CN108646200A - 电池健康状态评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池健康状态评估方法及系统，该方法包括：敲击待测电池的一极，利用传感器连接待其另一极，交换正极、负极连接方式采集该电池的振动信号；利用数据记录仪接收所述振动信号生成相应的电信号；根据所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图比较，输出待测电池的健康状态。本发明通过将敲击方式获取声波在待测电池的振动信号，根据所述振动信号转化的电信号的频谱图，利用模糊运算将所述频谱图与数据库预设的相同型号的电池在不同状态分别对应的频谱图进行比对，确定待测电池当前的状态从而迅速准确地输出该电池的健康状态，便于用户及时知悉。

Description

电池健康状态评估方法及系统

技术领域

本发明涉及电池技术技术领域，特别是涉及一种电池健康状态评估方法及系统，应用于铅酸蓄电池、锂电池等产品。

背景技术

电池在使用过程中，会随着时间的推移，电池的性能会逐渐发生变化，例如，放电、充电以及电池容量等情况，由于电池在应用领域中适用于多种工况和应用场景存放电能，即，电池运行机理的复杂性和多样性，以及使用场景的不同。如何提供一种准确评估电池的方法及系统，成为亟需解决的一大难题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电池健康状态评估方法及系统，用于解决现有技术中快速、准确评估电池健康状态的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面，本发明提供一种电池健康状态评估方法，包括：

敲击待测电池的一极，利用传感器连接待其另一极，交换正极、负极连接方式采集该电池的振动信号；

利用数据记录仪接收所述振动信号生成相应的电信号；

根据所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图比较，输出待测电池的健康状态。

在第一方面的某些实施方式中，敲击待测电池的一极，利用传感器连接待其另一极，交换正极、负极连接方式采集该电池的振动信号的步骤，包括：

采用金属敲击待测电池的正极，利用传感器连接其负极，采集该电池的振动信号；

采用金属敲击待测电池的负极，利用传感器连接其正极，采集该电池的振动信号。

在第一方面的某些实施方式中，所述预设类型电池与待测电池为同型号同规格的电池。

在第一方面的某些实施方式中，利用模糊运算比较所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图，输出待测电池的健康状态。

在第一方面的某些实施方式中，所述根据所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图比较，输出待测电池的健康状态的步骤，包括：

所述预设类型电池在状态“优良”、“一般”、“更换”分别对应不同的频谱图；

当检测到待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的相应状态的频谱图相匹配时，则确定该待测电池的状态并输出该状态。

本申请的第二方面，提供一种电池健康状态评估系统，包括：

采集模块，用于敲击待测电池的一极，利用传感器连接待其另一极，交换正极、负极连接方式采集该电池的振动信号；

数据记录模块，用于利用数据记录仪接收所述振动信号生成相应的电信号；

评估模块，用于根据所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图比较，输出待测电池的健康状态。

在第二方面的某些实施方式中，所述采集模块包括：

第一采集单元，用于采用金属敲击待测电池的正极，利用传感器连接其负极，采集该电池的振动信号；

第二采集单元，用于采用金属敲击待测电池的负极，利用传感器连接其正极，采集该电池的振动信号。

在第二方面的某些实施方式中，所述预设类型电池与待测电池为同型号同规格的电池。

在第二方面的某些实施方式中，所述评估模块利用模糊运算比较所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图，输出待测电池的健康状态。

在第二方面的某些实施方式中，所述评估模块包括：

样本数据库，用于存储所述预设类型电池在状态“优良”、状态“一般”、状态“更换”时所对应的不同频谱图；

评估单元，用于当检测到待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的相应状态的频谱图相匹配时，则确定该待测电池的状态并输出该状态。

如上所述，本发明的电池健康状态评估方法及系统，具有以下有益效果：

本发明通过将敲击方式获取声波在待测电池的振动信号，根据所述振动信号转化的电信号的频谱图，利用模糊运算将所述频谱图与数据库预设的相同型号的电池在不同状态分别对应的频谱图进行比对，确定待测电池当前的状态从而迅速准确地输出该电池的健康状态，便于用户及时知悉。

