CN108732503B - 一种电池健康状态与电池容量检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池健康状态与电池容量检测方法及装置，获取电池荷电状态初始值、电池单次充电容量及最低单体电压位置；若电池荷电状态初始值满足第一设定条件，则对电池充电并达到满电状态后，且静置时间满足第一设定时间阈值，根据最低单体电压位置获取该单体电池的电压，并根据该单体电池的电压确定对应的电池荷电状态值；若获取的单体电池荷电状态值满足第二设定条件，则根据得到的单体电池荷电状态值和电池荷电状态初始值以及电池单次充电容量，计算整体电池的真实容量，并计算电池的健康状态值。本发明解决了由于极化现象造成电池健康状态值和电池容量计算不准确的影响，极大地提高了电池健康状态和电池容量的计算精度。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车车用动力电池领域，特别涉及一种电池健康状态检测与电池容量检测方法及装置。
背景技术
随着节能环保的新能源汽车蓬勃发展，其在整体汽车市场中的占比越来越高。用户最为关心的性能指标就是续航里程。随着电池的持续使用，电池内阻升高，容量缓慢的衰减，客户十分关心电池真实电池健康状态(State Of Health，SOH)。通过合理的策略，准确计算电池的SOH可以帮助用户掌握电池的真实容量情况，保证车辆可靠行驶。
电池对外输出的参数包括电压、电流、温度。因为电池材料各异，内阻不同，所以存在电流时，电池会出现不同程度的极化，这就造成了表观电压的千差万别。随着电池的使用，内阻会逐渐增加，容量逐渐减少，这也会影响表观电压的情况。
现有技术中常采用安时积分法(Ah)计算电池荷电状态SOC(State Of Charge)，但是安时法没有从电池内部解决电量与电池状态的关系，而只是从外部记录出电池的能量，不可避免的使用电量的计量可能因为电池状态的变化而影响精确度，比如电池温度老化因素的影响，估计电池荷电状态SOC时，未对电池的老化进行补偿；未考虑放电电流对容量的影响因素具有可恢复性等将造成SOC计算误差长期积累，以至于不能够准确预估SOH，计算电池SOH和真实的电池SOH之间存在非常大的偏差，而且对电池容量的计算也不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池健康状态与电池容量检测方法及装置，用于解决电池健康状态及电池容量检测不准确的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种电池健康状态检测方法，包括如下步骤：
1)获取电池荷电状态初始值、电池单次充电容量及最低单体电压位置；
2)若电池荷电状态初始值满足第一设定条件，则对电池充电且达到满电状态后，且静置时间满足第一设定时间阈值，根据最低单体电压位置获取该单体电池的电压，并根据该单体电池的电压确定对应的电池荷电状态值；
3)判断所获取的单体电池荷电状态值是否满足第二设定条件，若满足，则根据得到的单体电池荷电状态值和电池荷电状态初始值以及电池单次充电容量，计算整体电池的真实容量；
4)根据计算得到的电池真实容量、单体电池初始容量和系统初始电池容量不一致性参数计算电池的健康状态值。
进一步地，电池荷电状态初始值获取的步骤为：根据上次充电状态为满电本次电池状态为上电，且静置时间满足第二设定时间阈值，获得最低单体电压位置，根据最低单体电压位置对应的单体电池的电压获取对应的电池荷电状态初始值。
进一步地，电池单次充电容量在电池为充电状态且充满及电池初始荷电状态满足第一设定的条件的情况下获取。
进一步地，所述整体电池的真实容量为：
Ahaccu＝Ah/(SOC1-SOC0)*SOC1
其中，Ahaccu为整体电池的真实容量，Ah为电池单次充电容量，SOC0为电池荷电状态初始值，SOC1为步骤2)中的电池荷电状态值。
进一步地，所述电池健康状态表示为：
SOH＝Ahaccu/(Ahstart*σ)
