CN109581237A - 一种动力电池动态内阻检测方法,设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种动力电池动态内阻检测方法,设备及计算机可读存储介质,本方法以电池的欧姆内阻、极化电阻和极化电容的等效电路为研究对象,通过混合频率的交流脉冲注入,得到电池内阻抗在高低频次下的表征,通过相角幅值分解以及近似,得到动力电池的动态欧姆内阻和极化内阻,以判定电池的一致性,便于实现锂电池的一致性筛选和梯次利用。通过向电池内部注入不同频段的正弦电流信号,检测电池两端电压变化,可以得到电池内部的不同频段的阻抗成分。由于极化电容的隔直流通交流,通高频阻低频的作用,通过高频段电流信号注入计算得到的阻抗为欧姆内阻,通过低频段电流信号注入计算得到的阻抗为欧姆内阻与极化内阻之和。
Description
技术领域
本发明涉及电池动态内阻检测领域,尤其涉及一种动力电池动态内阻检测方法,设备及计算机可读存储介质。
背景技术
由于能源紧缺和环境问题,电动汽车对环境的污染小,能量利用高和噪音低的特点使其成为未来汽车的发展方向。近年来,电池技术上的进步也促进了电动汽车的产业化,我国电动汽车的产销量迅速增长,2017年全国销售新能源乘用车55万辆,其中,纯电动车全年累计销量45万辆,占新能源车总量的81%。为了确保电动汽车的性能,电动汽车厂商规定,当电动汽车的动力电池容量衰减至80%时就要更换新的动力电池。退役下来的动力电池并不是报废电池,只是不能作为电动汽车的电源,仍具有重复利用的价值。
由于各个电池组、电池单元工作在差异的工况下,要对电池进行重新利用就需要对电池的状态进行评价,将状态一致的电池重新分包组合,将不同状态的电池梯次利用。传统检查动力电池一致性的检测指标有电池的开路电压,电池容量和电池内阻。其中电池的内阻可以等效为欧姆内阻和极化内阻两部分,欧姆内阻在数值上往往大于极化内阻,极化内阻是与电池容量相关的参数,因此通过测量动力电池极化内阻的方式可以估算和评价电池的部分综合特性,便于筛选状态一致的退役动力电池。
现在常用的测量电池内阻的方法有开路电压法和交流注入法等,开路电压法是通过测量电池两端的开路电压来估算电池的内阻,但这种方法只是对于新电池的内阻测量比较适用,对于退役的动力电池误差会很大。
传统检测交流阻抗的方式是通过注入1000Hz正弦波的方式,这种方式只能检测电池在单一频次下的阻抗情况,也无法分理处欧姆内阻和极化内阻,很难用以评价电池的一致性指标。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足,本发明提供一种动力电池动态内阻检测方法,方法包括:
S1:建立电池的简化等效模型;
S2:向电池注入高低频率的正弦交流信号,高低频次的选择通过电池内阻的数量级估算;
S3:检测电池的输出电压与电流;
S4:采用快速傅里叶分解算法分别得到高低频次谐波的幅值和相角;
S5:计算动力电池欧姆内阻和极化内阻。
优选地,步骤S1还包括:建立动力电池的戴维南等效模型。
优选地,步骤S2还包括:根据估测的电池频域曲线,选择的高低频次的电流信号在十的二次方和五次方数量级。
优选地,步骤S3还包括:
根据基尔霍夫电流和电压定律,电池内电路特性有以下关系:
E:电池的电动势;
R1:电池的欧姆内阻;
C1:电池的等效极化电容;
R2:电池的等效极化内阻;
Io:电池的输出电流;
Uo:电池的输出电压。
优选地,步骤S5还包括:
注入交流信号后通过检测出口的电压信号,经过快速傅里叶算法可提取响应注入频次的谐波信号,计算出对应阻抗的模;
If:注入电池内部的高低频交流信号;
ZL:电池的高频阻抗;
ZH:电池的低频阻抗;
UL:电池出口的低频电压
IL:电池出口的低频电流;
UH:电池出口的高频电压;
IH:电池出口的高频电流;
Rsum:直接测量到的总电阻;
在频率范围选择合适的情况下,电池检测到的电压电流相位差近似为0,即检测到的阻抗为纯阻性,此时可近似计算:
一种基于动力电池动态内阻检测方法的设备,包括:
存储器,用于存储计算机程序及动力电池动态内阻检测方法;
处理器,用于执行所述计算机程序及动力电池动态内阻检测方法,以实现动力电池动态内阻检测方法步骤。
一种具有动力电池动态内阻检测方法的计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行以实现动力电池动态内阻检测方法的步骤。
从以上技术方案可以看出,本发明具有以下优点:
本发明针对退役动力电池的梯次利用问题,以电池的欧姆内阻、极化电阻和极化电容的等效电路为研究对象,通过混合频率的交流脉冲注入,得到电池内阻抗在高低频次下的表征,通过相角幅值分解以及近似,得到动力电池的动态欧姆内阻和极化内阻,以判定电池的一致性,便于实现锂电池的一致性筛选和梯次利用。