附图说明

图1显示为本发明提供的一种电池健康状态评估方法流程图；

图2显示为本发明提供的一种电池健康状态评估方法步骤3的流程图；

图3显示为本发明提供的一种电池健康状态评估系统结构框图；

图4显示为本发明提供的一种电池健康状态评估系统完整结构框图；

图5显示为本发明提供的一种采用上述方法及系统敲击电池状态图。

元件标号说明

1 采集模块

2 数据记录模块

3 评估模块

11 第一采集单元

12 第二采集单元

31 样本数据库

32 评估单元

S1～S3 步骤1～3

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变.下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定.这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一预设阈值可以被称作第二预设阈值，并且类似地，第二预设阈值可以被称作第一预设阈值，而不脱离各种所描述的实施例的范围。第一预设阈值和预设阈值均是在描述一个阈值，但是除非上下文以其他方式明确指出，否则它们不是同一个预设阈值。相似的情况还包括第一音量与第二音量。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示.应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加.此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合.因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

本申请提供一种电池健康状态评估方法，适用于电子设备中，于实际的实施方式中，所述电子设备例如为包括但不限于笔记本电脑、平板电脑、移动电话、智能手机、媒体播放器、个人数字助理(PDA)、导航仪、智能电视、智能手表、数码相机等等，还包括其中两项或多项的组合。应当理解，本申请于实施方式中描述的电子设备只是一个应用实例，该设备的组件可以比图示具有更多或更少的组件，或具有不同的组件配置。所绘制图示的各种组件可以用硬件、软件或软硬件的组合来实现，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。在本申请的具体实施方式中，将以所述电子设备为智能手机为例进行说明。

所述电子设备包括存储器、存储器控制器、一个或多个处理单元(CPU)、外设接口、RF电路、音频电路、扬声器、麦克风、输入/输出(I/O)子系统、触摸屏、其他输出或控制设备，以及外部端口。这些组件通过一条或多条通信总线或信号线进行通信。所述电子设备还包括用于为各种组件供电的电源系统。该电源系统可以包括电源管理系统、一个或多个电源(例如电池、交流电(AC))、充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或逆变器、电源状态指示器(例如发光二极管(LED))，以及与便携式设备中的电能生成、管理和分布相关联的其他任何组件。

所述电子设备支持各种应用程序，诸如以下各项中的一者或多者：绘图应用程序、呈现应用程序、文字处理应用程序、网站创建应用程序、盘编辑应用程序、电子表格应用程序、游戏应用程序、电话应用程序、视频会议应用程序、电子邮件应用程序、即时消息应用程序、健身支持应用程序、照片管理应用程序、数字相机应用程序、数字视频摄像机应用程序、网页浏览应用程序、数字音乐播放器应用程序和/或数字视频播放器应用程序。

请参阅图1，为本发明提供一种电池健康状态评估方法流程图，包括：

步骤S1，敲击待测电池的一极，利用传感器连接待其另一极，交换正极、负极连接方式采集该电池的振动信号；

其中，所述敲击待测电池的一极，利用传感器连接待其另一极，交换正极、负极连接方式采集该电池的振动信号的步骤，包括：

步骤S101，采用金属敲击待测电池的正极，利用传感器连接其负极，采集该电池的振动信号；

步骤S102，采用金属敲击待测电池的负极，利用传感器连接其正极，采集该电池的振动信号。

具体地，步骤S101与步骤S102无先后顺序之分，只要正极负极分别敲击都能采集电池的振动信号即可。

在本实施例中，需要待测电池的正负极各测一次，其中，该电池可为铅酸蓄电池，也可为锂电池等，金属敲击可为铁、钢、铜等棍、棒类，在测试样本数据时，须确保待测电池与相同型号规格的电池采用相同材质进行敲击，敲击时不同力道造成频谱图振幅大小不同。另外，也可采用非金属材质在电池的电极端进行敲击，只要能够使得待测电池的内部产生声波信号即可。

