CN108226787A - 电池内阻检测方法和检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池内阻检测方法和检测装置，采用主从式结构，电流和电压分开测量，对于某一个采集时刻，记录该采集时刻采集到的电池的电流值和电压值，记为第一电流值和第一电压值，接下来，每到一个采集时刻，计算各采集时刻采集到的电流值与第一电流值的差值，直至出现一个大于或者等于设定阈值的差值，记为电流差值，记录该电流差值对应的采集时刻采集到的电压值，记为第二电压值，计算第二电压值和第一电压值的差值，记为电压差值，然后计算电压差值和电流差值的比值，得到该时间段的电池内阻。通过上述检测过程能够准确得到电池的内阻值，进而能够通过内阻完成对电池的健康评估和预期循环寿命估计，以及可利用数据完成梯次利用配对。

Description

电池内阻检测方法和检测装置

技术领域

本发明涉及电池内阻检测方法和检测装置，属于电池内阻检测技术领域。

背景技术

在新能源汽车等工业领域使用动力电池过程中，不同电池之间存在的特性及差异很大，甚至同种电池不同批次之间也存在差异。由于电池包中所需电池数量十分庞大，这些差异会被累计放大，进而产生不均衡现象，对整个电池包的安全性、性能都会有极大的影响。而电池单体的安全性、性能等问题直接的原因就是动态内阻的增大引起的。所以动力电池动态内阻将是未来评估电池包安全性与性能的重要参数，也是现阶段行业的技术难点。

内阻的重要性在于：1、电池单体的发热由内阻引起，电池单体温度升高的本质是因为内阻的增大。2、内阻的大小反映电池的劣化程度，是梯次利用中的关键一环。3、有助于更加合理的使用电池。因此内阻是必须计算的。

而且，电池的安全性主要体现在单体的发热问题，而电池单体发热的根本原因在于内阻的上升。计算电池的动态内阻能及时反映各单体的健康状况，可以做到提前防范，安全性更强。

现阶段的电池包的管理系统均无法计算电池的动态内阻，而当BMS的管理更加精细化、准确化的时候，内阻就会成为所有问题的核心。同时随着电动汽车行业的发展，动力电池的梯次利用和回收将会成为一个严峻的考验。动态内阻可以反映电池的健康状况及劣化程度，进而可以反映电池的一致性，有助于更加方便、简洁的对动力电池进行再分组用于储能等其他领域，与现有回收方案相比极大的节省人力物力。电池动态内阻还可以作为梯次利用的重要参数，进而简化电池的回收流程，大大降低再利用成本。

此外，现在的BMS对剩余里程及电量的计算都是估计的。估算SOC通过跑车实验，找出SOC与剩余里程间的对应表，通过查表估计剩余里程。SOC是电量的单位不是能量，与行驶里程没有任何关联。用SOC来估算剩余电量本身就没有任何理论依据，业界也普遍意识到应该用SOE(剩余能量)来计算剩余里程，而计算SOE的核心是计算单体电池内阻上的能耗，难点就是计算电池的动态内阻。因此，单体电池的内阻计算至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供电池内阻检测方法和检测装置，用以对电池内阻进行准确检测。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种电池内阻检测方法，对于某一个采集时刻，记录该采集时刻采集到的电池的电流值和电压值，记为第一电流值和第一电压值，接下来，每到一个采集时刻，计算各采集时刻采集到的电流值与所述第一电流值的差值，直至出现一个大于或者等于设定阈值的差值，记为电流差值，记录所述电流差值对应的采集时刻采集到的电压值，记为第二电压值，计算所述第二电压值和第一电压值的差值，记为电压差值，然后计算所述电压差值和所述电流差值的比值，得到对应时间段的电池内阻。

对于任意一个采集时刻，首先采集电池电流值，然后计算该电流值与第一电流值的差值，并与所述阈值进行比较，如果差值大于或者等于所述阈值，采集电池电压值；如果差值小于所述阈值，不采集电池电压值。