其中，SOH为电池健康状态值，Ahaccu为整体电池的真实容量，Ahstart为对应温度下的电池单体初始容量，σ为系统初始电池容量不一致性参数，等于设定温度下初始整体电池容量除以初始单体电池容量。
进一步地，所述第一设定时间为电池静置时间超过15min，所述第二设定时间为静置时间超过15min且小于3天。
进一步地，电池荷电状态初始值满足的第一设定条件为对三元电池的电池荷电状态初始值小于80％，对于铁锂电池的电池荷电状态初始值值小于40％。
本发明还提供了一种电池容量检测方法，包括如下步骤：
(1)获取电池单次充电容量及最低单体电压位置；
(2)若电池荷电状态初始值满足第一设定条件，则对电池充电且达到满电状态后，且静置时间满足第一设定时间阈值，根据最低单体电压位置获取该单体电池的电压，并根据该单体电池的电压确定对应的电池荷电状态值；
(3)判断所获取的单体电池荷电状态值是否满足第二设定条件，若满足，则根据得到的单体电池荷电状态值和电池荷电状态初始值以及电池单次充电容量，计算整体电池的真实容量。
进一步地，电池荷电状态初始值获取的步骤为：根据上次充电状态为满电本次电池状态为上电，且静置时间满足第二设定时间阈值，获得最低单体电压位置，根据最低单体电压位置对应的单体电池的电压获取对应的电池荷电状态初始值。
进一步地，所述整体电池的真实容量为：
Ahaccu＝Ah/(SOC1-SOC0)*SOC1
其中，Ahaccu为整体电池的真实容量，Ah为电池单次充电容量，SOC0为电池荷电状态初始值，SOC1为步骤(2)中的电池荷电状态值。
进一步地，电池单次充电容量在电池为充电状态且充满及电池初始荷电状态满足第一设定的条件的情况下获取。
进一步地，所述第一设定时间阈值为静置时间为电池静置时间超过15min，所述第二设定时间阈值为超过15min且小于3天。
进一步地，电池初始状态满足的第一设定条件为对三元电池的电池初始状态值小于80％，对于铁锂电池的电池初始状态值小于40％。
本发明还提供了一种电池健康状态检测装置，包括如下单元：
获取单元：用于获取电池荷电状态初始值、电池单次充电容量及最低单体电压位置；
电池荷电状态值获取单元：用于若电池荷电状态初始值满足第一设定条件，则对电池充电且达到满电状态后，且静置时间满足第一设定时间阈值，根据最低单体电压位置获取该单体电池的电压，并根据该单体电池的电压确定对应的电池荷电状态值；
电池容量计算单元：用于判断所获取的单体电池荷电状态值是否满足第二设定的条件，若满足，则根据得到的单体电池荷电状态值和电池荷电状态初始值以及电池单次充电容量，计算整体电池的真实容量；
电池健康状态计算单元：用于根据计算得到的电池真实容量、单体电池初始容量和系统初始电池容量不一致性参数计算电池的健康状态值。
本发明还提供了一种电池容量检测装置，包括如下单元：
获取单元：用于获取电池荷电状态初始值、电池单次充电容量及最低单体电压位置；
电池荷电状态值获取单元：用于若电池荷电状态初始值满足第一设定条件，则对电池充电且达到满电状态后，且静置时间满足第一设定时间阈值，根据最低单体电压位置获取该单体电池的电压，并根据该单体电池的电压确定对应的电池荷电状态值；
电池容量计算单元：用于判断所获取的单体电池荷电状态值是否满足第二设定的条件，若满足，则根据得到的单体电池荷电状态值和电池荷电状态初始值以及电池单次充电容量，计算整体电池的真实容量。
本发明的有益效果是：
本发明通过SOC-OCV法计算电池的健康状态和电池的真实容量，获取电池荷电状态初始值、电池单次充电容量及最低单体电压位置；若电池荷电状态初始值满足第一设定条件，则对电池充电且达到满电状态后，且静置时间满足第一设定时间阈值，根据最低单体电压位置获取该单体电池的电压，并根据该单体电池的电压确定对应的电池荷电状态值；判断所获取的单体电池荷电状态值是否满足第二设定条件，若满足，则根据得到的单体电池荷电状态值和电池荷电状态初始值以及电池单次充电容量，计算整体电池的真实容量；根据计算得到的电池真实容量、单体电池初始容量和系统初始电池容量不一致性参数计算电池的健康状态值。本发明解决了由于极化现象造成电池健康状态值计算不准确的影响，极大地提高了电池健康状态的计算精度，并实现了对电池容量的准确计算。