步骤S2，利用数据记录仪接收所述振动信号生成相应的电信号；

具体地，分别记录一次待测电池的正极、负极的电信号，其中，将待测电池的正负极各对应的振动信号转化成电信号即可，实现电信号的频谱转化。

步骤S3，根据所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图比较，输出待测电池的健康状态。

所述预设类型电池与待测电池为同型号同规格的电池，其中，采用多种相同型号规格的电池进行反向测试，即，分别在不同状态对应测试其敲击电极所得的频谱信号(频谱图)，采用大量数据测试得到该类型的电池的某个状态该对应哪种波形的频谱图，即，得到预设类型电池的不同状态的(标准)频谱图；利用模糊运算比较所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图，输出待测电池的健康状态，由于每次敲打的力道(力度)不同，可能会影响最终所得频谱图波形的振幅不同，因此，采用模糊运算可迅速准确得到待测电池的健康状态。

请参阅图2，为本发明提供的一种电池健康状态评估方法步骤3的流程图，该步骤S3，所述根据所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图比较，输出待测电池的健康状态的步骤，包括：

步骤S301，所述预设类型电池在状态“优良”、状态“一般”、状态“更换”时分别对应不同的频谱图；

其中，新电池的频谱为标识为“优良”状态，使用寿命达到一半是的频谱标识为“一般”状态，使用寿命达到临界值时的频谱标识为“更换”，即，“建议更换”状态。

步骤S302，当检测到待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的相应状态的频谱图相匹配时，则确定该待测电池的状态并输出该状态。

本实施例通过采集声波信号结合模糊理论，根据声波信号对应的频谱图波形与预设电池的不同状态所对应的频谱图一一比较，迅速判定出待测电池的健康状态，同时，该方法操作流程简单，值得大力推广，特别是应用在铅酸蓄电池上。

在上述实施例中，需要说明的是，如果为了准确评估待测的真实健康状态，在进行数据采集之前需要对采集的数据做出规范性要求，对数据分析的评价标杆做出统一。更有利后续待测电池的各性能参数的评估测试，从而结合其它评估方式，更有效准确评价电池的性能状态。

请参阅图5，为本发明提供的一种采用电池健康状态评估方法及系统敲击电池状态图，包括：

根据信号与系统的理论，铅酸蓄电池整体上可以看作是一个黑盒系统，正负电极可以看作是系统的输入和输出。若从电池正极导入一个信号，经过系统的传输，在电池负极就应该得到一个相应的输出。根据声波的传播理论，当声波从一种介质进入另一种介质时，会在介质表面发生反射、折射、透射等现象。如图5所示，敲击“+”极极柱，声波将沿着极柱传播，并通过电解液到达另一个极柱，经过多次反射、折射、透射的声波叠加后在“-”极被检测到

假设铅酸蓄电池的特性为h(t)，输入信号为s(t)，输出信号为r(t)，根据信号与系统理论，则三者之间的关系可表示为r(t)＝s(t)*h(t)。若s(t)为一个脉冲信号δ(t)，则r(t)＝δ(t)*h(t)。假设F[·]表示表示傅里叶变换，则R(jω)＝F[r(t)]，S(jω)＝F[s(t)]，H(jω)＝F[h(t)]，对r(t)＝δ(t)*h(t)两边取傅里叶变换，则可以得到R(jω)＝H(jω)，即负极所收到的数据频谱特性与铅酸蓄电池的频谱特性一致，从而得到了铅酸蓄电池的系统特性。

δ(t)作为理想的冲激信号，在现实中是难以实现的。根据不同的应用场景和实际需求，可以对δ(t)做一些近似。本方法中，采用敲击的方式产生近似δ(t)，并在接收端进行采集，从而解决了无法迅速测试待测电池健康状态的窘迫局面。