本发明还提供一种电池内阻检测装置，包括用于采集电池电流值的电流采集模块，用于采集电池电压值的电压采集模块以及数据处理模块，数据处理模块执行以下检测策略：对于某一个采集时刻，记录该采集时刻采集到的电池的电流值和电压值，记为第一电流值和第一电压值，接下来，每到一个采集时刻，计算各采集时刻采集到的电流值与所述第一电流值的差值，直至出现一个大于或者等于设定阈值的差值，记为电流差值，记录所述电流差值对应的采集时刻采集到的电压值，记为第二电压值，计算所述第二电压值和第一电压值的差值，记为电压差值，然后计算所述电压差值和所述电流差值的比值，得到对应时间段的电池内阻。

对于任意一个采集时刻，首先电流检测模块采集电流值，并将采集到的电流值传输给数据处理模块，数据处理模块计算该电流值与第一电流值的差值，并与所述阈值进行比较，如果差值大于或者等于所述阈值，数据处理模块向电压采集模块输出允许采集控制指令，电压采集模块响应该控制指令，对电池电压值进行采集；如果差值小于所述阈值，数据处理模块向电压采集模块输出禁止采集控制指令，电压采集模块响应该控制指令，不采集电池电压值，或者，数据处理模块不向电压采集模块发送命令，电压采集模块处于等待或者休眠模式中。

本发明提供的电池内阻检测方法，对于某一个采集时刻，记录该采集时刻采集到的电池的电流值和电压值，记为第一电流值和第一电压值，接下来，每到一个采集时刻，计算该采集时刻采集到的电流值与第一电流值的差值，并比较该差值与设定的阈值的大小，直至出现一个大于或者等于设定阈值的差值，记为电流差值，也就是说，该电流差值对应的采集时刻是第一采集时刻之后第一次出现电流差值大于或者等于设定阈值的采集时刻，记录该采集时刻采集到的电压值，记为第二电压值，利用该采集时刻采集到的电流值和电压值以及第一电流值和第一电压值进行内阻的计算，具体为：计算第二电压值和第一电压值的差值，记为电压差值，然后计算电压差值和电流差值的比值，得到对应时间段，即第一采集时刻至该时刻这一时间段的电池内阻。因为实际工作中电池的内阻不是固定值是不断变化的，这种计算方法就可以准确的得到内阻随时间的变化情况。该方法可以准确的反映内阻在不同时刻的变化状况，当内阻不发生变化时不满足内阻计算的条件，此时内阻值与上次计算的结果保持一致，直至内阻发生变化。另外，准确检测得到电池的内阻能够通过内阻完成对电池的健康评估和预期循环寿命估计，以及可利用数据完成梯次利用配对，从而在业界率先解决SOE的计算问题，真正解决电池电能计算难的问题。另外，该方法支持后台数据分析，为电池厂家改进电池质量和电池梯次利用提供数据支持。

附图说明

图1是电池内阻计算方法的原理图；

图2是电池内阻检测流程图；

图3是电池内阻检测的采集时刻时间坐标图；

图4是电压值校正修正流程图。

具体实施方式

电池内阻检测装置实施例

首先，简要说明一下电池内阻检测的基本原理，如图1所示，具体实施方法如下：接可变电阻作为电池的负载并调整阻值使电流表读数在某一数值记录电压读数，再次调整可变电阻使电流加大到另一数值，然后第二次记录电压读数，接着用两次电压的压降差除以两次电流的变化值得到的数值就是电池的内阻。举例说明：假定一节电池充电充到“1.5V”，第一步，把该电池连接可变电阻，然后调整可变电阻使电流读数是“2A”，这时电压表指出的电压数有所下降，记录此时的读数，为“1.4V”；第二步，再次调整可变电阻，使电流达到“10A”，这时电压表的读数再次下降，假定为“0.8V”，那么，知道以上数据就可进行计算，10A-2A＝8A，1.4V-0.8V＝0.6V，电池内阻就为：0.6/8＝0.075欧姆。

由于电池内阻是通过电池的电压值以及电流值进行计算得到的，因此，为了实现电池内阻的检测，本实施例提供的电池内阻检测装置就包括电压检测模块和电流检测模块，分别用于检测电池的电压值和电流值，这两个检测模块均可以采用现有的检测设备。检测装置还包括数据处理模块，数据处理模块分别与电压检测模块和电流检测模块进行数据通讯，用于对电压值和电流值进行处理，以得电电池内阻，而且，该处理模块还实现整个检测过程的相关控制。

