CN107923943A - 高效电池测试器 - Google Patents

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Abstract

一种用于高效地提取电池150的固有特性的电池测试器100。所述电池测试器100包括感测单元110、控制器140、双向功率转换器120和能量存储单元130，从而使得在测试过程中从电池150放电的能量被存储在所述能量存储单元130中并被回收回到所述电池150。所述电池测试器100以经更改的粒子群优化算法使用高电流脉冲测试和开关式激励测试以便分析精确模型参数，所述精确模型参数可以用来描述电池150的健康状况。

Description

高效电池测试器
技术领域
本发明涉及一种用于确定电池的健康状态的装置。
技术背景
常规的电池测试器总体上在能量方面较浪费。评估电池的运行状况总体上包括测量当其连接至负载时装载时期与复原时期之间的电压变化。通常的负载消耗传递给它的所有能量。这种类型的测试导致通过耗散型负载的能量损失以及收集的关于电池健康状态的有限信息。
当前的每种测试电池的方法都有附加的限制。测试电池的DC负载方法需要连接至受测电池的高额定功率电阻器从而测量电压和电流。然而，电阻器随时间推移变热，并且电池状态无法得到准确表示。AC电导方法使用RC网络电路注入80Hz到100Hz之间的AC信号。然而，这种方法未考虑到受测电池的充电状态并且不能获得模型的个体参数。电化学阻抗光谱学(EIS)方法使用RC网络电路注入20Hz到2000Hz之间的多个频率并且能够确立RC网络电路中的所有参数。然而，测试周期由于使用所述多个频率而较长，并且它未考虑和测试受测电池的任何充电状态。
出于前述的原因，需要一种电池测试器，所述电池测试器更加高效且考虑与计算电池的健康状态相关的更多信息。
发明内容
本发明涉及一种用于高效地提取电池的固有特性的高效电池测试器。所述高效电池测试器可以由电池制造商、汽车店、或最终用户使用以便测试不同类型的电池，包括SLI(起动、照明、点火)、胶体电池和AGM(吸附式玻璃纤维垫)电池。所述高效电池测试器包括感测单元、控制器、双向功率转换器和能量存储单元，从而使得在测试过程中从电池放电的能量被存储在所述能量存储单元中并被回收回到所述电池。所述高效电池测试器以经更改的粒子群优化算法使用高电流脉冲测试和开关式激励测试以便分析精确模型参数，所述精确模型参数可以用来描述电池的健康状况。
附图说明
图1示出了本公开的实施例的框图；
图2示出了根据本公开的实施例的在第一操作模式下用于快速评估电池状态的简单电池等效模型；
图3示出了根据本公开的实施例的在第二操作模式下用于准确评估电池状态的复杂电池等效模型；
图4示出了根据本公开的实施例的高电流脉冲测试波形；
图5示出了根据本公开的实施例的开关式激励测试波形；
图6示出了用于铅酸电池的SOC-VOC查找表；
图7示出了根据本公开的实施例的经更改的粒子群优化算法的流程图；
图8示出了根据本发明的实施例的专业模式操作过程的流程图；
图9示出了本公开的实施例的框图；
图10示出了根据本公开的实施例的电池状态检查单元的电路图；并且
图11示出了在测试过程期间用来验证结果的实验设置。
具体实施方式
以下结合附图阐述的具体实施方式旨在作为对本发明的目前优选的实施例的说明并且不旨在代表本发明可以被构造或利用的仅有形式。说明书结合所展示的实施例阐述了用于构造和运行本发明的步骤的功能和顺序。然而，要理解的是，可以由同样旨在涵盖在本发明的精神和范围内的不同实施例来完成相同或等效的功能和序列。
本发明是一种高效电池测试器100，该高效电池测试器可以用于在充电和放电期间对受测电池(BUT)150进行测试，以便节省能量并计算BUT的固有特性。如图1中所示，高效电池测试器100包括感测单元110、控制器140、双向功率转换器120和能量存储单元(ESU)130。ESU 130用来在放电模式期间存储从BUT 150汲取的能量，并且接着用来在充电模式期间对BUT 150进行充电。双向功率转换器120被用作双向受控转换平台，以促进在放电模式下从BUT 150向ESU 130的功率转换以及在充电模式下从ESU 130向BUT 150的功率转换。感测单元110测量电压和电流以用于进一步参数分析。控制器140控制双向功率转换器120的操作以实现充电模式或放电模式，并且从感测单元110接收测量结果从而使用智能算法来计算BUT 150的固有参数。