附图说明
图1为本发明的电池SOH的计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
本发明采用SOC-OCV法，在开路状态下记录电池电压，排除了极化对于电池电压的影响，而得到的不同温度下的SOC-OCV曲线，在电池整个生命周期中都几乎不变，排除了时间变化对于电池电压的影响。
电池通常有行车和充电两种典型的工况，其中充电工况相对电流稳定，Ah积分误差小，因此我们选择充电过程进行SOH的估算。但为了使用SOC-OCV法，要确定所使用的电压为开路电压。在充电之前，如果电池静置的时间足够长，通过电压查表电池荷电状态SOC记录初始的电池荷电状态值SOC0，电池初始荷电状态值SOC0是电池在充电前根据最低单体电压查表得到的。下电后，如果电池静置超过一定时间，那么此时电压就接近OCV值，这时上电后满足计算条件，通过单体电压读取充电结束后的电池荷电状态值SOC1，电池荷电状态值SOC1是电池在充满电搁置后，根据充电之间记录的最低单体电压查表得到的，然后通过相关公式计算电池SOH值，具体的电池SOH的计算过程，如图1所示：
1、判断电池前一次为充满电状态，本次电池状态为上电，且静置时间超过设定的第二时间阈值即搁置时间超过15分钟且小于3天，如果初始值2个条件都不满足，则程序结束。查询单体电池最低电压在对应温度下的电池荷电状态值，赋值给SOC0，单体电池位置号赋值为N，则获取单次充电容量Ah，单次充电容量是由传感器采集电流然后对电流和时间进行积分得到的，若单体电池容量Ah有效(不为0)，则保存变量Ah、SOC0、N，如果未充满电则程序结束，变量Ah、SOC0、N均清零，如果单体电池容量Ah无效，则变量Ah、SOC0、N均清零。
由于车上每一块电池都有自己的序列号，N代表电池序列号。比如车上一共100块电池串联在一起，每一块的序列号依次为1、2……100。100块单体电池按照电压排序，电压最低的一块单体对应的序列号，就是最低电压位置，这里用N表示。
2、若初始电池荷电状态值SOC0满足设定的条件且平均温度满足第一设定的条件，针对三元电池的电池初始状态值需小于80％，针对铁锂电池的电池初始状态值需小于40％，具体设置为多大和电池特性有关，持续为电池充电且充满，且电池静置时间超过第一设定的时间阈值，即电池静置时间超过15min，根据单体最低电压位置N查询最低单体电压，并查对应温度下的电池荷电状态值SOC1，根据对应温度查表1得到单体初始容量Ahstart。如果SOC1满足第二设定的条件，则计算电池真实容量，公式为：Ah/(SOC1-SOC0)*SOC1，赋值给整体电池真实容量Ahaccu，同时根据实际情况设定一个温度范围，SOC1主要受到温度范围影响，超出温度范围，算法不执行；针对不同的电池材料体系，SOC1满足的设定条件是变化的，制定该条件的标准是SOC1不能落在电池平台期，即电池充电曲线的斜率要足够大，以避免电压采样误差过大对计算结构造成影响，如对于铁锂电池，SOC1满足条件为小于等于35％。
比如最低单体从荷电状态为0％到充满，因为某块电池达到最高时截止充电，所以实际最低单体其实可能只有99％，共充电99Ah，此时99Ah/(99％-0％)＝100Ah为最低单体的真实容量，99Ah/(99％-0％)*99％＝99Ah为电池整体(即系统)的真实容量；如果电池真实容量正确计算，不为0，则更新电池容量，计算结束后，变量SOC0、SOC1、Ah、N均清零。
本实施例中的单体初始容量的获得的过程为：根据实验室内对电池进行的实验，在温度为-30℃-55℃下每隔5℃测试一个电池容量，建立一个与温度对应的电池容量的表格，充电信号出现后，查询对应温度下的电池容量，以此时查询得到的电池容量作为电池单体初始容量，具体的如表1所示。