本实施例中，电池内阻检测装置的检测对象是车辆中动力电池组的单体电池。用于检测单体电池的内阻。

现业内没有动力电池组内单体电池动态内阻的检测装置，本发明率先将该原理应用到计算电池动态内阻的方案中。其硬件结构用到的电压检测模块和电流检测模块等芯片均是已有器件，发明点在于本方法用这些已有器件解决了业内觉得现有条件下无法解决的问题。因此，本发明提供的检测装置的发明点不在于硬件结构本身，而是在于内阻检测的策略，即在于检测装置的数据处理模块中加载的以软件程序存在的内阻检测方法，基于该检测方法的任何硬件结构均在本发明的保护范围内。

检测装置进行数据检测的时刻称为采集时刻，任两个相邻的采集时刻的时间间隔就是数据采集周期，本实施例中，数据采集周期以10ms为例。

数据处理模块中加载的内阻检测策略，即本发明提供的内阻检测方法中，可以采用主从式结构进行电流和电压的分开测量。内阻检测方法具体为：对于某一个采集时刻，记录该采集时刻采集到的单体电池的电流值和电压值，记为第一电流值和第一电压值，接下来，以后每到一个采集时刻，均采集电流值，并计算各采集时刻采集到的电流值与上述第一电流值的差值，并且判断各差值与设定阈值(比如100mA)的大小关系，如果差值小于设定阈值，那么，不做任何处理，进行下一个采集时刻的采集，直至出现一个大于或者等于设定阈值的差值，该差值就是所得的电流差值，那么，记录该电流差值对应的采集时刻，同时记录该采集时刻采集到的电压值，记为第二电压值，然后计算第二电压值和上述第一电压值的差值，那么，单体电池的内阻计算方法为：第二电压值和第一电压值的差值除以上述所得的电流差值。另外，对于采集到的电流值与第一电流值的差值小于设定阈值的各采集时刻，由于这些采集时刻采集到的电压值几乎不变，因传感器所限导致不满足内阻计算条件，所以，电压采集模块可以每个采集时刻均采集电压值，但是，数据处理模块不理会电压采集模块采集到的这些电压值，或者，对于这些采集时刻，只采集电流值，不采集电压值，本实施例以只采集电流值，不采集电压值为例。

那么，在数据采集时，就有以下控制过程：对于任意一个采集时刻，首先电流检测模块采集电流值，并将采集到的电流值传输给数据处理模块，数据处理模块计算该电流值与第一电流值的差值，并与设定阈值进行比较，如果差值小于设定阈值，数据处理模块向电压采集模块输出禁止采集控制指令，电压采集模块响应该控制指令，该采集时刻不再采集电池电压值，或者，数据处理模块不向电压采集模块发送命令，电压采集模块处于等待或者休眠模式中；如果差值大于或者等于设定阈值，数据处理模块向电压采集模块输出允许采集控制指令，电压采集模块响应该控制指令，该采集时刻要对电池电压值进行采集。所以，电流值和电压值分别测量，由于电池的电压变化滞后于电流变化，那么，通过先采集电流值，再进行电流值判断，将该滞后时间补偿进去后采集电压值，可以使得电压和电流的同步性更精准，更精确的测得电流变化所引起的对应的电压变化，从而使内阻的计算变得更加精确。

因此，内阻检测方法中涉及两个采集时刻，按照时间先后分别为第一采集时刻和第二采集时刻，第一采集时刻和第二采集时刻之间的各采集时刻采集到的电流值与第一采集时刻采集到的电流值的差值均小于设定阈值，第二采集时刻采集到的电流值与第一采集时刻采集到的电流值的差值大于或者等于设定阈值，然后，通过计算第一采集时刻和第二采集时刻的电压差值和电流差值的比值得到电池内阻，此内阻为第一采集时刻与第二采集时刻之间这一时间段的电池的内阻。因此，第二采集时刻是从第一采集时刻开始，出现的第一个采集到的电流值与第一采集时刻采集到的电流值的差值大于或等于设定阈值的采集时刻。

