CN109541473B - 基于放电量加权累加的铅炭电池健康状态估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于放电量加权累加的铅炭电池健康状态估算方法，将各放电深度DOD对应的放电量折算到最大放电量，根据折算后放电量的累加结果估算电池SOH；取电池具有最大总放电容量C_totalmax的能力时，其健康状态为100％，则基于放电量累加的电池健康状态定义如下：

式中，C_totalmax为电池最大总放电容量，∑C_disNmax为历史总放电容量。本发明中所使用的数据均为通过测量得到，有效避免了根据电池内阻和电池能量状态估算SOH时，由电池模型参数估算得到的电池内阻和能量状态误差带来的SOH估算结果误差，提高了SOH估算精度。

Description

基于放电量加权累加的铅炭电池健康状态估算方法

技术领域

本发明涉及电气工程领域，具体涉及一种基于放电量加权累加的铅炭电池健康状态估算方法。

背景技术

铅炭电池健康状态(SOH，State of Health)反应电池当前性能与出厂标称指标的偏离程度，是电池工作状况和剩余工作寿命的重要参考数据，是反应电池性能的一项重要指标。如何准确检测电池健康状态是电池用户关注的重点问题。

目前有多种针对电池SOH的估算方法和定义，不同SOH估算方法对应的定义也不同，但估算结果和定义均是为了反应电池的健康状态。目前提出方法包括：用电池内阻定义SOH，这就将SOH估算问题转换为对电池内阻的估算；用电池能量状态定义SOH，SOH的估算问题转换为电池能量状态的估算。通过电池模型参数估算得到的电池内阻和能量状态具有一定误差，再通过内阻或者能量状态得到的健康状态误差更大。如何提出新方法提高电池SOH估算精度，进而提升储能系统运行的安全性和经济性是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于放电量加权累加的铅炭电池健康状态估算方法，该方法直接用历史累加数据实现SOH估算，不需要用到电池模型数据，不存在原始数据误差，提升了SOH估算精度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于放电量加权累加的铅炭电池健康状态估算方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、令铅炭电池的各循环寿命对应的总放电容量为C_totalN，则

式中，C_e为电池额定容量(Ah)，N_N为循环寿命(次)，DOD_N为循环寿命N_N对应的放电深度(％)；

S2、令电池最大总放电容量为C_totalmax，则C_totalmax与C_totalN的比值K_N可表示为：

各循环寿命(次)对应的总放电容量折算到最大总放电容量的表达式C_totalNmax为：

C_totalNmax＝C_totalN×K_N (3)

循环寿命N_N对应的放电容量C_disN折算到最大放电容量的表达式C_disNmax为：

C_disNmax＝C_disN×K_N (4)

S3、取电池具有最大总放电容量C_totalmax的能力时，其健康状态为100％，则基于放电量累加的电池健康状态定义如下：

S4、根据铅炭电池循环寿命N_N(次)与放电深度DOD_N的关系，得关系表达式：

N_N＝0.07135DOD_N ²-25.26DOD_N+2063 (6)

S5、将式(6)代入式(1)，并对其求导数，令导数等于零，可求得最大总放电容量C_totalmax以及对应的循环次数；

S6、记录电池单次放电容量C_disN和放电深度DOD_N，根据放电深度计算放电次数N，并根据式(2)计算C_totalmax与C_totalN的比值K_N，根据式(4)求取折算容量C_disNmax，对折算后的容量进行累加，得到折算后的总放电容量∑C_disNmax，最后，根据式(5)求取电池健康状态SOH。

本发明具有以下有益效果：

本发明提出基于放电量累加的铅炭电池健康状态估算，根据历史放电容量和电池最大可用放电总容量定义电池健康状态。所用数据通过测量得到，有效避免了根据电池内阻和电池能量状态估算SOH时，由电池模型参数估算得到的电池内阻和能量状态误差带来的SOH估算结果误差，提高了SOH估算精度。

附图说明

图1为实施例1中绘制的标准曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明将各放电深度(DOD，Depth of Discharge)对应的放电量折算到最大放电量，根据折算后放电量的累加结果估算电池SOH。所用数据通过测量得到，有效避免了根据电池内阻和电池能量状态估算SOH时，由电池模型参数估算得到的电池内阻和能量状态误差带来的SOH估算结果误差，提高了SOH估算精度。具体推导过程如下：