电池等效模型
多个电池等效模型可以用于评估电池的健康状况。例如，“快速模式(fastmode)”操作可以用于对电池状态进行快速测量和粗略评估，而“专业模式(professional mode)”操作可以用于提供对电池状况的更准确的评估。
所述“快速模式”操作用来提供对电池状况的快速分析。如图2中所示，“快速模式”操作可以使用简单电池等效模型200来确定电池状态。此模型可以用在使用欧姆定律的不精密测试器中以确定电池状态。此模型具有较低的实施复杂度以及较短的计算时间。然而，结果将仅仅是对电池状况的粗略评估。
所述“专业模式”用于更准确地评估电池状况。如图3中所示，“专业模式”操作可以使用复杂电池等效模型300。在优选实施例中，此电池等效模型使用理想电池(纯电容器)、串联电阻器320、第一电阻器-电容器并联网络340和第二电阻器-电容器并联网络350以更好地评估开关式激励操作下的高频响应。虽然在此考虑了两个电阻器-电容器并联网络，但是可以向或从根据本发明的实施例的电池等效模型添加或移除电阻器-电容器并联网络。当复杂电池等效模型300与高级算法(比如粒子群优化(PSO)算法)一起使用时，可以更准确地评估电池的内部参数。
电池测试方法
高效电池测试器100能够使用多种测试方法。具体地，高效电池测试器100能够使用涉及对电池进行耗尽和充电的测试方法。例如，高效电池测试器100可以使用高电流脉冲测试和/或开关式激励测试以便确定BUT 150的固有参数。所述高电流脉冲测试在短脉冲内从BUT 150汲取高电流。开关式激励测试以固定的频率在放电模式与充电模式之间交替。这些测试用来获得测量数据。来自这些测试的测量数据可以与简单方程一起使用从而提供对固有电池参数的快速估计，或其可以与更复杂的粒子群优化算法一起使用从而使用迭代过程来准确地确定固有参数。
在高电流脉冲测试中，在测量电流410和电压420的同时在较短时间段内从电池汲取高电流脉冲，并且测量电流变化412和电压变化422。高电流脉冲测试用于“快速模式”操作和“专业模式”操作两者。高电流脉冲测试用来测试电池的传递/起动能力。例如，电池的传递能力可以表示汽车的点火系统，所述点火系统是在起动引擎时从电池汲取高电流的主要单元。电池的传递能力的故障可以指示汽车将不大可能起动。如图4中所示，当从电池汲取了高电流时，电池端电压将降至一定电平。电压降的水平充当用于显示在较短时间段内传递高电流的能力的指标。因此，在脉冲测试期间的电压变化和汲取的电流可以用来估计电池的传递能力。
在高效电池测试器100中，在高电流脉冲测试期间，控制器140指示双向功率转换器120从电池向ESU 130(比如超级电容器)汲取浪涌电流。ESU 130将存储能量，该能量接着将用来在开关式激励过程期间对电池进行充电。不精密电池测试器使用非存储负载(例如，电阻器)，该非存储负载通过将所汲取的能量转换成热量而浪费能量。因此，使用ESU 130的这种脉冲生成方法可以减少能量损耗并避免高电流测试期间的发热问题。
在开关式激励测试中，高效电池测试器100以固定的频率在放电模式与充电模式之间交替，如图5中所示。此开关式激励操作被设计用于激励等效模型的两个RC并联网络的部件，同时测量电流510和电压520以确定电流变化和电压变化。在“专业模式”操作中使用开关式激励测试。
开关式激励操作不需要外部电源，因为在电池充电操作期间中将使用ESU 130中所存储的能量。另外，此方法不需要对多个频率进行扫频，因为其以固定的频率进行操作，比如100kHz DC开关信号。
电池状态估计算法
借助所测量的数据，可以估计若干指标，包括冷起动电流(CCA)、电池的阻抗和充电状态(SOC)。这些是在“快速模式”操作和“专业模式”操作中以不同的方式计算的。
“快速模式”操作用于快速估计电池的健康状况。在这个“快速模式”操作中，使用高电流脉冲测试来测量电压变化和电流。接着使用简单电池等效模型200来计算内部特性。在以下等式中使用电压变化(ΔV)和电流变化(ΔΙ)来计算电池内电阻(R)：
电池内电阻：