图2是本实施例提供的电池内阻检测的一种具体流程图。

因此，通过上述检测过程能够得到单体电池的一个内阻值，上述检测过程是一个完整的检测过程。当然，上述检测过程还可以理解为一个组成单元，如果只需一个内阻值的话，一个上述检测过程就可以实现检测；如果需要得到电池内阻值的动态变化过程，那么，就需要多个上述检测过程，通过先后顺序组成一个动态检测过程。

那么，动态检测过程可以为：如图3所示，按照时间先后顺序，采集时刻的时间顺序为t1、t2、t3、……、ta、ta1、ta2、……、tb、tb1、tb2、……、tc、……设定开始检测的时刻为开始时刻t1，对应为第一采集时刻，记录该采集时刻采集到的单体电池的电流值和电压值，记为第一电流值和第一电压值，接下来的各采集时刻(比如t2时刻和t3时刻)，进行电流差值的计算和判断，这些采集时刻采集到的电流值与第一电流值的差值均小于设定阈值，直至出现大于或者等于设定阈值的差值，该电流差值对应的采集时刻为采集时刻ta，记为第二采集时刻，同时记录采集时刻ta采集到的电压值，记为第二电压值，并记录采集时刻ta采集到的电流值为第二电流值，即找到第一采集时刻之后第一次出现电流差值大于或者等于设定阈值的采集时刻，然后计算第二电压值和第一电压值的差值，第二电压值和第一电压值的差值除以第二电流值与第一电流值的差值得到一个电池内阻值，此内阻为t1与ta时间段内电池的内阻。那么，第二采集时刻就参与计算，第二采集时刻之后的各采集时刻(比如ta1时刻和ta2时刻)，每到一个采集时刻，均采集电流值，并计算各采集时刻采集到的电流值与上述第二电流值即ta时刻电流值的差值，并且判断各差值与设定阈值的大小关系，如果差值小于设定阈值，那么，不做任何处理，进行下一个采集时刻的采集，直至出现大于或者等于设定阈值的差值，记录该电流差值对应的采集时刻为采集时刻tb，记为第三采集时刻，同时记录采集时刻tb采集到的电压值，记为第三电压值，并记录采集时刻tb采集到的电流值为第三电流值，即找到第二采集时刻之后第一次出现的电流差值大于或者等于设定阈值的采集时刻，然后计算第三电压值和第二电压值的差值，通过计算第三电压值和第二电压值的差值与第三电流值与第二电流值的差值的比值就得到另一个电池内阻值，此内阻为ta与tb时间段内电池的内阻。那么，第三采集时刻就参与计算，与上述过程同理，找到第三采集时刻之后第一次出现电流差值大于或者等于设定阈值的采集时刻，为采集时刻tc，记为第四采集时刻，电流值为第四电流值，电压值为第四电压值，计算第四电压值和第三电压值的差值，通过计算第四电压值和第三电压值的差值与第四电流值与第三电流值的差值的比值就得到另一个电池内阻值。以此类推，找到相应采集时刻之后第一次出现电流差值大于或者等于设定阈值的采集时刻，通过计算这两个采集时刻的电压差值和电流差值的比值，得到一系列电池内阻值，获取电池内阻的动态变化。

本发明提供的电池内阻检测装置可以是一个独立的检测设备，通过将被检单体电池接入该设备中实现内阻检测，当然，该检测装置还可以布置在车辆中或者动力电池包内，或者说其本身就是车辆的一部分，通过车辆上存在的相关设备构成电池内阻检测装置，以实现内阻检测。并且，通常情况下，动力电池包中的各单体电池串联连接，那么，电池包总电流就是各单体电池的电流，通过检测电池包总电流就能够得到各单体电池的电流，单体电池的电压需要单独测量，那么，电流检测模块集成在电池包内BMS管理系统主控板中，电压检测模块为设置在对应单体电池端的采集卡，那么，优先采集电流值，主板以10ms时间间隔实时检测动力电池包总电流，当发现两次测量的电流差大于100mA时，向采集卡发送采集命令和电流的差值，此时单体端采集卡采集相应的电压值并记录此时的时间，然后，各采集卡采用自适应算法，当满足内阻的计算条件时(即电流差和电压差均不为零)，计算单体电池的内阻，并保存数据，然后将数据上传主板。那么，各采集卡就是电压检测模块和数据处理模块的集合体。

