CN107797070B - 动力电池健康状态的评估方法及评估装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种动力电池健康状态的评估方法及装置。所述动力电池包括电芯，所述评估方法包括：对所述电芯进行恒流(只要充电末端电流恒定时间大于5min,且电流波动小于5％即可视作电流恒定)充放电，达到预定截止电压；静置所述电芯，达到预定时间范围；同步采集记录电芯工作电流、对应电压和时间；计算所述电芯的电压降或压降内阻并进行归一化处理；根据所述电压降或压降内阻估算所述电芯的剩余容量值；建立压降内阻分布；以及根据所述剩余容量值和压降内阻分布判断所述电芯的健康状态。该动力电池健康状态的评估方法及装置直接利用电池工作的监测数据，实现电池组短板电芯的辨识和单体电芯健康状态的判断，可以实现提前干预维护。

Description

动力电池健康状态的评估方法及评估装置

技术领域

本发明涉及动力电池领域，尤其涉及动力电池健康状态的评估方法。

背景技术

目前，人们日益重视对环境的保护和能源的合理使用。因此，高效、节能、环保的电动汽车就成为汽车行业的发展趋势。电动车利用存储在电池中的电能作为能源。电池包的健康状态(State of Health，SOH)直接决定电动汽车的性能。电池的健康状态是反映电池的整体性能以及在一定条件下释放电能能力的参数，目前市场上评价电池健康状态的主流指标是，某一条件下电池所能充入或放出电量与新出厂电池标称容量的百分比，即SOH＝Q_now/Q_new。准确估算电池的健康状态，具有重要意义：防止电池滥用，系统过充过放造成安全隐患；提升整车控制性能和行驶里程预测准确度；预估电池的剩余循环次数，及时做好更换准备。

随着电池的使用，尤其是循环充放电，电池内部的电化学副反应累积效应造成电池老化，导致电池的健康状态降低。对于一块新的电池，其容量能力(即SOH)往往是大于等于100％，随着电池的老化，容量能力逐渐下降，GB/T中规定，当动力电池的容量能力下降到80％时，即SOH小于80％时，就应该更换电池。建立有效的故障报警模型，就可以实现对亚健康状态的车辆及时维护保养，最大限度提高动力电池系统的使用寿命和安全指数。

电池的健康状态与内阻、充电能力、自放电等多种因素有关，现有技术通过各种方法测量与电池健康状态有关的各种参数，并通过一定的估算方法对电池健康状态进行估算，目前估算的方法主要为负载放电法、内阻测试法、电化学阻抗分析法和模型建立法等。以上方法由于某些参数较难测量，测试时间长、建模困难且不具有普遍性或者估算精度低等原因，还未能用于实时在线估算单体电芯及整个电池包的健康状态。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种动力电池健康状态的评估方法及装置。本发明利用电池变电流时电芯单体的电压响应特性，建立电压变化状态或压降内阻与电池剩余容量(健康状态)的内在联系，实现电池包中电芯单体健康状态的横向分布对比和电芯单体健康状态的绝对值估算，辨识出电池系统中的问题电芯，并由此提出新的预警机制，实现提前维护提前改善的效果。

本发明中所有提到的恒流电流均指，只要在充放电末端电流恒定时间大于5min,且电流波动小于5％的电流。

根据本发明的第一方面，提供一种动力电池健康状态的评估方法，所述动力电池包括电芯，包括：对所述电芯进行充电，达到预定截止电压范围；静置所述电芯，达到预定时间范围；同步采集记录电芯充电电流、对应电压和时间计算所述电芯的电压降；根据所述电压降估算所述电芯的剩余容量值；以及根据所述剩余容量值判断所述电芯的健康状态。优选地，所述动力电池健康状态的评估方法还包括：根据多个所述电芯的电压降获得多个所述电芯对应的微分内阻值。