接下来，基于电池内电阻来计算CCA。冷起动电流可以将端电压、截止电压和温度补偿考虑在内。例如，根据国际CCA标准(IEC)，电池电压在-18℃(0°F)时不应该低于8.4V。在以下等式中使用端电压(V端)和截止电压(V截止)的经温度校正的函数、伴随温度补偿而使用欧姆定律来计算CCA值：
冷起动电流：
可以使用与端电压相关联的函数和SOC-VOC查找表来评估电池的充电状态(SOC)，比如图6中。
充电状态：SOC＝f(V端)温度-校正 (3)
使用简单电池等效模型200、电压改变和电流测量结果，可以在用最小时间计算测试结果的情况下快速完成所有的计算。然而，这个“快速模式”操作仅提供对电池健康状况的估计并且缺乏精度。
“专业模式”操作用于更精确地测量电池的健康状况。针对“专业模式”操作，使用高电流脉冲测试和开关式激励测试两者来测量数据。使用复杂电池等效模型300来计算内部特性。用于复杂电池等效模型300的计算以及粒子群优化算法更加耗费资源且耗时。
串联电阻器Ro用来对负载突变时的瞬时电压降进行建模。由电阻器R1、R2和电容器C1、C2形成的并联RC网络用来对暂态响应进行建模。所有这些参数表征展现多个时间常量的电池的稳态行为和暂态行为。
因而，第k个网络的时间常量τk是：
τk＝RkCk (4)
基于基尔霍夫电压定律，RC网络上的电压是：
其中，Vk(t)是Ck两端的电压并且ib是电池电流且k＝1或2。
电池的端电压V端可以表达为：
其中
且SOC(θ)是在时间θ处的充电状态，C[SOC(θ)]是不同SOC下的理想电池电容变化。
借助复杂电池等效模型300，经更改的粒子群优化算法被用于在没有已知导数的情况下求解电池参数并且对时间要求严格的应用是可行的。粒子群优化算法是模仿一群代理搜索目标的行为的迭代过程。该群中的代理通过共享其所知道的关于目标的信息中的一部分来与其他代理合作，并使用其他代理所共享的信息来引导其搜索。当迭代进行时，整个群倾向于朝目标汇聚。为了避免陷于局部最优，本发明使用引入扰动的经更改的粒子群优化算法。图8中描绘了该流程图，其使用经更改的粒子群优化算法的“专业模式”操作。图7中示出了经更改的粒子群优化算法的流程图。
目标函数和参数集的定义
目标函数εT用于测量和量化关于时间段T的实际电池电压-电流特性与由具有估计的固有参数的电气模型所获得的特性之差。在数学上，
其中，vb,act(t)和ib,act(t)分别是在时间t处测量的实际电池电压和电流，vb,m[t,P,iact(t)]是时间t处的在实际电池电流ib,act(t)下使用具有参数集P的电气模型计算的电池电压。
通过所提出的经更改的粒子群优化算法对参数集P进行优化以便使等式(8)中的εT最小化。替代使用图2中的所有电路元件，它被定义为：
P＝[SOC(0),Rs,R1,…,Rn,τ1,…τn,v1(0),…,vn(0)]
(9)
其中，SOC(0)是在时间段开始时的SOC。
通过使用以下等式(4)可以获得电路元件Ck
通过以下等式计算SOC的值
因此，通过等式(6)和等式(7)来计算等式(8)中vb,m的值。针对所有固有参数推导出最佳估计值的最佳参数集PH，PH是等式(8)中给定最小εT的那个，
经更改PSO的操作
在图7中所示的流程图中描绘了经更改的粒子群优化算法的操作。每次优化生成中所使用的候选参数集的群体大小是N。每个候选参数集(即，粒子)保持其位置Pi(其中，i＝1，2，……N)，并与其速度Vi相关联。通过使用以下公式来计算在第g次优化生成中的中的粒子速度Vi，即
Vi (g)＝w(g-1)Vi (g-1)+2r1,i (g-1)[PG-Pi (g-1)]+2r2,i (g-1)[PH,i (g-1)-Pi (g-1)] (13)
其中，Vi (g-1)是第(g-1)次生成中第i个粒子的粒子速度，PG是目前为止优化中的全局最佳粒子，Pi (g-1)保持第(g-1)次生成中第i个粒子的位置，保持目前为止第i个粒子的个体最佳位置，w(g-1)∈(0,1)是由粒子的位置所确定的学习因子并且其表达式在附录中给出，并且和是均匀分布在0与1之间的随机生成的加权因数。
等式(13)中的是使用以下标准获得的，
而PG (g-1)是通过以下标准获得的，
通过使用等式(13)，通过使用以下公式来更新粒子
Pi (g)＝Pi (g-1)+Vi (g) (16)