本发明通过向电池内部注入不同频段的正弦电流信号,检测电池两端电压变化,可以得到电池内部的不同频段的阻抗成分。由于极化电容的隔直流通交流,通高频阻低频的作用,通过高频段电流信号注入计算得到的阻抗为欧姆内阻,通过低频段电流信号注入计算得到的阻抗为欧姆内阻与极化内阻之和。
本发明方法中,低频次的不选择直流注入的原因是要涉及到交直流分解的问题,交流信号的幅值和相位可通过快速傅里叶算法计算迅速得到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为动力电池动态内阻检测方法流程图;
图2为锂离子电池的戴维南等效模型示意图;
图3为欧姆内阻测量结果示意图;
图4为极化内阻测量结果示意图;
图5为电池阻抗频域曲线示意图;
图6为交流测量信号注入示意图。
具体实施方式
本发明提供一种动力电池动态内阻检测方法,如图1所示,方法包括:
S1:建立电池的简化等效模型;
建立动力电池的戴维南等效模型。
S2:向电池注入高低频率的正弦交流信号,高低频次的选择通过电池内阻的数量级估算;
根据估测的电池频域曲线,选择的高低频次的电流信号在十的二次方和五次方数量级。
S3:检测电池的输出电压与电流;
根据基尔霍夫电流和电压定律,电池内电路特性有以下关系:
E:电池的电动势;
R1:电池的欧姆内阻;
C1:电池的等效极化电容;
R2:电池的等效极化内阻;
Io:电池的输出电流;
Uo:电池的输出电压。
S4:采用快速傅里叶分解算法分别得到高低频次谐波的幅值和相角;
S5:根据电路原理计算相应的欧姆内阻和极化内阻。
注入交流信号后通过检测出口的电压信号,经过快速傅里叶算法可提取响应注入频次的谐波信号,计算出对应阻抗的模;
E:电池的电动势;
R1:电池的欧姆内阻;
C1:电池的等效极化电容;
R2:电池的等效极化内阻;
Io:电池的输出电流;
Uo:电池的输出电压;
If:注入电池内部的高低频交流信号;
ZL:电池的高频阻抗;
ZH:电池的低频阻抗;
UL:电池出口的低频电压
IL:电池出口的低频电流;
UH:电池出口的高频电压
IH:电池出口的高频电流
Rsum:直接测量到的总电阻
在频率范围选择合适的情况下,电池检测到的电压电流相位差近似为0,即检测到的阻抗为纯阻性,此时可近似计算:
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将运用具体的实施例及附图,对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。基于本专利中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本专利保护的范围。
本发明提供的实施例中,针对退役动力电池的梯次利用问题,提出了一种快速确定动力电池内阻情况的检测方法。本方法以电池的欧姆内阻、极化电阻和极化电容的等效电路为研究对象,通过混合频率的交流脉冲注入,得到电池内阻抗在高低频次下的表征,通过相角幅值分解以及近似,得到动力电池的动态欧姆内阻和极化内阻,以判定电池的一致性,便于实现锂电池的一致性筛选和梯次利用。
在上述技术方案S1中,采用如图2所示的动力电池的戴维南等效模型。
根据基尔霍夫电流和电压定律,电池内电路特性有以下关系:
E:电池的电动势;
R1:电池的欧姆内阻;
C1:电池的等效极化电容;
R2:电池的等效极化内阻;
Io:电池的输出电流;
Uo:电池的输出电压。
为验证本发明,在matlab/simulink中搭建了磷酸铁锂电池等效模型。其中电动势E设置为3.6V,欧姆内阻R1为96mΩ,极化内阻设置为49.4mΩ,测量的结果如图3、4和下表所示。
本发明提供的实施例中,S2中根据估测的电池频域曲线如图5所示,选择的高低频次的电流信号可以在十的二次方和五次方数量级,在仿真示例中选择102Hz和105Hz。
本发明提供的实施例中采用的混合频次交流注入信号示意图如图6所示。
变量说明:
E:电池的电动势;
R1:电池的欧姆内阻;
C1:电池的等效极化电容;
R2:电池的等效极化内阻;
Io:电池的输出电流;
Uo:电池的输出电压。
If:注入电池内部的高低频交流信号;
这里所描述的技术可以实现在硬件,软件,固件或它们的任何组合。所述的各种特征为模块,单元或组件可以一起实现在集成逻辑装置或分开作为离散的但可互操作的逻辑器件或其他硬件设备。在一些情况下,电子电路的各种特征可以被实现为一个或多个集成电路器件,诸如集成电路芯片或芯片组。
注入交流信号后通过检测出口的电压信号,经过快速傅里叶算法可提取响应注入频次的谐波信号,因此可以计算出对应阻抗的模。
ZL:电池的高频阻抗;
ZH:电池的低频阻抗;
UL:电池出口的低频电压
IL:电池出口的低频电流;
UH:电池出口的高频电压;
IH:电池出口的高频电流;
Rsum:直接测量到的总电阻;