优选地，所述动力电池健康状态的评估方法还包括：将所述电芯的电压降或所述微分内阻值进行归一化处理。

优选地，所述动力电池健康状态的评估方法还包括：根据所述微分内阻值获得所述电芯的剩余容量值。

优选地，在根据所述电压降或所述微分内阻值获得所述电芯的剩余容量值的步骤之前，还包括获得所述归一化电压降或所述归一化微分内阻值与所述剩余容量值的关系曲线。

优选地，所述获得关系曲线的步骤包括：对所述电芯进行充电，达到预定截止电压范围；静置所述电芯，达到预定时间；同步采集记录电芯充电电流、对应电压和时间；计算所述测试电芯在不同测试条件下得到的的电压降或微分内阻进行归一化处理；测量所述测试电芯的剩余容量值；以及根据测量结果建立所述关系曲线。

优选地，所述的不同测试条件下电压降或微分内阻的归一化方法，其中获所述归一化参数的步骤包括：对所述电芯进行充电，达到不同截止电压；对所述电芯用不同电流充电，达到相同截止电压；静置所述电芯，达到预定时间；同步采集记录电芯充电电流、对应电压和时间；计算所述测试电芯在不同测试条件下得到的的电压降或微分内阻；根据控制变量法，将同一电芯在不同测试条件下的电压降值或者微分内阻拟合，实现所述电压降值或者微分内阻转化归一。

优选地，所述动力电池健康状态的评估方法还包括：根据所述多个归一化压降或微分内阻值作出内阻横向分布图。

优选地，所述内阻横向分布图中偏离所述多个微分内阻平均值一定百分比的所述微分内阻值对应的所述监测电芯作为短板电芯。

优选地，所述动力电池健康状态的评估方法还包括：对容量偏低的所述测试电芯以及所述短板电芯作出预警或更换。

优选地，所述恒流电流，所述截止电压以及所述预定时间可以变换取值，对应的所述电芯的电压降可以相互转换。

优选地，所述测试电芯可以在放电情况下测量所述电压降。

优选地，所述电芯包括以LiFePO₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂、LiNi_xCo_yAl_zO₂(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1，x+y+z＝1)、LiMn₂O₄等为电池正极，碳/硅碳/LTO等为电池负极构成的电池体系。

根据本发明的第二方面，提供一种闪存电路的动力电池健康状态的评估装置，包括：数据处理模块，用于收集电池电芯运行时的满足估算条件的充放电同步电压、电流及时间信号，计算压降内阻，对电压或者压降内阻进行归一化处理；计算模块，用于根据所述数据处理模块得到的所述电压降或所述微分内阻值调用模型并估算所述电芯的剩余容量值；以及选择模块，用于将所述数据处理模块中的所述归一化微分内阻或所述电压作出内阻横向分布图，并将所述内阻横向分布图中偏离平均值一定百分比的所述微分内阻或电压对应的所述电芯作为短板电芯。

优选地，所述动力电池健康状态的评估装置还包括：预警模块，用于对容量偏低的所述监测电芯以及所述短板电芯作出预警或更换。

优选地，所述电芯包括以LiFePO₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂、LiNi_xCo_yAl_zO₂(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1，x+y+z＝1)、LiMn₂O₄等为电池正极，碳/硅碳/LTO等为电池负极构成的电池体系。

电池在使用过程中，由于欧姆内阻和极化内阻的影响，工作电流发生突变时，电池电压会发生对应变化。即电流变化造成的电压响应与电池内阻直接相关。电池内阻是电池健康状态的重要指标，因此电压响应情况能有效衡量电池的健康状态或剩余容量。

记录衰减程度不同的电芯在不同充放电电流、不同充电截止电压下静置不同时间间隔的电压响应，一方面可以建立电池剩余容量与电压响应值的对应关系，生成估算模型，放入计算模块进行调用，对于正在服役的电芯，只需要记录其对应状态下的电压响应情况，即能实现剩余容量绝对值的估算；另一方面，不同厂家的同化学体系电芯，由于生产工艺的不同，电池内阻的绝对值会有所不同，在电池包中，当无法获得某一批次电芯前期开发数据，获得变电流时的电压响应与剩余容量的定量关系，可以利用归一化处理后的压降值或者压降内阻，统计电池内阻的分布状态，定性判断电池系统中不同单体剩余容量的相对状态，挑选出短板电芯。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出本发明的动力电池健康状态的评估方法流程图。