不允许粒子超过搜索边界，因此到达边界的粒子的速度被反转。为了避免搜索陷入局部最优，应用扰动技术。对算法进行如下描述。在已经通过使用等式(15)来更新所有粒子之前，通过将随机生成的扰动δp(g)注入到中来形成新的粒子
如果(即，粒子优于)，则用{PG (g)+δp(g),PG (g)+2δp(g),PG (g)+4δp(g),...,PG (g)+2kδp(g)}中的最佳粒子替换其中，PG (g)+2kδp(g)在搜索边界内并且PG (g)+2k+1δp(g)在边界外。
服从：其中i＝0，...，k (18)
否则，当前生成中的最差粒子将被替代，其被标识为：
其中i＝1，2，……N (19)
即，
借助于图7，如下地给出步骤的简洁描述：
1)针对每个参数设置搜索边界以防止搜索陷阱。
2)将所有N个粒子随机地初始化。
3)通过等式(8)评估所有的粒子。
4)通过使用等式(17)将扰动注入到最佳粒子中来生成新粒子。
5)基于等式(18)和等式(20)，将用新粒子替代最佳或最差粒子。
6)通过等式(13)来计算所有粒子的速度，并且通过等式(16)来更新位置。
7)针对下一次生成，从步骤2)开始重复所述过程直到迭代结束。
借助复杂电池等效模型300，通过将等效模型响应与测量结果进行比较来获得模型参数。模型参数包括阻抗、RC网络的值、以及开路电压(OCV)。这些模型参数用来准确地计算电池的固有参数，包括阻抗、CCA和SOC。由于模型参数估计的这个“专业模式”过程消耗更多的资源，因此此过程可能花费更多的时间以获得可以准确描述电池健康状况的测试结果。例如，在本发明的一些实施例中，“快速模式”操作在几秒内产生估计值，而“专业模式”操作在两分钟内产生结果。
电池测试器硬件
图9示出了可以用来实施在此所描述的系统、装置和方法的高效电池测试器100的实施例的框图。此框图是仅出于示意性目的而非用于限制而示出的示例实施例。
如所示的，操作性地耦合至存储器904的微处理器902通过执行定义此类操作的程序指令来控制整体操作。所述程序指令可以存储在存储器904或任何其他非暂态可读介质中，然后在期望执行所述程序指令时被加载。因而，方法步骤可以由存储器904中所存储的程序指令来定义并由执行计算机程序指令的处理器来控制。
微处理器902可以尤其包括专用处理器(具有被并入处理器设计中的软件指令)和通用处理器(具有存储器904中的指令)以便控制处理器，并且可以是唯一处理器或多个处理器之一。处理器可以是自含式计算系统，包含多个核或处理器、总线、存储器控制器、高速缓存等。多核处理器可以是对称的或非对称的。处理器和存储器904可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、由其进行补偿或者并入其中。可以理解的是，本公开可以使用一个或多个处理器进行操作或者在网络连接在一起的计算机群或簇上进行操作以提供更强的处理能力。
存储器904包括有形非暂态计算机可读存储介质。举例而言而非限制，这种非暂态计算机可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)、高速随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、双数据速率同步动态随机存取存储器(DDRRAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器、致密盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用盘只读存储器(DVD-ROM)磁盘、或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁性存储设备、或可以以计算机可执行指令、数据结构、或处理器芯片设计的形式携带或存储期望的程序代码装置的任何其他介质。当通过网络或另一通信连接(硬接线、无线、或其组合)向计算机传递或提供信息时，所述计算机恰当地将所述连接视为计算机可读介质。因而，任何这种连接都被恰当地称为计算机可读介质。上述的组合也应该包括在计算机可读介质的范围内。存储器904可以用于多个目的，包括用于执行测试的计算机指令、以及关于用户、系统、经测量数据、和/或测试结果的信息。
