤五至步骤八中获得的I′m,k、I′n,k和I′p,k代入如下公式，获得测试电池组1总容量C，
步骤十，通过表1获得目标向量θk；设获得测试电池组1 的内部电压源OCVk和欧姆内阻Ro,k，
表1
其中，
I表示四阶单位矩阵，表示测试电池组测量矩阵，Δt表示采样时间间隔，θk(1)表示目标向量θk的第一个元素，θk(3)表示目标向量θk的第三个元素，θk(4)表示目标向量θk的第四个元素，Kk表示增益矩阵，Pk表示第k次更新的估计误差协方差矩阵，Pk-1第 k-1次更新的估计误差协方差矩阵，
当k的取值为1时，I′m,k-1＝0，
步骤十一，通过表2获得目标向量θ′k；设获得各个电池单体的内部电压源OCV′i,k和欧姆内阻R′i,k；
表2
其中，
I表示四阶单位矩阵，表示电池单体测量矩阵，OCV′i,k表示第i个电池单体在k时刻的内部电压，R′i,k表示第i个电池单体在k时刻的欧姆内阻，θ′k(1)表示目标向量θ′k的第一个元素，θ′k(3)表示目标向量θ′k的第三个元素，θ′k(4)表示目标向量θ′k的第四个元素，当k的取值为1时，I′i,k-1＝0；
步骤十二，获得测试电池组1的各时刻的总功率Powerk；
步骤十三，获得各时刻各个电池单体功率Power′k，完成对测试电池组的检测。
本实施方式中，通过在检测中测得参数(包括端电压、总电流)和在线参数识别方法可以得到电池模块评价参数(包括开路电压、极化内阻、极化电容、欧姆内阻、容量参数、功率参数)，从而利用这些参数对电池组进行评价。它主要用于对电池组进行检测。通过带遗忘因子的递归最小二乘法获得目标向量θk和θ′k。
本实施方式中，步骤十中，θk＝[OCVk Ro,k+Rp,k Ro,kτp,k τp,k]，Rp,k表示第k 时刻电池单体极化内阻，τp,k表示第k时刻电池单体时间常数，
步骤十一中，θ′k＝[OCV′i,k R′i,k+R′p,k R′i,kτ′p,k τ′p,k]，R′p,k表示第k时刻电池组极化内阻，τ′p,k表示第k时刻电池组时间常数，
本发明在实际工况下分别获得各个电池单体容量ci、测试电池组1总容量C、测试电池组1的内部电压源OCVk和欧姆内阻Ro,k、各个电池单体的内部电压源OCV′k和欧姆内阻R′o,k、测试电池组1的各时刻的总功率的过程Powerk以及各时刻各个电池单体功率 Power′k。
具体实施方式二：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种储能电池检测方法的区别在于，步骤十二中，获得测试电池组1的各时刻的总功率Powerk的方法是通过下述公式：
Powerk＝Ubat,min(OCVk-Ubat,min)/Ro,k (公式五)，
实现的；其中，Ubat,min表示电池组端电压，且Ubat,min＝U′m,k、U′n,k、U′p,k。
具体实施方式三：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种储能电池检测方法的区别在于，步骤十三中，获得各时刻各个电池单体功率Powerk′的方法是通过下述公式：
Power′k＝U′bat,min(OCV′k-U′bat,min)/R′i,k (公式六)，
实现的；其中，U′bat,min表示电池单体端电压，且U′bat,min＝u′i,k、u″i,k、u″′i,k。
Claims (3)
1.一种储能电池检测方法，该方法是基于测试电池组(1)、电流电压测试模块(2)和充放电机(3)实现的，测试电池组(1)由多个电池单体构成；其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一，连接测试电池组(1)、电流电压测试模块(2)和充放电机(3)，使得电流电压测试模块(2)用于对测试电池组(1)进行电压和电流检测，充放电机(3)用于对测试电池组(1)进行电流、电压控制，连接完成后，测试电池组(1)静止5分钟；
步骤二，充放电机(3)对测试电池组(1)进行1C恒流放电，使测试电池组(1)恒流放电至放电截止电压U1后，充放电机(3)停止工作1小时；
步骤三，充放电机(3)对测试电池组(1)进行0.5C恒流充电，使测试电池组(1)电压达到充电截止电压U2；
步骤四，充放电机(3)对测试电池组(1)进行恒压U2充电，直到充放电机(3)的充电电流小于测试电池组(1)的充电截止电流I1后，充放电机(3)停止工作1小时；
步骤五，设定初始时间为t0，充放电机(3)按给定工况对测试电池组(1)进行放电控制，使测试电池组(1)放电至截止电压U3，充放电机(3)停止工作，记录测试电池组(1)的放电时间t1，并在放电时间t1内通过电流电压测试模块(2)实时的获得测试电池组(1)的总电压U′m,k、总电流I′m,k、各个电池单体端电压u′i,k，各个电池单体电流I′i,k，
其中，U′m,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，测试电池组(1)的当前总电压，