图2示出本发明的动力电池健康状态的评估方法的测试数据示意图。

图3示出根据本发明实施例一的动力电池健康状态的评估方法的多个电芯单体在不同充电截止电压时充电末端压降-剩余容量拟合曲线。

图4a示出根据本发明实施例二的动力电池健康状态评估方法的电芯单体在不同电流下压降内阻与26.67A电流下压降内阻的对应关系示意图。

图4b示出根据本发明实施例二的动力电池健康状态评估方法的电芯单体在不同截止电压下内阻与3.46V电压下内阻的对应关系示意图。

图4c示出根据本发明实施例二的动力电池健康状态评估方法的电芯单体在不同静置时间下内阻与40s时间间隔下内阻的对应关系示意图。

图4d示出根据本发明实施例二的动力电池健康状态评估方法的多个电芯单体在不同条件下的归一化内阻与剩余容量的拟合曲线。

图4e示出根据本发明实施例二的动力电池健康状态评估方法的电芯单体剩余容量估算与实际容量的误差示意图。

图5示出根据本发明实施例三的动力电池健康状态的评估方法的电池包中单体电芯的归一化内阻与实测容量分布示意图。

图6示出根据本发明实施例四的动力电池健康状态的评估方法的电池包中单体电芯的归一化内阻与实测容量分布示意图。

图7示出本发明的动力电池健康状态的评估装置的示意性框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和方案更加清楚，便于实施，下面将结合附图对本发明作进一步详细的说明。

应当说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1示出本发明的动力电池健康状态的评估方法流程图。该方法包括步骤S01至S09。

在进行本实施例的评估方法时，首先需要进行模型的建立。在电池测试验证前期收集充放电电压以及容量信息，即对测试电芯进行充放电，达到预定截止电压后静置测试电芯达到预定时间，测量电芯的电压降并进行归一化处理，计算电芯的归一化微分内阻值，测量电芯的剩余容量值；将多个单体电芯的电压降或微分内阻值与剩余容量拟合成一条曲线，建立电压变化与剩余容量模型，将得到的模型存储起来。

在步骤S01中，统计电池电芯经过某恒流电流充电至某截止电压并静置一段时间后的压降。以某一电流对电池电芯或电池包恒流(只要充电末端电流恒定时间大于5min,且电流波动小于5％即可视作电流恒定)充电至不同截止电压，记录其充电结束一段时间后的电压变化值ΔV。

在步骤S02中，求微分内阻。根据上一步骤中统计的电压变化值ΔV求出电池微分内阻，利用ΔV/ΔI表示内阻r。

在步骤S03中，判断是否具有归一化参数。判断系统中是否具有归一化参数，如果有，执行步骤S031，如果没有，执行步骤S032。

在步骤S031中，调用参数，归一化处理。如果有前期归一化参数存储，直接对步骤S02中得到的电压响应值或内阻值进行归一化计算。

在步骤S032中，挑选前期数据，拟合参数，归一化处理。如果系统中没有存储的归一化参数，直接筛选车辆运行前期不同充电条件下的数据进行归一化操作，得到归一化参数。再将步骤S02中得到的电压响应值或内阻值进行归一化处理，方便后续计算或比较。

在步骤S04中，判断是否具有定量计算模型。查找判断是否前期已经具备了压降内阻-容量对应关系，即定量计算模型，如果有定量对应模型，则执行步骤S05，调用模型估算此电芯剩余容量值；如果没有则执行步骤S07，作出所有电芯单体的电阻分布。