另外，在数据采集和处理过程中，需要兼顾即时性、同步性与抗干扰性，可以将电压滞后电流的时间补偿进去，能够更即时、同步的得到电流与电压的实际对应值。数据采集时，可以通过每次采集基准源电压对采集的实际电压进行修正，并在该时刻前后连续采集6次，如图4所示，去掉两个最大值和两个最小值，求得平均值，从而有更高的抗干扰能力。同时，采用先采集后校准的方案，采集卡在每次开始计算内阻时，先短时间内连续采集6次并保存，然后再测量基准电压显示的值，根据：测量值/测量值＝真实值/真实值，从而对测得的电压进行校准。因为电压的变化很小，所以导致电压差与干扰信号基本同属于一个量级，因此必须提高数据采集时的抗干扰能力，在保证电压与电流同步的前提下尽可能降低噪声干扰。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于内阻检测方法，并不局限于实现该方法的硬件结构，基于该方法的任何硬件结构均在本发明的保护范围内。

电池内阻检测方法实施例

本发明提供一种电池内阻检测方法，对于某一个采集时刻，记录该采集时刻采集到的电池的电流值和电压值，记为第一电流值和第一电压值，接下来，每到一个采集时刻，计算各采集时刻采集到的电流值与第一电流值的差值，直至出现一个大于或者等于设定阈值的差值，记为电流差值，记录该电流差值对应的采集时刻采集到的电压值，记为第二电压值，计算第二电压值和第一电压值的差值，记为电压差值，然后计算电压差值和电流差值的比值，得到对应时间段的电池内阻。由于上述检测装置实施例已对该检测方法做出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (4)

1.一种电池内阻检测方法，其特征在于，对于某一个采集时刻，记录该采集时刻采集到的电池的电流值和电压值，记为第一电流值和第一电压值，接下来，每到一个采集时刻，计算各采集时刻采集到的电流值与所述第一电流值的差值，直至出现一个大于或者等于设定阈值的差值，记为电流差值，记录所述电流差值对应的采集时刻采集到的电压值，记为第二电压值，计算所述第二电压值和第一电压值的差值，记为电压差值，然后计算所述电压差值和所述电流差值的比值，得到对应时间段的电池内阻。

2.根据权利要求1所述的电池内阻检测方法，其特征在于，对于任意一个采集时刻，首先采集电池电流值，然后计算该电流值与第一电流值的差值，并与所述阈值进行比较，如果差值大于或者等于所述阈值，采集电池电压值；如果差值小于所述阈值，不采集电池电压值。

3.一种电池内阻检测装置，其特征在于，包括用于采集电池电流值的电流采集模块，用于采集电池电压值的电压采集模块以及数据处理模块，数据处理模块执行以下检测策略：对于某一个采集时刻，记录该采集时刻采集到的电池的电流值和电压值，记为第一电流值和第一电压值，接下来，每到一个采集时刻，计算各采集时刻采集到的电流值与所述第一电流值的差值，直至出现一个大于或者等于设定阈值的差值，记为电流差值，记录所述电流差值对应的采集时刻采集到的电压值，记为第二电压值，计算所述第二电压值和第一电压值的差值，记为电压差值，然后计算所述电压差值和所述电流差值的比值，得到对应时间段的电池内阻。

4.根据权利要求3所述的电池内阻检测装置，其特征在于，对于任意一个采集时刻，首先电流检测模块采集电流值，并将采集到的电流值传输给数据处理模块，数据处理模块计算该电流值与第一电流值的差值，并与所述阈值进行比较，如果差值大于或者等于所述阈值，数据处理模块向电压采集模块输出允许采集控制指令，电压采集模块响应该控制指令，对电池电压值进行采集；如果差值小于所述阈值，数据处理模块向电压采集模块输出禁止采集控制指令，电压采集模块响应该控制指令，不采集电池电压值，或者，数据处理模块不向电压采集模块发送命令，电压采集模块处于等待或者休眠模式中。