CN110133532A - 一种基于电池开路电压的健康状态计算方法 - Google Patents

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李洪波
段双明
刘莹
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Abstract

本发明公开了一种基于电池开路电压的健康状态计算方法，包括：电池健康状态SOH的估算方法，电池荷电状态即当前电池容量Ct与当前电池的最大可用容量Ct_max之比的计算，t时刻电池的荷电状态SOCt估算。本发明通过电池满放时开路电压对电池的SOH进行估算，不仅有效提高电池SOH估算精度，使在线电池状态估计得到简化，提升储能系统运行的安全性和经济性。

Description

一种基于电池开路电压的健康状态计算方法
技术领域
本发明涉及电池系统，具体涉及一种基于电池开路电压的健康状态计算方法。
背景技术
目前，电池健康状态是通过电池当前容量与出厂标称容量对比得到，是电池合理利用和剩余工作寿命估计的重要参考数据，是反应电池性能的一项重要指标。如何准确估计电池SOH是电化学储能合理利用以及对梯次利用电池的快速筛选具有重要意义。目前针对电池SOH的估算方法多从电池模型计算，具有较大的误差，且由于公式复杂不利于在线实时检测电池SOH，使得其估算值使用意义较小。
电池健康状态(SOH，State of Health)是电池剩余使用寿命的重要指标，在电化学储能电站能量管理及功率调节以及电池的梯次利用筛选等方面起重要作用。伴随电池长时间的循环使用，其可用容量不断降低，使用寿命不断缩短，能否准确估计电池当前SOH，是电池是否得到合理利用的重要依据。由于电池是非线性有源元件，其参数随使用工况及环境变化而发生非线性变动，从而导致电池的SOH估算误差较大，影响电池的正确有效利用。
如何即能提高电池SOH估算精度，而且适用于电池系统的SOH在线估计是目前迫切需要解决的问题。
电池SOH定义式如下式所示：
式中，Ct_max为电池当前最大可用容量（Ah），Ce为电池标称额定容量（Ah）。
从上式中可得出可通过电池的循环放出容量计算电池的SOH，因此，相关专家在Ah累加方面做了许多研究。此种方式是最为准确的计算方法，但对于电池的实际使用过程中并非每次都能放空，而且，Ah累加存在累计误差，使得此种方法在实际工程中较少使用。
在实际工程中使用较多的是通过测量电池内阻估算电池SOH。电池在使用过程中，由于电池活性物质的减少，使电池内部电子移动速度降低，外在表现为电池内阻增大，利用此种方法可以便捷的估算电池SOH。但是，由于电池制造工艺以及电池使用工况的不同，导致电池原始内阻以及累计内阻大有不同，导致估算精度大大降低。
目前，最新研究估算方法还包括电池活性物质数量检测法以及电池外包膨胀力检测法。电池活性物质数量检测法是通过拆解电池，使用CT扫描的方式统计电池活性物质，以估算电池SOH，此种方法以破坏电池为代价对电池SOH进行精确估算，仅适用于电池生产的抽样测试，对大规模的实时检测并不适用。池外包膨胀力检测法是通过电池使用过程中由于电池活性物质结晶导致的电池外壳膨胀量对电池SOH估算，此种检测方法对于手机电池等外包机械强度较小的电池适用，而对于储能用电池，由于其具有外壳牢固、机械强度高等特点，使得此种方法并不适用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于电池开路电压的健康状态计算方法。
本发明采用的技术方案是：一种基于电池开路电压的健康状态计算方法，包括：
电池健康状态SOH的估算方法为：
（2）
式中，UOCV（0）为电池当前可用容量为0时的开路电压；SOC0为通过出厂时即额定状态下电池开路电压与电池荷电状态SOC关系确定，在电池开路电压为UOCV（0）时的SOC。
进一步地，所述基于电池开路电压的健康状态计算方法，还包括：所述电池荷电状态定义为当前电池容量Ct与当前电池的最大可用容量Ct_max之比，其公式为：
（3） 。
更进一步地，所述基于电池开路电压的健康状态计算方法，还包括：
t时刻电池的荷电状态SOCt估算式为：
（4）
上式中，UOCV（t）为t时刻电池的开路电压；SOCt为t时刻通过出厂时即额定状态下电池开路电压与电池荷电状态关系确定电池的电池SOC；SOC0为电池电量为0时通过出厂时即额定状态下电池开路电压与电池荷电状态关系确定电池的电池SOC；SOHt为t时刻通过式（2）确定的电池SOH。
本发明的优点：