I′m,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，测试电池组(1)的当前总电流，
u′i,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，第i个电池单体端电压，
I′i,k表示在放电时间t1内，时刻为k时，第i个电池单体电流，i＝1、2、3…n，i、k和n均为正整数；
步骤六，充放电机(3)按0.05C对测试电池组(1)进行恒流放电控制，使测试电池组(1)放电至截止电压U4，充放电机(3)停止工作，记录测试电池组(1)放电时间t2，并在放电时间t2内通过电流电压测试模块(2)实时的获得测试电池组(1)的总电压U′n,k、总电流I′n,k、各个电池单体端电压u″i,k，各个电池单体电流I″i,k，
U′n,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，测试电池组(1)的当前总电压，
I′n,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，测试电池组(1)的当前总电流，
u″i,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，第i个电池单体端电压，
I″i,k表示在放电时间t2内，时刻为k时，第i个电池单体电流，
步骤七，充放电机(3)按0.5C对测试电池组(1)进行恒流放电控制，使得测试电池组(1)放电至放电截止电压U1，记录测试电池组(1)放电时间t3，并在放电时间t3内通过电流电压测试模块(2)实时的获得测试电池组(1)的总电压U′p,k、总电流I′p,k、各个电池单体端电压u″′i,k，各个电池单体电流I″′i,k，
U′p,k表示在在放电时间t3内，时刻为k时，测试电池组(1)的当前总电压，
I′p,k表示在在放电时间t3内，时刻为k时，测试电池组(1)的当前总电流，
u″′i,k表示在放电时间t3内，时刻为k时，第i个电池单体端电压，且U2>U3>U4>U1；
I″′i,k表示在放电时间t3内，时刻为k时，第i个电池单体电流；
步骤八，根据步骤六记录的各时刻各电池单体端电压u″i,k，抽取各时刻各个电池单体端电压u″i,k由ui,a降低至ui,b时，各个电池单体放电时间ti′以及与上述各个电池单体放电时间ti′所对应的电流ii，通过下述公式一获得各个电池单体容量ci；
其中，ki,1为第i个电池单体在电压为ua时，所对应的容量百分比的倒数，
ki,2为第i个电池单体在电压为ub时，所对应的容量百分比的倒数，
步骤九，将步骤五至步骤七中获得的I′m,k、I′n,k和I′p,k代入如下公式，获得测试电池组(1)总容量C，
步骤十，通过表1获得目标向量θk；设获得测试电池组(1)的内部电压OCVk和欧姆内阻Ro,k，
表1
其中，
I表示四阶单位矩阵，表示测试电池组测量矩阵，△t表示采样时间间隔，θk(1)表示目标向量θk的第一个元素，θk(3)表示目标向量θk的第三个元素，θk(4)表示目标向量θk的第四个元素，Kk表示增益矩阵，Pk表示第k次更新的估计误差协方差矩阵，Pk-1表示第k-1次更新的估计误差协方差矩阵，
当k的取值为1时，I′m,k-1＝0，
步骤十一，通过表2获得目标向量θ′k；设获得各个电池单体的内部电压OCV′i,k和欧姆内阻R′i,k；
表2
其中，
I表示四阶单位矩阵，表示电池单体测量矩阵，OCV′i,k表示第i个电池单体在k时刻的内部电压，R′i,k表示第i个电池单体在k时刻的欧姆内阻，θ′k(1)表示目标向量θ′k的第一个元素，θ′k(3)表示目标向量θ′k的第三个元素，θ′k(4)表示目标向量θ′k的第四个元素，当k的取值为1时，I′i,k-1＝0；
步骤十二，获得测试电池组(1)的各时刻的总功率Powerk；
步骤十三，获得各时刻各个电池单体功率Power′k，完成对测试电池组的检测。
2.根据权利要求1所述的一种储能电池检测方法，其特征在于步骤十二中，获得测试电池组(1)的各时刻的总功率Powerk的方法是通过下述公式实现的：
Powerk＝Ubat,min(OCVk-Ubat,min)/Ro,k (公式五)，
其中，Ubat,min表示电池组端电压，且Ubat,min＝U′m,k、U′n,k、U′p,k。
3.根据权利要求1所述的一种储能电池检测方法，其特征在于步骤十三中，获得各时刻各个电池单体功率Power′k的方法是通过下述公式实现的：
Power′k＝U′bat,min(OCV′k-U′bat,min)/R′i,k (公式六)，
其中，U′bat,min表示电池单体端电压，且U′bat,min＝u′i,k、u′i,k、u″′i,k。
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