在步骤S05中，调用根据采集充放电数据建立的模型。判断具有定量计算模型，进行前期建立模型的调用，执行下一步。

在步骤S06中，根据模型定量计算电芯单体的剩余容量。利用步骤S05中电压降与容量关系或者内阻与容量关系，估算出电池系统中每个单体电芯此时的剩余容量。

在步骤S07中，作出统计的每个单体电芯的微分内阻横向分布。步骤S04判断前期没有存储模型时，将步骤S031或步骤S032中归一化后的电芯的内阻或电压作横向分布，方便观察。

在步骤S08中，选择出短板电芯。横向对比每个电芯单体的归一化压降内阻和电压分布情况，当归一内阻或电压偏离平均值一定程度时，将该电芯标记为短板电芯。

在步骤S09中，提前预警或更换电芯。将步骤S06中估算出容量偏低的电芯以及步骤S08中选择出的短板电芯记为问题电芯，发现问题电芯就提出警告，及时进行更换。

本发明的动力电池健康状态的评估方法通过记录单体变电流时的电压响应变化，并将使用时的电压、电流等状态对电压响应值或者内阻值的影响进行归一化处理，直接利用监测数据，实现电池组故障电芯的辨识和单体电芯健康状态的估算。在需要定量计算电芯剩余容量时，提前建立电压响应值或者内阻值与电芯剩余容量的关系模型，归一化处理后的电压响应值或微分内阻值用来计算单体的剩余容量；在需要挑选电池包中的短板电芯时，利用该归一化压降内阻，横向对比电芯单体的压降内阻分布情况，当归一内阻偏离平均值一定程度时，将该电芯标记为短板电芯。该方法无需外接测试电路，也无需瞬间大电流冲击，而是直接监测变电流引起的压降，简单方便。

图2示出本发明的动力电池健康状态的评估方法的测试数据示意图。

在本发明的动力电池健康状态的评估方法中，以某一电流对电池恒流充电至不同截止电压，记录其充电结束一段时间后的电压变化值ΔV。图中是将电芯以3.45A的恒流充电至3.38V的截止电压，然后下电静置30s，可以看出，在静置的30s内，电压曲线出现一个压降ΔV，电流可以认为是瞬间跳变。恒定电流，截止电压以及静置时间都可以替换，都可以得到一个对应的电压降ΔV。这是本发明的动力电池健康状态的评估方法必不可少的步骤。

本发明的动力电池健康状态的评估方法直接利用电芯电压监测数据，判断单体和电池包健康状态，无需额外测试设备，经济方便。

图3示出根据本发明实施例一的动力电池健康状态的评估方法的多个电芯单体在不同充电截止电压时充电末端压降-剩余容量拟合曲线。

选取10只额定容量80Ah的磷酸铁锂LiFePO4/石墨C方形铝壳电池，经过不同使用工况后衰减到不同容量。以某一电流，例如3.45A，对电池恒流充电至不同截止电压(3.38V，3.4V，3.42V，3.44V，3.46V，3.5V，3.54V，3.65V)，记录其充电结束30S后的电压变化值ΔV。相同充电电流情况下，电压响应值(ΔV)与电池的充电(截止)电压和容量相关，通过曲线拟合得到容量与电压响应值(ΔV)和充电截止电压的定量关系。每一个截止电压都会对应有一条容量与电压响应值(ΔV)的拟合曲线，本实施例中选取了8个不同的截止电压，对应有8条不同的拟合曲线。可以看到，电芯剩余容量与电压响应值(ΔV)基本呈反比例关系。

根据拟合曲线求出电芯在不同截止电压下的剩余容量，记录在表中，再将10个电芯的真实容量也记录在表中，计算拟合误差值(见表1)。表1可知，容量估算误差绝对值均小于5％，符合电池健康状态的实用目标。所以可以收集前期电池测试验证时的充放电电压降值以及容量信息，将多个单体电芯的电压响应变化与剩余容量拟合成一条曲线，建立电压变化值与剩余容量模型。根据模型，测量电芯的充电末端电压降，求得单体电芯对应的剩余容量，当单体估算容量小于额定容量的80％时，提示更换电芯，实现使用电芯的剩余容量可监控性性。