本发明的基于电池开路电压的健康状态计算方法，通过电池开路电压与电池荷电状态关系估算电池健康状态。可有效避免了根据电池内阻和Ah累加等方法估算SOH时，由电池参数测量及累计误差带来的SOH估算结果误差，提高了SOH估算精度；而且此方法实用性强，适合大规模储能系统电池健康状态的实时在线估计，提高状态估计可用度。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的一种基于电池开路电压的健康状态计算方法的电池进行SOH估算实验的电池SOH实际值与估算值对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于电池开路电压的健康状态计算方法，包括：
电池健康状态SOH的估算方法为：
（2）
式中，UOCV（0）为电池当前可用容量为0时的开路电压；SOC0（UOCV（0））为通过出厂时即额定状态下电池开路电压与电池荷电状态（SOC，State of Charge）关系确定，在电池开路电压为UOCV（0）时的SOC。
进一步地，所述基于电池开路电压的健康状态计算方法，还包括：所述电池荷电状态定义为当前电池容量Ct与当前电池的最大可用容量Ct_max之比，其公式为：
（3）。
更进一步地，所述基于电池开路电压的健康状态计算方法，还包括：
t时刻电池的荷电状态SOCt估算式为：
（4）
上式中，UOCV（t）为t时刻电池的开路电压；SOCt（UOCV（t））为t时刻通过出厂时即额定状态下电池开路电压与电池荷电状态关系确定电池的电池SOC；SOC0（UOCV（0））为电池电量为0时通过出厂时即额定状态下电池开路电压与电池荷电状态关系确定电池的电池SOC；SOHt为t时刻通过式（2）确定的电池SOH。
验证本发明的正确性与有效性，分别用电池可用放电容量定义的SOH方法和本文提出的基于电池开路电压的健康状态计算方法进行对比。所用电池相关参数如表1所示。
表1
项目 规格
实验电池类型 铅碳电池
实验电池标称容量 200Ah
实验电池充电上限 2.35V
实验电池放电下限 1.80V
实验电池数量 20节
取单体电池进行SOH估算实验，实验过程如下：
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，通过电池放出电量计算此电池的SOH；
将上述电池精致1h后测量电池开路电压UOCV（0），据公式（2）估算电池SOH。
重复、对20节电池进行实验，所得结果绘制如附图1所示的对比图。
本发明提出基于电池开路电压的健康状态计算方法，可通过电池开路电压与电池荷电状态关系估算电池健康状态，有效减小因电池参数测量不准确或参数的非线性变化而带来的测量及估算误差，为电池健康状态的在线估计提供了全新的技术路线。
本发明通过电池满放时开路电压对电池的SOH进行估算，不仅有效提高电池SOH估算精度，使在线电池状态估计得到简化，提升储能系统运行的安全性和经济性。适用于大规模电池SOH的在线监测。
本发明的基于电池开路电压的健康状态计算方法，通过电池开路电压与电池荷电状态关系估算电池健康状态。可有效避免了根据电池内阻和Ah累加等方法估算SOH时，由电池参数测量及累计误差带来的SOH估算结果误差，提高了SOH估算精度；而且此方法实用性强，适合大规模储能系统电池健康状态的实时在线估计，提高状态估计可用度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于电池开路电压的健康状态计算方法，其特征在于，包括：
电池健康状态SOH的估算方法为：
（2）
式中，UOCV（0）为电池当前可用容量为0时的开路电压；SOC0为通过出厂时即额定状态下电池开路电压与电池荷电状态SOC关系确定，在电池开路电压为UOCV（0）时的SOC。
2.根据权利要求1所述的基于电池开路电压的健康状态计算方法，其特征在于，还包括：所述电池荷电状态定义为当前电池容量Ct与当前电池的最大可用容量Ct_max之比，其公式为：
（3） 。
3.根据权利要求1和2所述的基于电池开路电压的健康状态计算方法，其特征在于，还包括：
t时刻电池的荷电状态SOCt估算式为：
（4）
上式中，UOCV（t）为t时刻电池的开路电压；SOCt为t时刻通过出厂时即额定状态下电池开路电压与电池荷电状态关系确定电池的电池SOC；SOC0为电池电量为0时通过出厂时即额定状态下电池开路电压与电池荷电状态关系确定电池的电池SOC；SOHt为t时刻通过式（2）确定的电池SOH。
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