网络通信接口使得处理器能够通过网络(比如内联网和/或无线网络，比如蜂窝电话网络、无线局域网(LAN)和/或城域网(MAN))与其他设备通信，并使用任何适当的通信标准、协议、和技术与其他设备通信。举例而言而非限制，此类合适的通信标准、协议、和技术可以包括以太网、Wi-Fi(例如，IEEE 802.11)、Wi-MAX(例如，802.16)、蓝牙、近场通信(“NFC”)、射频系统、红外线、GSM、EDGE、HS-DPA、CDMA、TDMA、四频(quadband)、VoIP、IMAP、POP、XMPP、SIMPLE、IMPS、SMS、或任何其他合适的通信协议。举例而言而非限制，网络接口使得处理器能够传递数据、同步信息、更新软件、或任何其他适当的操作。在一些实施例中，处理器向其他计算设备传递测量数据和/或测试结果。这允许用户使用移动设备或计算机来检查、邮寄、存储、和分析测量数据和/或测试结果。另外，用户可以使用移动设备来搜索可以被中继回到电池测试器以用于测试的电池信息。
输入/输出接口可以与使能用户与系统进行交互的输入/输出设备结合使用。例如，输出显示器940可以在用户和电池测试器之间提供界面平台以用于同时显示信息和测试结果。输入设备928诸如键盘和/或触摸屏可以用来允许用户输入与受测电池150相关的信息，比如CCA、容量和电池类型。此外，用户还可以选择不同的功能进行测试等。可以连接打印设备930作为共享测试结果的方便途径。可以打印结果以用于商业记录的目的或者为了向顾客显示电池的状态。
微处理器902还可以与附加硬件耦合。可以连接实时时钟924以提供用于测试结果和记录的时间戳。在测试深度放电的电池时，可以使用外部电源来为微控制器902和电池状态检查单元906供电。红外温度传感器918可以提供对环境温度的测量结果以用于估计温度校正下的CCA和SOC。
微处理器902连接至电池状态检查单元906，所述电池状态检查单元连接至电池150。如所示的，电池状态检查单元906包括反转极性保护单元910、继电器912、具有超级电容器914的充电和放电单元、以及电池电力状态传感器916。反转极性保护单元910防止电池的正端子与负端子之间的错误连接从而避免不必要的损害。如果发生错误连接，可以警告用户，比如通过在显示器上闪烁警告。继电器912是使能或禁能电池150与ESU 130之间的连接的开关。具有超级电容器914的充电和放电单元在微处理器控制下用于两级测试操作，这两级测试操作是高电流脉冲测试和开关式激励。电池电力状态传感器916用来测量电池电压和电流。由微处理器902捕获相关波形以用于将来分析。
图10示出了根据本发明的实施例的电池状态检查单元906的电路图。如所示的，该电路包括第一MOSFET 1020、第二MOSFET 1022、继电器912、电感器1030和超级电容器1050。反转极性保护单元910与电池1040并联连接。用于感测电路状况的感测单元连接在电路中的各个点处。这些包括与电池1040并联的电压传感器1010、继电器912与第一MOSFET 1020之间的电流传感器1012、以及与超级电容器130并联的电压传感器1014。此电路执行双向功率流功能，从而使得可以从电池1040向超级电容器1050传递能量，并且反之亦然。在放电操作期间，从电池1040向超级电容器1050传递能量。这两个MOSFET被开关的方式为使得电路作为降压转换器进行操作，其中，电池1040被当做电源并且超级电容器1050被当做负载。在充电操作期间，从超级电容器1050向电池1040传递能量。这两个MOSFET被开关的方式为使电路作为升压转换器进行操作，其中，超级电容器1050被当做电源并且电池1040被当做负载。电压控制件1060控制MOSFET，从而使得可以进行高电流脉冲测试和开关式激励测试。
图11示出了用于使用不同类型的电池来验证测试过程的实验设置。受测电池连接至电源Magna-Power TS80-621110和具有60502B负载模块1120的电子惠普(HewlettPackard)HP6050A主机。电源1110用来对受测电池的充电电流进行编程，同时具有电子负载1120的电子主机用来对从受测电池汲取的负载电流进行编程。这种安排可以仿真真实的工作条件，在所述条件下，在应用(比如EV)中可以发生电池充电和放电。电源1110和具有电子负载1120的主机由计算机1140通过控制器(美国国家仪器公司NI 9263)来控制，该控制器使用USB连接安装在NI cDAQ-9172机架1130上。在计算机1140上对电流模式进行编程。由同样安装在cDAQ-9172机架1130上的数据采集模块(美国国家仪器公司NI 9215)对电池电压和电流(使用0.1欧姆电阻器被转换成电压信号)进行采样。NI 9215和NI 9263两者的分辨率都是16位，在±10V的范围内操作。在多个SOC条件下使用具有多个电池电流模式的这种设置，研究已经表明平均预测误差小于电池电压的0.5％。因而，高效电池测试器已经证明其性能在此类应用的实际范围内。