表1.充电末端压降-容量估算误差统计

图4a-4c所示为压降内阻归一化处理过程：

图4a示出根据本发明实施例二的动力电池健康状态评估方法的电芯单体在不同电流下压降内阻与26.67A电流下压降内阻的对应关系示意图。

图4b示出根据本发明实施例二的动力电池健康状态评估方法的电芯单体在不同截止电压下内阻与3.46V电压下内阻的对应关系示意图。

图4c示出根据本发明实施例二的动力电池健康状态评估方法的电芯单体在不同静置时间下内阻与40s时间间隔下内阻的对应关系示意图。

选取数个额定容量80Ah的磷酸铁锂LiFePO4/石墨C方形铝壳电池，分别以7.5A/15A/26.67A/40A/50A充电至不同截止电压(3.38V，3.4V，3.42V，3.44V，3.46V，3.5V，3.54V，3.6V，3.65V)，记录充电结束一段时间(例如：2s，10s，30s，40s，60s)后的电压变化值，利用ΔV/ΔI表示内阻r。

首先选定一个变量改变，其余两个固定不变的，比如以7.5A，15A，26.67A，40A，50A充电至某一截止电压并静置固定的时间，可以得到多组不同的内阻值，以26.67A电流下的内阻为基准，作出其他电流下的内阻与该电流下内阻的对应关系，可以得到多条拟合曲线(图4a)；改变固定不变的量，例如在某一恒流下对电池充电至不同截止电压(3.38V，3.4V，3.42V，3.44V，3.46V，3.5V，3.54V，3.6V，3.65V)，记录充电结束一段时间后的电压变化值，可以得到多组不同的内阻值，以3.46V电压下的内阻为基准，作出其他电压下的内阻与该电压下内阻的对应关系，可以得到多条拟合曲线(图4b)；同理，用某一恒流充电至某一直接电压，静置不同时间间隔后，作出40s为基准的多时间间隔的内阻对应关系拟合曲线(图4c)。根据拟合曲线，可以求出三变量下的内阻，而且可以实现不同充电电流下、不同截止电压、不同变电流持续时间下的电压响应值转换。

该归一化处理过程是利用单体在短时间内不同充电结束条件下建立起来的，可以利用前期开发数据获得内阻归一化参数，也可以利用实车前期运行的数据获得。如果有前期定量计算模型，就有确定的内阻归一化参数，如果没有前期计算模型，需要利用实车监控的数据自己获得，归一化参数获得的方法如图4a-4c。

图4d-4e为归一化内阻-剩余容量关系模型建立及评估过程：

图4d示出根据本发明实施例二的动力电池健康状态评估方法的多个电芯单体在不同条件下的归一化内阻与剩余容量的拟合曲线。

图4e示出根据本发明实施例二的动力电池健康状态评估方法的电芯单体剩余容量估算与实际容量的误差示意图。

根据拟合结果，实现不同充电电流下、不同截止电压、不同变电流持续时间下的电压响应值转换，最终实现不同工作电流、不同截止电压下和不同变电流持续时间的内阻值(电压响应)的归一化处理。建立该归一化内阻与剩余容量的对应关系(图4d)，也可以作出一条拟合曲线，表明归一化内阻与剩余容量的对应关系。由图可知，剩余容量与归一化内阻基本呈反比例关系。

将拟合曲线得到的各电芯的剩余容量记录，再将实际剩余容量记录，求出容量误差值，作出剩余容量的误差分布图，结果表明容量估算误差控制在±5％以内(图4e)，符合电池健康状态或剩余容量的估算精度要求。所以可以用上述方法在试验初期收集充放电以及容量信息，建立内阻与容量的拟合曲线模型，将模型存储起来以备后续使用，当同款电芯在服役时便能随时调用模型计算单体电芯的剩余容量，及时找出亚健康电芯。

