CN110988700B - 一种叉车锂离子电池模组健康度评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池评估方法，尤其涉及一种利用相对超声反馈信号比较法来评价电池模组健康程度的方法。具体步骤包括：在每个电池模组的同等位置设置超声接收器和超声发生器，记录电池工况过程中各组电池模组超声透射率，通过公式评估电池模组的相对健康度，根据所得结果对电池模组的失效性状况进行评价。本发明可以仅通过外部超声反馈信号与健康度相关联，引入相对健康状态的概念，达到对多个电池模组快速甄别、无需施加电路且随时可测的目的，使得应用在整车集成的叉车电池、电动车电池方面的检测更加便捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池评估方法，尤其涉及一种利用相对超声反馈信号比较法来评价电池模组健康程度的方法，属于锂电池监测技术领域。
背景技术
动力电池作为电动叉车的动力源，是电动叉车最核心的部件之一，电池的性能可以直接决定电动叉车的整体性能，在一定程度上也决定了电动叉车的成本。目前锂离子电池因高比能量和比功率、可快速充电、循环寿命长等优点，在电动叉车的应用已经越来越广泛。根据现有电池技术水平及应用要求，电动叉车整车一般须使用几只到数百只单体电池经串并联构成电池包来满足应用需求。而电动叉车作为搬运式工程车辆，会面临着脉冲式瞬时大电流放电等工作模式，高倍率脉冲放电使得锂电池的内阻急剧增加，造成锂电池容量衰降，导致锂离子电池的寿命降低。由于各单体电池不一致性，使得电池包在大电流放电过程中，单体电池性能差异产生的不一致性加剧，性能较差电池内阻增大，造成劣化速度加快，同时引起整体电池组容量损失、寿命损失，甚至引发安全事故。所以如何快速判断电池健康状态，定位到相应的电池组从而甄别需要更换的电池，对延长电池组使用寿命以及保障电池安全运行有着重要意义。
目前常用的电池健康状态评估方法主要有测试法与模型法。测试法简单易行，但花时较长，在实际应用中，全放电测试很难展开。模型法主要分为：电化学模型、电路模型及经验模型。电化学模型参量多，计算工作量偏大，因不同类型电池化学成分的差异性，模型适用性低；电路模型需要通过各种测试获得大量和多样的数据，且预测精度不高；经验模型是依赖大量的实验数据，实验周期长。其他新型的检测方法有红外热成像、X射线影像、超声波成像等，大都运用于单位电池检测分析。
如CN201910291268.8公开了基于超声波频谱分析锂电池内部状态的方法及装置，利用超声信号穿透锂电池，对穿透后的超声信号进行采样后转换处理，从而计算出荷电状态。但是该方法需分别标定完全健康状态及各种老化、破坏处理（如进行过冷过热下的快速充放电、短路处理、刺穿处理等）情况下的超声信号标准值（标定曲线），再将所测电池单体与标准曲线挨个对比以确定其数值是否落入健康状态范围，这种对每个电池单体分别利用标准曲线进行判定的方式耗时繁琐，不适用于集成有多个模组的电池包。
CN 109985709 A公开了一种评估电池相对失效率的方法，基于一系列电池内部反应理论推导，主要通过对电池（组）施加电路，或者充电或者放电一段时间，将电池内部发生的不同反应对应的不同电化学电阻，经原理推导，关联表观的电路电压电流变化来获得相对健康度，而目前市场上的叉车电池、电动车电池等，一般为整车集成，利用施加电路的方法并不方便，同时该方法需要在检修、维护的时候才能用来测定。
发明内容
本发明针对上述方法存在的问题，以电池模组为单位在其同等位置设置超声接收器和超声发生器，无需单独标定标准曲线来将电池单体与标准曲线比对判定，只对单体电池串并联得到的电池模组利用超声波无损检测手段，根据电池模组在使用过程中其特性会因工况环境因素有一个整体变化的特性（例如环境温度降低时，动力电池组内所有电池模组的内阻均会有增大的趋势），引入相对健康状态的概念。在测定集成有多个模组的电池包时仅通过外部超声反馈信号与健康度相关联，从而达到对多个电池模组快速甄别、无需施加电路且随时可测的目的，使得应用在整车集成的叉车电池、电动车电池方面的检测更加便捷。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种叉车锂离子电池模组健康度评价方法，其特征在于：包括以下步骤,
步骤一，在每个电池模组的同等位置分别设置超声发生器和超声接收器；
步骤二，以电池模组超声透射反馈信号为采集对象，记录电池各工况过程中各电池模组超声透射率；
步骤三，电池模组的相对健康度通过如下公式评估：
相对健康度= 
其中T avg 表示所有电池模组在t时刻下的平均透射率；
TO表示任一待评价电池模组在t时刻下的透射率；
K为不同种类电池失效前后负极活性物质空隙变化率；
步骤四，根据相对健康度对电池模组健康状况进行评价。
通过在同等位置设置超声接收发生器，可以在同一标准下以电池模组所测值为自身参照组统一比较以得出相对值这一概念。电池包包含成百上千个电池单体，多个电池单体组成电池模组，此处本发明以电池模组为评价对象，通过基于超声波在液体填充的多孔固体中的传播理论，利用超声波反馈信号与电池的健康度相关联，无需施加电路即可测定，在任意时刻均可评价除钛酸锂（零体积效应）外的其他锂离子电池SOH。且过程中仅K值为针对电池失效前后的活性物质空隙变化参数，其他过程不含假定或估算参数，评价误差小，准确率高。
