CN111025169B - 铅酸电池健康度评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铅酸电池技术领域，具体为一种铅酸电池健康度评估方法。本发明方法，根据电池充放电循环中累计放电实际容量C_a，将其换算为标准容量C_b，设电池的额定标称容量为C，/则电池健康度ω表示为：ω=min((C_b/C+（1‑80﹪）)×100﹪，100﹪)；连续5个循环次中取最大值作为当前的健康度。使用本发明方法估算电池健康度，可以实时在线检测，方便、省力，又节约大量时间，而且有较高的准确度，具有广阔应用前景。

Description

铅酸电池健康度评估方法

技术领域

本发明属于铅酸电池技术领域，具体涉及铅酸电池健康度评估方法。

背景技术

铅酸电池的健康情况评估，一直是个比较复杂课题。铅酸电池健康情况，一般用健康度大小来衡量，所述健康度是指当前最大可以释放的标准容量和额定标称容量的百分比。影响铅酸电池健康的因素较多，业内不少专家、学者在这方面做过很多的研究，提出的一些评估方法相对比较复杂，且实际测量起来困难。对于电池使用人而言，希望在电池正常循环(充电/放电)使用过程中，有一种简单、方便，并有一定准确度的近似估算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便、且准确度高的铅酸电池健康度评估方法。

本发明根据铅酸电池的实际使用情况，提出铅酸电池健康度的评估方法，具体如下：电池在充电机完成完全充电(即充电机自动停止充电)后，又经过电池使用(放电)到使用设备仪表盘指示灯提示需要补充电止(即达到深度放电)，称为一个充放电循环次，期间多个放电段累计放电实际容量为C_a，将其换算为标准容量C_b，设电池的额定标称容量为C，则电池健康度ω表示为：

ω_i＝max(ω_i，ω_i+1，ω_i+2，ω_i+3，ω_i+4) (2)

表示取连续5个循环次中取最大值作为当前的健康度。

i为循环次，i＝1,2,...；

通常，电池深度放电要求达到80％的放电。

从上可知，循环次需满足的条件：

(1)电池完全充电，即充电机完成完全充电后自动停止充电；

(2)又进行(80％)深度放电条件下，即电池使用(放电)到设备仪表盘指示灯提示需要补充电止。

这里，所述实际放电容量C_a换算为标准放电容量C_b，是将放电实际容量换算为“电解液在基准30℃，并以恒流5小时率的电流记为(I₅)放电”的电流容量；具体计算式为：

其中，i为循环次，m_i为第i个循环次中对实际放电的进行分段采样的段数，n_j为第j个放电段采样段中对电流的采样次数；

C_bi为第i个循环次的放电标准容量，单位：Ah；

C_aijk为第i个循环次、第j个放电段中的第k个采样段容量，单位：Ah；

I_ijk为第i个循环次、第j个放电段中的第k个采样段容量,单位：Ah；C_aijk＝I_ijk×△t；

为不同型式的电池修正系数，管式电池取1.0；

ɑ_ijk为不同放电小时率修正系数；

λ_ijk为不同温度修正系数；

Δt＝(t_k-t_k-1)为电流采样步长。通常采样步长，充电时为1-2秒，放电时为0.5-1秒；

T_ij0为每次充电/放电过程电解液的初始温度，单位：℃。

所述温度修正系数λ_ijk，统一记为λ，其值参考电池标准汇编(铅酸蓄电池卷)GB/T7403.1-2008和GB/T 7403.2-2008，如下表1所示：

表1

放电小时率	≥4h	<4～≥2.5h	<2.5～≥1.5h	<1.5h
					λ	0.006	0.008	0.009	0.01

放电小时率修正系数ɑ_ijk，统一记为ɑ，其满足函数式：

α(I_ijk)＝a×(I_ijk)^b+c (5)

I_ijk为电流，a、b、c为常数；

即：当电流为I_ij时，其对应的ɑ_ij和λ_ij，放电小时率＝放电电流与标称容量比。

本发明中，根据统计和通过回归计算，可取a＝-1.82，b＝-0.16，c＝2.52。

目前使用放电仪校核健康度，虽然一定的准确度，但需要把电池停下来(影响生产)，而且要用专业放电仪、专业人员，再进行放电3-5小时,检测费用比较高。使用本发明方法估算电池健康度，可以实时在线检测，方便、省力，又节约大量时间，而且有较高的准确度，具有广阔应用前景。

附图说明

图1为实施例1中使用本发明方法，设备实时显示的电池健康度信息图像。

图2为实施例2中使用本发明方法，设备实时显示的电池健康度信息图像。

具体实施方式

通过相关电池远程管理系统采集电池充电/放电循环使用过程的中的电流、温度、电压和时间等数据，把本发明计算方法程序化，设置于计算机系统中，包括换算为标准放电容量，计算健康度；如该循环次满足完全充电并深度放电的条件，上报、显示电池在该循环次的健康度。