S1、令铅炭电池的各循环寿命对应的总放电容量为C_totalN，则

式中，C_e为电池额定容量(Ah)，N_N为循环寿命(次)，DOD_N为循环寿命N_N对应的放电深度(％)；

S2、令电池最大总放电容量为C_totalmax，则C_totalmax与C_totalN的比值K_N可表示为：

各循环寿命(次)对应的总放电容量折算到最大总放电容量的表达式C_totalNmax为：

C_totalNmax＝C_totalN×K_N (3)

循环寿命N_N对应的放电容量C_disN折算到最大放电容量的表达式C_disNmax为：

C_disNmax＝C_disN×K_N (4)

S3、取电池具有最大总放电容量C_totalmax的能力时，其健康状态为100％，则基于放电量累加的电池健康状态定义如下：

此定义直接用历史累加数据实现SOH估算，没有用到电池模型数据，不存在原始数据误差，提升了SOH估算精度。定义中100％健康状态对应的总放电容量可以选择任何放电深度对应的总放电容量，此时，只需将K_N重新定义即可。

实施例1

根据铅炭电池循环寿命N_N(次)与放电深度DOD_N的关系(图1所示)，得如下关系表达式：

N_N＝0.07135DOD_N ²-25.26DOD_N+2063 (6)

S5、将式(6)代入式(1)，并对其求导数，令导数等于零，可求得最大总放电容量C_totalmax等于98020Ah，对应的循环次数为933次；

S6、记录电池单次放电容量C_disN和放电深度DOD_N，根据放电深度计算放电次数N，并根据式(2)计算C_totalmax与C_totalN的比值K_N，根据式(4)求取折算容量C_disNmax，对折算后的容量进行累加，得到折算后的总放电容量∑C_disNmax，最后，根据式(5)求取电池健康状态SOH。

为了验证本发明所提方法估算电池SOH的正确性和有效性，分别用电池可用放电容量定义的SOH方法和本发明提出的放电量累加法进行对比。

电池的可用放电容量可以根据实验结果计算得到，因此用基于电池可用放电容量定义的SOH作为本发明研究SOH的参考值。基于电池可用放电容量的SOH_ref定义如下：

在标准条件下，电池从充满状态以一定功率进行放电，直至截止电压放出的电量记为C_used，C_used与电池额定容量C_rated的比值即为电池参考健康状态SOH_ref：

取单体电池进行SOH估算实验，实验过程如下：

①电池从充满状态以一定功率进行放电，直至截止电压1.8V，停止放电，计算参考SOH_ref为82％。以此参考SOH值为基准，计算本发明提出的SOH估算用到的折算容量累加值∑C_disNmax为17643.6Ah。

②将电池充电至充满状态。

③电池从充满状态以一定功率进行放电，直至截止电压1.8V。根据式8计算参考SOH_ref，根据本发明提出的SOH估算方法计算SOH。

④重复②、③8次，得到的实验结果如表1所示。

表1 SOH估算结果

表1的实验结果表明利用本发明提出的SOH估算方法可以准确得到电池SOH，与标准SOH相比，最大误差为1.31％，满足电池健康状态估算标准。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (1)

1.基于放电量加权累加的铅炭电池健康状态估算方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、令铅炭电池的各循环寿命对应的总放电容量为C_totalN，则

式中，C_e为电池额定容量(Ah)，N_N为循环寿命(次)，DOD_N为循环寿命N_N对应的放电深度(％)；

S2、令电池最大总放电容量为C_totalmax，则C_totalmax与C_totalN的比值K_N可表示为：

各循环寿命(次)对应的总放电容量折算到最大总放电容量的表达式C_totalNmax为：

C_totalNmax＝C_totalN×K_N (3)

循环寿命N_N对应的放电容量C_disN折算到最大放电容量的表达式C_disNmax为：

C_disNmax＝C_disN×K_N (4)

S3、取电池具有最大总放电容量C_totalmax的能力时，其健康状态为100％，则基于放电量累加的电池健康状态定义如下：

S4、根据铅炭电池循环寿命N_N(次)与放电深度DOD_N的关系，得关系表达式：

N_N＝0.07135DOD_N ²-25.26DOD_N+2063 (6)

S5、将式(6)代入式(1)，并对其求导数，令导数等于零，可求得最大总放电容量C_totalmax以及对应的循环次数；

S6、记录电池单次放电容量C_disN和放电深度DOD_N，根据放电深度计算放电次数N，并根据式(2)计算C_totalmax与C_totalN的比值K_N，根据式(4)求取折算容量C_disNmax，对折算后的容量进行累加，得到折算后的总放电容量∑C_disNmax，最后，根据式(5)求取电池健康状态SOH。

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