本发明的进一步改进方案是，相对健康度低于85%时该电池组更换，相对健康度低于80%时该电池模组报废。通过对相对健康度划定阈值可以量化一个评价电池模组是否失效的参考标准，以便及时采取对策。
本发明的进一步改进方案是，所述步骤三中，T avg 表示电池模组充电（放电）停止后t时刻各电池模组平均透射率，TO表示电池模组充电（放电）停止后t时刻待评价电池模组的透射率。
本发明的进一步改进方案是，t大于10min。充电（放电）10min后测量可以减少极化内阻细微的不一致以及测量时的误差。
本发明的进一步改进方案是，若采用充电后电池组快充失效评价，选择电池组SOC范围30-70%。选择SOC在此范围的电池组进行测试结果更为准确。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）通过对相对健康度划定阈值可以量化一个评价电池模组是否失效的参考标准，以便及时采取对策。（2）当选择对电池进行充电（放电）后来评价相对健康度时，充电（放电）10min后测量可以减少极化内阻细微的不一致以及测量时的误差。（3）如果选择对电池进行充电（放电）后来评价相对健康度，选择SOC 在30-70%范围的电池组进行测试结果更为准确。（4）通过引入相对健康度概念，将电池单元模组性能与同一工况环境的电池组实时状态比较，而非使用某一固定状态时的特定值。通过建立超声透射反馈信号与电池健康度的关系，利用所有时刻电池内部信息同步的情况，可以不受充放电的要求束缚，随时进行测试评价同一工况下电池单元模组的失效情况，避免工况因素整体变化引起的误判，满足在线状态测试。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
本发明提供一种电动叉车锂离子电池模组健康度评价方法，所述方法包括如下步骤：
（1）电动叉车中的电池包由若干个电池模组组成，以电池模组为评价对象，在每个模组同等位置处分别设置超声接收器和超声发生器，可以以模组自身为参照组进行配组互比，而不必另行设置标准；则以电池模组为单元作为超声透射反馈信号的采集对象，记录下电池工况过程中各组电池模组的超声透射率；电池模组的相对健康度通过如下公式评估：
相对健康度=
其中T avg 表示所有电池模组在t时刻下的平均透射率；
T O 表示任一待评价电池模组在t时刻下的透射率；
K为不同种类电池失效前后负极活性物质孔隙变化率；
其中该状态下所得的透射率为未对电池模组进行充放电情况下的，因此此处的t任一时刻均可。K为固定常数，因不同电池的种类而有所差异。在测定集成有多个模组的电池包时仅通过外部超声反馈信号与健康度相关联，能够实现无需施加电路便可以对多个电池模组快速甄别达到随时可测的目的，使得应用在整车集成的叉车电池、电动车电池方面的检测更加便捷。
（2）当相对健康度低于85%时可判断该电池模组需要更换，当相对健康度低于80%时判断该电池模组应该报废。
除此之外为了有更精准的评估，可以根据不同电池的种类，采集相应的数据做出相对健康度和孔隙变化率的标准曲线，实际应用时根据所测得的孔隙变化率，对应标准曲线来获得该电池模组的相对健康度作为评价值。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明还可以通过以电池模组进行充电（放电）后t时刻的超声透射反馈信号为对象进行采集，据此对某些参数量化从而得到更精确的计算结果，选择SOC 为30-70%范围的电池模组进行测试。
（1）该方法的前述步骤包括实施例1的测试方法，其中T avg 表示所有电池模组充电（放电）停止后t时刻下的平均透射率，T O 表示任一待评价电池模组在充电（放电）停止后t时刻下的透射率，K为不同种类电池失效前后负极活性物质孔隙变化率，为常数。
（2）t时刻选择电池模组充电（放电）停止10min以后。
以上显示和描述了本发明的基本原理和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种叉车锂离子电池模组健康度评价方法，其特征在于：包括以下步骤,
步骤一，在每个电池模组的同等位置分别设置超声发生器和超声接收器；
步骤二，以电池模组超声透射反馈信号为采集对象，记录电池工况过程中各电池模组超声透射率；
步骤三，电池模组的相对健康度通过如下公式评估：
其中T avg 表示所有电池模组在t时刻下的平均透射率；
TO表示任一待评价电池模组在t时刻下的透射率；
K为不同种类电池失效前后负极活性物质孔隙变化率；
步骤四，根据相对健康度对电池模组健康状况进行评价，相对健康度低于85%时该电池模组应更换，相对健康度低于80%时该电池模组应报废。
2.根据权利要求1所述的一种叉车锂离子电池模组健康度评价方法，其特征在于：所述步骤三中，T avg 表示所有电池模组充电、放电停止后t时刻下的平均透射率，TO表示任一待评价电池模组充电、放电停止后t时刻下的透射率。
3.根据权利要求2所述的一种叉车锂离子电池模组健康度评价方法，其特征在于： t大于10min。
4.根据权利要求3所述的一种叉车锂离子电池模组健康度评价方法，其特征在于：若采用充电后电池组快充失效评价，选择电池组SOC 范围30-70%。
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