表1对应温度下的单体电池容量
| -30℃ | Ah1 | 10℃ | Ah9 |
| -25℃ | Ah2 | … | … |
| -20℃ | Ah3 | … | … |
| -15℃ | Ah4 | … | … |
| -10℃ | Ah5 | … | … |
| -5℃ | Ah6 | … | … |
| 0℃ | Ah7 | … | … |
| 5℃ | Ah8 | 55℃ | AhX |
3、计算电池SOH＝Ahaccu/(Ahstart*σ)，σ为系统初始电池容量不一致性参数，由实际测量确定，σ等于设定温度下初始整体电池容量除以单体初始容量，Ahaccu为整体电池的真实容量，Ahstart为单体初始容量。例如，以单体100Ah，1并160串系统为例，系统的能量为100Ah*单体额定电压*160串，但是系统的标称容量仍然为100Ah。针对一并系统，单体容量和系统容量是一致的，σ代表的是单串电池容量和串联以后整体容量的差异。
本发明还提供了一种电池健康状态检测装置，该装置包括获取单元、电池荷电状态值获取单元、电池容量计算单元及电池健康状态计算单元。其中获取单元用于电池荷电状态初始值、电池单次充电容量及最低单体电压位置；电池荷电状态值获取单元用于若电池荷电状态初始值满足第一设定条件，则对电池充电且达到满电状态后，且静置时间满足第一设定时间阈值，根据最低单体电压位置获取该单体电池的电压，并根据该单体电池的电压确定对应的电池荷电状态值；电池容量计算单元用于判断所获取的单体电池荷电状态值是否满足第二设定的条件，若满足，则根据得到的单体电池荷电状态值和电池荷电状态初始值以及电池单次充电容量，计算整体电池的真实容量；电池健康状态计算单元用于根据计算得到的电池真实容量、单体电池初始容量和系统初始电池容量不一致性参数计算电池的健康状态值。
上述电池健康状态检测装置作为一种软件构架，其中的各单元是与上述电池检测方法的步骤1-步骤3相对应的进程或程序，因此，不再对该检测装置进行详细说明。
上述电池健康状态检测装置作为一种程序，在电池管理系统中运行，能够精确计算出电池的SOH值。
本发明还提供了一种电池容量检测装置，该装置包括获取单元、电池荷电状态值获取单元、电池容量计算单元。其中获取单元用于电池荷电状态初始值、电池单次充电容量及最低单体电压位置；电池荷电状态值获取单元用于若电池荷电状态初始值满足第一设定条件，则对电池充电且达到满电状态后，且静置时间满足第一设定时间阈值，根据最低单体电压位置获取该单体电池的电压，并根据该单体电池的电压确定对应的电池荷电状态值；电池容量计算单元用于判断所获取的单体电池荷电状态值是否满足第二设定的条件，若满足，则根据得到的单体电池荷电状态值和电池荷电状态初始值以及电池单次充电容量，计算整体电池的真实容量。
上述电池容量检测装置作为一种软件构架，其中的各单元是与上述检测方法的步骤1-步骤2相对应的进程或程序，因此，不再对该检测装置进行详细说明。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (11)
1.一种电池健康状态检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)获取电池荷电状态初始值、电池单次充电容量及最低单体电压位置；
2)若电池荷电状态初始值满足第一设定条件，则对电池充电且达到满电状态后，且静置时间满足第一设定时间阈值，根据最低单体电压位置获取该单体电池的电压，并根据该单体电池的电压确定对应的电池荷电状态值；
3)判断所获取的单体电池荷电状态值是否满足第二设定条件，若满足，则根据得到的单体电池荷电状态值和电池荷电状态初始值以及电池单次充电容量，计算整体电池的真实容量；所述整体电池的真实容量为：
Ahaccu＝Ah/(SOC1-SOC0)*SOC1
其中，Ahaccu为整体电池的真实容量，Ah为电池单次充电容量，SOC0为电池荷电状态初始值，SOC1为步骤2)中的电池荷电状态值；