已出于说明和描述的目的呈现了对本发明的优选实施例的上述描述。所述描述不旨在是穷尽性的或将本发明限制为所公开的确切形式。鉴于以上的传授内容，许多修改和变体都是可能的。例如，虽然本公开呈现了测试电池的方法，但是高效电池测试器100可以用于以相应的等效模型接受双向功率流的任何对象，比如电容器或车辆的交流发电机系统。本发明的范围旨在不受此详细说明的限制，而是受权利要求书及所附权利要求书的等效物的限制。

Claims (20)

1.一种用于评估电池的固有特性的电池测试器，包括：
a.至少一个传感器，用于感测电压和电流；
b.能量存储单元，用于暂时存储来自所述电池的电力；
c.双向功率转换器，用于促进所述电池与所述能量存储单元之间的能量传递；
d.控制器，用于控制所述双向功率转换器，所述控制器包括：
i.处理器、非暂态计算机可读存储介质、以及存储在所述非暂态计算机可读存储介质中的指令，所述指令在被所述处理器执行时使所述处理器执行至少一种电池测试方法，其中，所述至少一种电池测试方法包括使用所述双向功率转换器从所述电池向所述能量存储单元传递能量并且从所述能量存储单元向所述电池传递能量。
2.如权利要求1所述的电池测试器，进一步包括显示器上的用户界面，其中，所述用户界面包括用于选择所述至少一种电池测试方法的控件。
3.如权利要求2所述的电池测试器，其中，所述至少一种电池测试方法包括进行高电流脉冲测试，其中，所述高电流脉冲测试包括：在短时间段内从所述电池向所述能量存储单元汲取高电流；将能量从所述能量存储单元返给所述电池；以及使用所述至少一个传感器来测量电压变化和电流变化。
4.如权利要求3所述的电池测试器，其中，所确定的所述电池特性是电池内电阻、冷起动电流(“CCA”)、和充电状态(“SOC”)，其中，电池内电阻是通过评估来确定的，其中，是在所述高电流脉冲测试中测量到的电压变化除以电流变化，其中，CCA是通过评估来确定的，其中，V端是端电压，V截止是截止电压，并且f(V端-V截止)温度-校正是所述端电压与所述截止电压之差的经温度校正的函数，其中，SOC是通过评估SOC＝f(V端)温度-校正来确定的，其中，f(V端)温度-校正是所述端电压的经温度校正的函数。
5.如权利要求3所述的电池测试器，其中，所述至少一种电池测试方法进一步包括进行开关式激励测试，其中，所述开关式激励测试包括：以固定的频率从所述电池向所述能量存储单元传递能量并且从所述能量存储单元向所述电池传递能量，并且使用所述至少一个传感器来测量电压和电流。
6.如权利要求5所述的电池测试器，进一步包括：通过利用执行递归算法来确定所述电池的所述固有特性，以提高所述电池的电气模型的准确性，其中，所述递归算法包括：
a.对表示所述电池的电压和电流的粒子集进行初始化，其中，每个粒子具有速度和位置；
b.在多次迭代中更新所述粒子集，其中，更新所述粒子集包括：
i.使用不准确性函数来确定每个粒子的不准确性值，其中，所述不准确性函数测量特定时间段内实际电池电压-电流特性与具有估计的固有参数的电气模型之差，其中，具有最低不准确性值的粒子被认为是所述粒子集中的最佳粒子，并且其中，具有最高不准确性值的粒子被认为是所述粒子集中的最差粒子；
ii.通过生成扰动并将其注入到所述最佳粒子中来生成替换粒子；
iii.使用所述不准确性函数来估算所述替换粒子的不准确性值；
iv.如果所述替换粒子具有比所述最佳粒子更低的不准确性值，则用所述替换粒子替换所述粒子集中的所述最佳粒子，否则用所述替换粒子替换所述粒子集中的所述最差粒子；以及
v.更新所述粒子集中的每个粒子的速度和位置；以及
c.基于所述粒子集来确定所述电池的所述电气模型的充电状态、冷起动电流、和内电阻。