上述两实施例均是根据电池工作电流变化时电压变化表征电池内阻，利用电压响应变化，建立容量与内阻或者容量与电压变化值的对应关系，实现电芯剩余容量的定量计算。实施例二是实施例一的拓展和丰富。根据建立的模型可以实现亚健康状态下的电芯故障预警，为电池系统的保养维护提供依据。

图5示出根据本发明实施例三的动力电池健康状态的评估方法的电池包中单体电芯的归一化内阻与实测容量分布示意图。

一个138块单体组成的电池包，其中单体为初始额定容量80Ah的磷酸铁锂LiFePO₄/石墨C的方形铝壳电池，使用一段时间后，对电池包以某一电流充至某截止电压，记录所有单体在充电结束一段时间后的电压变化值，计算r＝ΔV/ΔI，并将截止电压进行归一化处理，最后得到单体的内阻分布情况(如图5)。利用单体内阻比平均内阻大20％时，单体剩余容量低于寿命规定下限。将各电芯单体的已知容量与内阻对应分布在同一个图中，选取内阻比平均内阻大20％的电芯单体的容量进行验证，发现内阻偏大的电芯的确剩余容量偏小。

因为不同电池包具有不同的电芯单体，而且数量也不相同，如果全部根据模型计算每一个电芯的剩余容量再挑选短板电芯会浪费大量的时间，而且有时候不同款电芯所用的模型参数不同，所以直接对内阻进行分布，选取内阻明显偏离平均值一定程度的电芯，即为短板电芯，更为方便。

图6示出根据本发明实施例四的动力电池健康状态的评估方法的电池包中单体电芯的归一化内阻与实测容量分布示意图。

与实施例三采用相同方法，选取一个50块单体组成的电池包，其中单体为初始额定容量20Ah的三元LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3/石墨C的软包电芯，使用一段时间后，采集电池包在放电使用过程中存在电流回馈时的电压响应值，计算r＝│ΔV/ΔI│，并将变电流前的电压进行归一化处理，最后得到单体的内阻分布情况(如图6)。用单体的已知容量进行验证，发现内阻比平均值大5％的电芯，剩余容量小于其他电芯，表明这些电芯为短板电芯。与上述几个实施例不同的是，本实施例中，选取的是放电时的电流跳变引起的电压响应变化，求得的内阻分布，但是经过验证，内阻偏大的电芯容量偏小依然成立。所以利用归一化处理后的单体内阻分布情况，能用充放电任意变电流时刻的电压响应信号判断电池包健康状态分布，及时筛选出短板电芯。

对于不同批次的电芯，由于生产工艺的不同，电池内阻的绝对值会有所不同，在电池包中，当无法获得某一批次电芯前期开发数据，获得变电流时的电压响应与剩余容量的定量关系时，可以利用处理后的电压响应特性，计算并统计电池内阻的分布状态，定性判断电池系统中不同单体剩余容量的相对状态，挑选出短板电芯

上述两个实施例中，均是利用电压响应变化值或者电阻值的分布状态，横向对比判断电芯的相对健康状态，既能实现横向对比筛选短板电芯，又能计算得到电芯的剩余容量绝对状态，简单快速，经济方便。

图7示出本发明的动力电池健康状态的评估装置的示意性框图。该评估装置包括数据处理模块102、存储模块103、计算模块104、选择模块105以及预警模块106。

数据处理模块102将电池系统存储的实时电压值进行处理。将电池运行过程中得到的电压响应值计算成对应的内阻值，对电压或者压降内阻进行归一化处理，方便后续计算或比较。

判断系统中是否存储有前期设定好的压降内阻-容量对应关系，即定量计算模型，如果有定量对应模型，则通过计算模块104估算电芯剩余容量；如果没有，则通过选择模块105选出短板电芯。