实施例1，上海某转向机有限公司，其某型号叉车使用管式富液电池，电池编号：EPS车间-6#，规格型号575Ah-48V，设备编号：HDK48010039。

(1)循环次，具体数据见下表2。

表2

(2)完全充电并深度放电数据，见下表3

表3

(3)健康度计算

计算该电池在第2056循环次时的健康度为：

ω₁＝min{[269.78÷575+(1-80％)]×100％,100.00％}＝66.92％；

ω₂＝min{[309.67÷575+(1-80％)]×100％,100.00％}＝73.86％；

ω₃＝min{[299.37÷575+(1-80％)]×100％,100.00％}＝72.06％；

ω₄＝min{[292.08÷575+(1-80％)]×100％,100.00％}＝70.80％；

取连续5个的最大值，即现在电池的健康度为：73.86％。设备显示参见图1所示。

(4)恒流(I₅)放电验证效果

在充电机充满电静置2小时后，用恒流放电仪(顺盟电子—SMFD620蓄电池放电测试仪)以5小时率的恒流(115A电流)放电，到44.40V终止，实测放电开始时的电解液温度为25℃，其结果：

实测放电时长：2.62小时(157分钟)，容量：301.30Ah；

按照GB/T 7403.1-2008和GB/T 7403.2-2008换算标准容量为：310.62Ah；

C_b＝301.30/[1+0.006×(25-30)]＝310.62；

健康度：ω＝[C_b/C+(1-80％)]×100％＝74.02％；

误差(绝对值)比系统上报的73.86％高0.16％。

实施例2，上海市某汽车车身零件(上海)有限公司，合力叉车使用某型号管式富液电池，其编号46#，规格型号700Ah-48V，护延神编号：HDK48010018。

(1)循环次，具体数据见下表4。

表4

(2)完全充电并深度放电数据，见表5。

表5

(3)健康度计算

计算该电池在第352循环次时的健康度为：

ω₁＝min{[525.72÷700+(1-80％)]×100％,100.00％}＝95.10％；

ω₂＝min{[478.51÷700+(1-80％)]×100％,100.00％}＝88.36％；

ω₃＝min{[530.30÷700+(1-80％)]×100％,100.00％}＝95.76％；

ω₄＝min{[465.76÷700+(1-80％)]×100％,100.00％}＝86.54％；

ω₅＝min{[494.91÷700+(1-80％)]×100％,100.00％}＝90.70％；

取连续5个的最大值，即现在电池的健康度为：95.76％。设备显示参见图1所示。

(4)恒流(I₅)放电验证效果

在充电机充满电静置2小时后，用恒流放电仪(顺盟电子—SMFD620蓄电池放电测试仪)以5小时率的恒流(140A电流)放电，到44.40V终止，实测放电开始时的电解液温度为35℃，其结果：

实测放电时长：3.77小时(226分钟)，容量：527.80Ah；

按照GB/T 7403.1-2008和GB/T 7403.2-2008换算标准容量为：512.43Ah；

C_b＝527.80/[1+0.006×(35-30)]＝512.43；

健康度为：ω＝[C_b/C+(1-80％)]×100％＝93.20％。

误差(绝对值)比系统上报的95.76％低2.56％。

本发明估算方法结果与恒流(I₅)放电方法相比，误差在±3％以内。

本发明利用设备运行过程中的充电/放电来估算电池健康度的方法，可以进行实时在线检测，方便、省力，又节约大量时间，而且有较高的准确度。

Claims (5)

1.一种铅酸电池健康度评估方法，其特征在于，具体步骤如下：

设电池在充电机完成完全充电即充电机自动停止充电后，又经过电池使用即放电到达深度放电时止，称为一个充放电循环次，期间记累计放电实际容量为C_a，将其换算为标准容量C_b，设电池的额定标称容量为C，则电池第i次充放电循环的健康度ω_i表示为：

ω＝max(ω_i，ω_i+1，ω_i+2，ω_i+3，ω_i+4) (2)

表示取连续5个循环次中取最大值作为当前的健康度；

i为循环次，i＝1,2,...。

2.根据权利要求1所述的铅酸电池健康度评估方法，其特征在于，所述电池深度放电是指电池在完全充电情况下达到80％的放电。

3.根据权利要求2所述的铅酸电池健康度评估方法，其特征在于，所述实际放电容量C_a换算为标准放电容量C_b，是将放电实际容量换算为“电解液在基准30℃，并以恒流即电流5小时率放电”的电流容量；具体计算式为：

的绝对值，(单位：Ah) (3)

的绝对值(单位：Ah)(4)

其中，i为循环次，m_i为第i个循环次中对实际放电进行分段采样的段数，n_j为第j个放电段采样段中对电流的采样次数；

C_bi为第i个循环次的放电标准容量，单位：Ah；

C_aijk为第i个循环次、第j个放电段中的第k个采样段的容量，单位：Ah；

I_ijk为第i个循环次、第j个放电段中的第k个采样段的容量,单位：Ah；C_aijk＝I_ijk×△t；

为不同型式的电池修正系数，管式电池取1.0；

ɑ_ijk为不同放电小时率修正系数；

λ_ijk为不同温度修正系数；

Δt＝(t_k-t_k-1)为电流采样步长，充电时为1-2秒，放电时为0.5-1秒；

T_ij0为每次充电/放电过程电解液的初始温度，单位：℃。

4.根据权利要求3所述的铅酸电池健康度评估方法，其特征在于：

所述温度修正系数λ_ijk统一记为λ，其值如下表所示：

放电小时率 ≥4h <4～≥2.5h <2.5～≥1.5h <1.5h λ 0.006 0.008 0.009 0.01

所述放电小时率修正系数ɑ_ijk，统一记为ɑ，其满足函数式：

α(I_ijk)＝a×(I_ijk)^b+c (5)

I_ijk为电流，a、b、c为常数。

5.根据权利要求4所述的铅酸电池健康度评估方法，其特征在于，a＝-1.82，b＝-0.16，c＝2.52。

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