7.如权利要求6所述的电池测试器，其中，确定每个粒子的不准确性值是通过评估函数来确定的，其中，εT是时间段T内实际电池电压-电流特性与具有估计的固有参数的电气模型之差的函数，其中，vb,act(t)是在时间t处所测量的实际电池电压，其中，ib,act(t)是在时间t处所测量的实际电池电流，其中，vb,m[t,P,iact(t)]是时间t处的在所述实际电池电流ib,act(t)下使用具有参数集P的所述电气模型计算的电池电压。
8.如权利要求7所述的电池测试器，其中，时间t处的充电状态(“SOC”)是通过评估来确定的，其中，SOC(0)是在时间段开始时的充电状态，Q0是所述电池的满电容量，时间ib(θ)是在时间θ处的所述电池电流。
9.一种针对固有特性来测试电池的方法，所述方法包括：
在具有控制器、双向功率转换器、能量存储单元和至少一个传感器的电路处：
a.执行电池测试方法，其中，所述电池测试方法包括：
i.记录电池的电压和电流；
ii.指示所述控制器使用所述双向功率转换器从所述电池向所述能量存储单元传递能量；
iii.指示所述控制器使用所述双向功率转换器从所述能量存储单元向所述电池传递能量；以及
iv.使用所述至少一个传感器来测量所述电路的电压和电流；以及
b.基于所测量的所述电路的电压和电流来确定所述电池的固有特性。
10.如权利要求9所述的用于测试电池的方法，进一步包括在显示器上设置用户界面，其中，所述用户界面提供要对所述电池执行的电池测试方法的选择。
11.如权利要求10所述的用于测试电池的方法，其中，所述电池测试方法的选择包括用于模拟高电流脉冲的第一电池测试方法，其中，所述指示所述控制器使用所述双向功率转换器从所述电池向所述能量存储单元传递能量的步骤是在短时间段内进行的。
12.如权利要求11所述的用于测试电池的方法，其中，所述固有特性包括电池内电阻、冷起动电流(“CCA”)和充电状态(“SOC”)，其中，电池内电阻是通过评估来确定的，其中，是在所述高电流脉冲测试中测量的电压变化除以电流变化，其中，CCA是通过评估来确定的，其中，V端是端电压，V截止是截止电压，并且f(V端-V截止)温度-校正是所述端电压与所述截止电压之差的经温度校正的函数，其中，SOC是通过评估SOC＝f(V端)温度-校正来确定的，其中，f(V端)温度-校正是所述端电压的经温度校正的函数。
13.如权利要求11所述的用于测试电池的方法，其中，所述电池测试方法的选择包括用于模拟开关式激励的第二电池测试方法，其中，所述指示所述控制器从所述电池向所述能量存储单元以及从所述能量存储单元向所述电池传递能量的步骤是以固定频率进行的。
14.如权利要求13所述的用于测试电池的方法，其中，确定所述电池的固有特征包括：使用递归算法来提高所述电池的电气模型的准确性，其中，所述递归算法包括：
a.对表示所述电池的电压和电流的粒子集进行初始化，其中，每个粒子具有速度和位置；
b.在多次迭代中更新所述粒子集，其中，更新所述粒子集包括：
i.使用不准确性函数来确定每个粒子的不准确性值，其中，所述不准确性函数测量特定时间段内实际电池电压-电流特性与具有估计的固有参数的电气模型之差，其中，具有最低不准确性值的粒子被认为是所述粒子集中的最佳粒子，并且其中，具有最高不准确性值的粒子被认为是所述粒子集中的最差粒子；
ii.通过生成扰动并将其注入到所述最佳粒子中来生成替换粒子；
iii.使用所述不准确性函数来估算所述替换粒子的不准确性值；
iv.如果所述替换粒子具有比所述最佳粒子更低的不准确性值，则用所述替换粒子替换所述粒子集中的所述最佳粒子，否则用所述替换粒子替换所述粒子集中的所述最差粒子；以及
v.更新所述粒子集中的每个粒子的速度和位置；以及
c.基于所述粒子集来确定所述电池的所述电气模型的充电状态、冷起动电流、和内电阻。
15.如权利要求14所述的用于测试电池的方法，其中，确定每个粒子的不准确性值是通过评估函数来确定的，其中，εT是时间段T内实际电池电压-电流特性与具有估计的固有参数的电气模型之差的函数，其中，vb,act(t)是在时间t处所测量的实际电池电压，其中，ib,act(t)是在时间t处所测量的实际电池电流，其中，vb,m[t,P,iact(t)]是时间t处的在所述实际电池电流ib,act(t)下使用具有参数集P的所述电气模型计算的电池电压。