请参阅图3，为本发明提供的一种电池健康状态评估系统结构框图，包括：

采集模块1，用于敲击待测电池的一极，利用传感器连接待其另一极，交换正极、负极连接方式采集该电池的振动信号；

数据记录模块2，用于利用数据记录仪接收所述振动信号生成相应的电信号；

评估模块3，用于根据所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图比较，输出待测电池的健康状态。

所述采集模块1包括：

第一采集单元11，用于采用金属敲击待测电池的正极，利用传感器连接其负极，采集该电池的振动信号；

第二采集单元12，用于采用金属敲击待测电池的负极，利用传感器连接其正极，采集该电池的振动信号。

所述预设类型电池与待测电池为同型号同规格的电池。

所述评估模块利用模糊运算比较所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图，输出待测电池的健康状态。

请参阅图4，为本发明提供的一种电池健康状态评估系统完整结构框图，

在上述实施例基础上，所述评估模块包括：

样本数据库31，用于存储所述预设类型电池在状态“优良”、状态“一般”、状态“更换”时所对应的不同频谱图；

评估单元32，用于当检测到待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的相应状态的频谱图相匹配时，则确定该待测电池的状态并输出该状态。

由于电池健康状态评估方法与电池健康状态评估系统为一一对应关系，因此，其对应的实施例以及相应的有益效果请参照其评估方法，不再一一赘述。

综上所述，本发明通过将敲击方式获取声波在待测电池的振动信号，根据所述振动信号转化的电信号的频谱图，利用模糊运算将所述频谱图与数据库预设的相同型号的电池在不同状态分别对应的频谱图进行比对，确定待测电池当前的状态从而迅速准确地输出该电池的健康状态，便于用户及时知悉。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电池健康状态评估方法，其特征在于，包括：

敲击待测电池的一极，利用传感器连接待其另一极，交换正极、负极连接方式采集该电池的振动信号；

利用数据记录仪接收所述振动信号生成相应的电信号；

根据所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图比较，输出待测电池的健康状态。

2.根据权利要求1所述的电池健康状态评估方法，其特征在于，所述敲击待测电池的一极，利用传感器连接待其另一极，交换正极、负极连接方式采集该电池的振动信号的步骤，包括：

采用金属敲击待测电池的正极，利用传感器连接其负极，采集该电池的振动信号；

采用金属敲击待测电池的负极，利用传感器连接其正极，采集该电池的振动信号。

3.根据权利要求1所述的电池健康状态评估方法，其特征在于，所述预设类型电池与待测电池为同型号同规格的电池。

4.根据权利要求1所述的电池健康状态评估方法，其特征在于，利用模糊运算比较所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图，输出待测电池的健康状态。

5.根据权利要求1所述的电池健康状态评估方法，其特征在于，所述根据所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图比较，输出待测电池的健康状态的步骤，包括：

所述预设类型电池在状态“优良”、状态“一般”、状态“更换”时分别对应不同的频谱图；

当检测到待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的相应状态的频谱图相匹配时，则确定该待测电池的状态并输出该状态。

6.一种电池健康状态评估系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于敲击待测电池的一极，利用传感器连接待其另一极，交换正极、负极连接方式采集该电池的振动信号；

数据记录模块，用于利用数据记录仪接收所述振动信号生成相应的电信号；

评估模块，用于根据所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图比较，输出待测电池的健康状态。

7.根据权利要求6所述的电池健康状态评估系统，其特征在于，所述采集模块，包括：

第一采集单元，用于采用金属敲击待测电池的正极，利用传感器连接其负极，采集该电池的振动信号；

第二采集单元，用于采用金属敲击待测电池的负极，利用传感器连接其正极，采集该电池的振动信号。

8.根据权利要求6所述的电池健康状态评估系统，其特征在于，所述预设类型电池与待测电池为同型号同规格的电池。

9.根据权利要求6所述的电池健康状态评估系统，其特征在于，所述评估模块利用模糊运算比较所述待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的不同状态的频谱图，输出待测电池的健康状态。

10.根据权利要求6所述的电池健康状态评估系统，其特征在于，所述评估模块，包括：

样本数据库，用于存储所述预设类型电池在状态“优良”、状态“一般”、状态“更换”时所对应的不同频谱图；

评估单元，用于当检测到待测电池电信号的频谱图与预设类型电池的相应状态的频谱图相匹配时，则确定该待测电池的状态并输出该状态。