存储模块103用于存储建立好的定量计算模型。在电池测试验证前期收集的充放电电压以及容量信息，将多个单体电芯的电压降或微分内阻值与剩余容量拟合成一条曲线，建立电压变化与剩余容量模型，将得到的模型存储起来。将存储模块103设置在计算模块104中，方便调用。

计算模块104用于计算电芯的剩余容量。将数据处理模块102得到的归一化电压降或者归一化压降内阻输入到计算模块104，并调用存储模块103中存储的模型，估算出单体电芯的剩余容量。

选择模块105用于挑选出电池包中的短板电芯。如果系统没有相对应的定量计算模型，则将数据处理模块102得到的归一化电压或者归一化压降内阻输入到选择模块105，在选择模块105中作出所有电芯单体的内阻的横向分布，选择出明显偏离内阻平均值一定百分比的电芯作为短板电芯。

预警模块106用于根据问题电芯提出警告。将计算模块104计算出容量偏低的电芯以及选择模块105选择出的短板电芯记为问题电芯，发现问题电芯就提出警告，及时进行更换。

需要注意的是，本发明各种实施例均能用充电或者放电任意变电流时刻的电压响应信号判断电池包健康状态，本文所有实施例中提到的恒流电流均指，只要在充放电末端电流恒定时间大于5min,且电流波动小于5％的电流。(压降内阻计算的SOC对应范围为充电50％-100％SOC,放电50％-0％SOC，压降内阻计算的时间范围为0-5min。)

且本发明各种实施例的动力电池健康状态评估方法适用于各种锂电池电芯体系，包括但不限于LiFePO₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂、LiNi_xCo_yAl_zO₂(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1，x+y+z＝1)、LiMn₂O₄等材料为电池正极，碳/硅碳/LTO等材料为电池负极构成的电池体系。

本发明的动力电池健康状态的评估方法及评估装置既可表征电池的内阻，定量计算电芯的剩余容量，又可以迅速筛选出电池包中的短板电芯，为电池管理系统的策略制定和监控平台预警提供有效支持。电芯的剩余容量与电压响应值存在定量关系，只需要在前期电池测试验证时收集充放电电压信息，即可完成模型建立，能定量估算电芯的剩余容量，工作量少，结果可靠性高，当需要定量确定单体电芯的剩余容量时，通过监测得出变电流充放电时电芯的电压响应值与归一化内阻，利用模型即可求出电芯剩余容量；当监测对象不需要定量确认电芯绝对剩余容量，无需大量数据建模，直接利用变电流充放电时的电压变化响应信号即可作出电池包中电芯单体的归一化内阻分布，从而筛选出一个电池包中的短板电芯，无需额外数据来源，可行性高；

只要及时检测，未等电芯出问题，就可实现提前发现、提前干预的效果，可大大改善用户体验，节约售后维修成本；而且在监测时，由于不同恒定电流、不同充放电截止电压、不同静置间隔时间下的电压响应值可以相互转化，为防止偶然误差，可以短时间多次转化计算，最后求电压响应变化以及内阻的平均值，使得结果更为可靠。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本说明书选取并具体描述本实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (12)