16.如权利要求15所述的用于测试电池的方法，其中，时间t处的充电状态(“SOC”)是通过估算来确定的，其中，SOC(0)是在时间段开始时的充电状态，Q0是所述电池的满电容量，并且时间ib(θ)是时间θ处的所述电池电流。
17.一种用于评估电池的固有特性的电池测试器，所述电池测试器包括：
a.至少一个传感器，用于感测电压和电流；
b.能量存储单元，用于暂时存储来自所述电池的电力；
c.双向功率转换器，用于促进所述电池与所述能量存储单元之间的能量传递；
d.控制器，用于控制所述双向功率转换器，所述控制器包括：处理器、非暂态计算机可读存储介质、以及存储在所述非暂态计算机可读存储介质中的指令，所述指令在被所述处理器执行时使所述处理器执行电池测试方法，其中，所述电池测试方法包括使用所述双向功率转换器从所述电池向所述能量存储单元传递能量并且从所述能量存储单元向所述电池传递能量；以及
e.显示器，其中，所述显示器上的用户界面提供可操作用于选择所述电池测试方法的控件；
f.其中，所述电池测试方法选自用于快速评估所述电池的第一测试模式或用于精确评估所述电池的第二测试模式，其中，所述第一测试模式包括高电流脉冲测试并且所述第二测试模式包括所述高电流脉冲测试和开关式激励测试；
g.其中，所述高电流脉冲测试包括：在短时间段内从所述电池向所述能量存储单元汲取高电流；将能量从所述能量存储单元返回所述电池；以及使用所述至少一个传感器来测量电压变化和电流变化；
h.其中，所述开关式激励测试包括：以固定频率从所述电池向所述能量存储单元传递能量并且从所述能量存储单元向所述电池传递能量，并且使用所述至少一个传感器来测量电压和电流；
i.其中，所述第一测试模式确定电池内电阻、冷起动电流(“CCA”)、和充电状态(“SOC”)，其中，电池内电阻是通过估算来确定的，其中，是在所述高电流脉冲测试中测量的电压变化除以电流变化，其中，CCA是通过估算 确定的，其中，V端是端电压，V截止是截止电压，并且f(V端-V截止)温度-校正是所述端电压与所述截止电压之差的经温度校正的函数，其中，SOC是通过估算SOC＝f(V端)温度-校正来确定的，其中，f(V端)温度-校正是所述端电压的经温度校正的函数；
j.其中，所述第二测试模式通过使用递归算法提高所述电池的电气模型的准确性来确定所述电池的所述固有特征，其中，所述递归算法包括：
i.对表示所述电池的电压和电流的粒子集进行初始化，其中，每个粒子具有速度和位置；
ii.在多次迭代中更新所述粒子集，其中，更新所述粒子集包括：
1.使用不准确性函数来确定每个粒子的不准确性值，其中，所述不准确性函数测量特定时间段内实际电池电压-电流特性与具有估计的固有参数的电气模型之差，其中，具有最低不准确性值的粒子被认为是所述粒子集中的最佳粒子，并且其中，具有最高不准确性值的粒子被认为是所述粒子集中的最差粒子，其中，每个粒子的不准确性值是通过评估函数来确定的，其中，εT是时间段T内实际电池电压-电流特性与具有估计的固有参数的电气模型之差的函数，其中，vb,act(t)是在时间t处所测量的实际电池电压，其中，ib,act(t)是在时间t处所测量的实际电池电流，其中，vb,m[t,P,iact(t)]是时间t处的在所述实际电池电流ib,act(t)下使用具有参数集P的所述电气模型计算的电池电压；
2.通过生成扰动并将其注入到所述最佳粒子中来生成替换粒子；
3.使用所述不准确性函数来估算所述替换粒子的不准确性值；
4.如果所述替换粒子具有比所述最佳粒子更低的不准确性值，则用所述替换粒子替换所述粒子集中的所述最佳粒子，否则用所述替换粒子替换所述粒子集中的所述最差粒子；以及
5.更新所述粒子集中的每个粒子的速度和位置；以及
iii.基于所述粒子集来确定所述电池的所述电气模型的充电状态、冷起动电流和内电阻，由此，所述充电状态、冷起动电流和内电阻表明电池健康。
18.如权利要求17所述的电池测试器，其中，所述电池测试器安装在汽车中以对汽车电池进行分析。
19.如权利要求17所述的电池测试器，其中，所述电池测试器是独立式设备，所述独立式设备可操作以与独立式电池连接并显示所述独立式电池的测试结果。
20.如权利要求17所述的电池测试器，其中，所述电池测试器进一步包括电源，由此，所述电源为所述电池测试器供应能量以测试经深度放电的电池。
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