4)根据计算得到的电池真实容量、单体电池初始容量和系统初始电池容量不一致性参数计算电池的健康状态值。
2.根据权利要求1所述的电池健康状态检测方法，其特征在于，电池荷电状态初始值获取的步骤为：根据上次充电状态为满电本次电池状态为上电，且静置时间满足第二设定时间阈值，获得最低单体电压位置，根据最低单体电压位置对应的单体电池的电压获取对应的电池荷电状态初始值。
3.根据权利要求1所述的电池健康状态检测方法，其特征在于，电池单次充电容量在电池为充电状态且充满及电池初始荷电状态满足第一设定条件的情况下获取。
4.根据权利要求1所述的电池健康状态检测方法，其特征在于，所述电池健康状态表示为：
SOH＝Ahaccu/(Ahstart*σ)
其中，SOH为电池健康状态值，Ahaccu为整体电池的真实容量，Ahstart为对应温度下的电池单体初始容量，σ为系统初始电池容量不一致性参数，等于设定温度下初始整体电池容量除以初始单体电池容量。
5.根据权利要求2所述的电池健康状态检测方法，其特征在于，所述第一设定时间阈值为电池静置时间超过15min，所述第二设定时间阈值为静置时间超过15min且小于3天。
6.根据权利要求1所述的电池健康状态检测方法，其特征在于，电池荷电状态初始值满足的第一设定条件为对三元电池的电池荷电状态初始值小于80％，对于铁锂电池的电池荷电状态初始值小于40％。
7.一种电池容量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取电池荷电状态初始值、获取电池单次充电容量及最低单体电压位置；
(2)若电池荷电状态初始值满足第一设定条件，则对电池充电且达到满电状态后，且静置时间满足第一设定时间阈值，根据最低单体电压位置获取该单体电池的电压，并根据该单体电池的电压确定对应的电池荷电状态值；
(3)判断所获取的单体电池荷电状态值是否满足第二设定条件，若满足，则根据得到的单体电池荷电状态值和电池荷电状态初始值以及电池单次充电容量，计算整体电池的真实容量；所述整体电池的真实容量为：
Ahaccu＝Ah/(SOC1-SOC0)*SOC1
其中，Ahaccu为整体电池的真实容量，Ah为电池单次充电容量，SOC0为电池荷电状态初始值，SOC1为步骤2)中的电池荷电状态值。
8.根据权利要求7所述的电池容量检测方法，其特征在于，电池荷电状态初始值获取的步骤为：根据上次充电状态为满电本次电池状态为上电，且静置时间满足第二设定时间阈值，获得最低单体电压位置，根据最低单体电压位置对应的单体电池的电压获取对应的电池荷电状态初始值。
9.根据权利要求7所述的电池容量检测方法，其特征在于，电池单次充电容量在电池为充电状态且充满及电池初始荷电状态满足第一设定条件的情况下获取。
10.根据权利要求8所述的电池容量检测方法，其特征在于，所述第一设定时间阈值为静置时间为电池静置时间超过15min，所述第二设定时间阈值为超过15min且小于3天。
11.根据权利要求7所述的电池容量检测方法，其特征在于，电池初始状态满足的第一设定条件为对三元电池的电池初始状态值小于80％，对于铁锂电池的电池初始状态值小于40％。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 450061 Yudao Road, Guancheng District, Zhengzhou City, Henan Province Patentee after: Yutong Bus Co., Ltd Address before: 450016 Yutong Industrial Zone, eighteen Li River, Henan, Zhengzhou Patentee before: Zhengzhou Yutong Bus Co., Ltd |
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| CP03 | Change of name, title or address |