在频率范围选择合适的情况下,电池检测到的电压电流相位差近似为0,即检测到的阻抗为纯阻性,此时可近似计算
Rsum=|ZL|
R1=|ZH|
R2=Rsum-R1
通过向电池内部注入不同频段的正弦电流信号,检测电池两端电压变化,可以得到电池内部的不同频段的阻抗成分。由于极化电容的隔直流通交流,通高频阻低频的作用,通过高频段电流信号注入计算得到的阻抗为欧姆内阻,通过低频段电流信号注入计算得到的阻抗为欧姆内阻与极化内阻之和。
本方法中,低频次的不选择直流注入的原因是要涉及到交直流分解的问题,交流信号的幅值和相位可通过快速傅里叶算法计算迅速得到。
本方法中最重要的的环节是注入的电流信号的频率选择,这个选择过程可以通过估算的方法实现,估算采用的数据是近似数量级的电池参数。
若频率选择恰当,得到的高低频下的阻抗均可等效为纯电阻,可以近似计算欧姆内阻和极化内阻,其误差很小。
本方法测量的锂电池可以是磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等锂离子电池,其测量的差别在内电路参数的差异,即响应测量过程选择的注入电流频率不同。
本发明能在检测出锂电池的欧姆内阻和极化内阻。
本发明能过根据得到的动态内阻状态判断电池的一致性特征。
本发明检测方法简单快捷,能在短时间内得到结果,具有一定的商业价值。
本发明还提供一种基于动力电池动态内阻检测方法的设备,包括:
存储器,用于存储计算机程序及动力电池动态内阻检测方法;
处理器,用于执行所述计算机程序及动力电池动态内阻检测方法,以实现动力电池动态内阻检测方法步骤。
如果在硬件中实现,本发明涉及一种装置,例如可以作为处理器或者集成电路装置,诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地,如果软件或固件中实现,所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质,包括指令,当执行时,使处理器执行一个或更多的上述方法。例如,计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器执行的指令。
本发明还提供一种具有动力电池动态内阻检测方法的计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行以实现动力电池动态内阻检测方法的步骤。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种动力电池动态内阻检测方法,其特征在于,方法包括:
S1:建立电池的简化等效模型;
S2:向电池注入高低频率的正弦交流信号,高低频次的选择通过电池内阻的数量级估算;
S3:检测电池的输出电压与电流;
S4:采用快速傅里叶分解算法分别得到高低频次谐波的幅值和相角;
S5:计算动力电池欧姆内阻和极化内阻。
2.根据权利要求1所述的动力电池动态内阻检测方法,其特征在于,
步骤S1还包括:建立动力电池的戴维南等效模型。
3.根据权利要求1所述的动力电池动态内阻检测方法,其特征在于,
步骤S2还包括:根据估测的电池频域曲线,选择的高低频次的电流信号在十的二次方和五次方数量级。
4.根据权利要求1所述的动力电池动态内阻检测方法,其特征在于,
步骤S3还包括:
根据基尔霍夫电流和电压定律,电池内电路特性有以下关系:
E:电池的电动势;
R1:电池的欧姆内阻;
C1:电池的等效极化电容;
R2:电池的等效极化内阻;
Io:电池的输出电流;
Uo:电池的输出电压。
5.根据权利要求1所述的动力电池动态内阻检测方法,其特征在于,
步骤S5还包括:
注入交流信号后通过检测出口的电压信号,经过快速傅里叶算法可提取响应注入频次的谐波信号,计算出对应阻抗的模;
If:注入电池内部的高低频交流信号;
ZL:电池的高频阻抗;
ZH:电池的低频阻抗;
UL:电池出口的低频电压
IL:电池出口的低频电流;
UH:电池出口的高频电压;
IH:电池出口的高频电流;
Rsum:直接测量到的总电阻;
在频率范围选择合适的情况下,电池检测到的电压电流相位差近似为0,即检测到的阻抗为纯阻性,此时可近似计算:
6.一种基于动力电池动态内阻检测方法的设备,其特征在于,包括:
存储器,用于存储计算机程序及动力电池动态内阻检测方法;
处理器,用于执行所述计算机程序及动力电池动态内阻检测方法,以实现如权利要求1至5任意一项所述的动力电池动态内阻检测方法步骤。
7.一种具有动力电池动态内阻检测方法的计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至5任意一项所述动力电池动态内阻检测方法的步骤。
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