1.一种动力电池健康状态的评估方法，所述动力电池包括电芯，包括：

对所述电芯进行充电，达到预定截止电压范围；

静置所述电芯，达到预定时间范围；

同步采集记录电芯充电电流、对应电压和时间；

计算所述电芯的电压降；

根据所述电芯的电压降和电流变化值获得所述电芯对应的微分内阻值；

将所述电芯的电压降或所述微分内阻值进行归一化处理；

根据归一化后的所述电压降或所述微分内阻值获得所述电芯的剩余容量值；以及根据所述剩余容量值判断所述电芯的健康状态；

其中将所述电芯的电压降或所述微分内阻值进行归一化处理具体包括：实现不同测试条件下电压降或微分内阻值的归一化，其中获得归一化参数的步骤包括：

对所述电芯进行相同电流充电，达到不同截止电压；

对所述电芯用不同电流充电，达到相同截止电压；

静置所述电芯，达到预定时间；

同步采集记录电芯充电电流、对应电压和时间；

计算所述电芯在不同测试条件下得到的电压降或微分内阻值；

根据控制变量法，将同一电芯在不同测试条件下的电压降或者微分内阻值拟合，实现所述电压降或者微分内阻值转化归一。

2.根据权利要求1所述的评估方法，在根据所述电压降或所述微分内阻值获得所述电芯的剩余容量值的步骤之前，还包括获得所述归一化后的电压降或所述归一化后的微分内阻值与所述剩余容量值的关系曲线。

3.根据权利要求2所述的评估方法，其中，所述关系曲线的获得步骤包括：

对所述电芯进行充电，达到预定截止电压范围；

静置所述电芯，达到预定时间；

同步采集记录电芯充电电流、对应电压和时间；

对所述电芯在不同测试条件下得到的电压降或微分内阻值进行归一化处理；

测量所述电芯的剩余容量值；以及

根据测量结果建立所述关系曲线。

4.根据权利要求1所述的评估方法，还包括：根据所述归一化后的电压降或微分内阻值作出内阻横向分布图。

5.根据权利要求4所述的评估方法，其中，所述内阻横向分布图中偏离多个微分内阻值的平均值一定百分比的所述微分内阻值对应的所述电芯作为短板电芯。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的评估方法，还包括：对剩余容量值偏低的所述电芯或短板电芯作出预警或更换。

7.根据权利要求3所述的评估方法，其中，所述充电电流，所述截止电压以及所述预定时间能够变换取值，对应的所述电芯的电压降能够相互转换。

8.根据权利要求6所述的评估方法，其中，所述电芯能够在放电情况下测量所述电压降。

9.根据权利要求6所述的评估方法，其中，所述电芯包括以LiFePO₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂、LiNi_xCo_yAl_zO₂，其中0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1，x+y+z＝1、LiMn₂O₄为电池正极，碳/硅碳/LTO为电池负极构成的电池体系。

10.一种动力电池健康状态的评估装置，包括：

数据处理模块，用于收集电池电芯运行时的满足估算条件的充电同步电压、电流及时间信号，计算所述电芯的电压降，并根据所述电芯的电压降和电流变化值获得所述电芯对应的微分内阻值，对所述电压降或者微分内阻值进行归一化处理；

其中对所述电压降或者微分内阻值进行归一化处理具体包括：实现不同测试条件下电压降或微分内阻值的归一化，其中获得归一化参数的步骤包括：

对所述电芯进行相同电流充电，达到不同截止电压；

对所述电芯用不同电流充电，达到相同截止电压；

静置所述电芯，达到预定时间；

同步采集记录电芯充电电流、对应电压和时间；

计算所述电芯在不同测试条件下得到的电压降或微分内阻值；

根据控制变量法，将同一电芯在不同测试条件下的电压降或者微分内阻值拟合，实现所述电压降或者微分内阻值转化归一；

计算模块，用于根据所述数据处理模块得到的归一化后的所述电压降或所述微分内阻值调用模型并获得所述电芯的剩余容量值；以及

选择模块，用于根据所述数据处理模块中的所述归一化后的微分内阻值或所述电压降作出内阻横向分布图，并将所述内阻横向分布图中偏离微分内阻值的平均值一定百分比的所述微分内阻值对应的所述电芯作为短板电芯。

11.根据权利要求10所述的评估装置，还包括：预警模块，用于对剩余容量值偏低的所述电芯和内阻值偏大的所述短板电芯作出预警或更换。

12.根据权利要求10所述的评估装置，其中，所述电芯包括以LiFePO₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂、LiNi_xCo_yAl_zO₂，其中0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1，x+y+z＝1、LiMn₂O₄为电池正极，碳/硅碳/LTO为电池负极构成的电池体系。

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