CN111308374A - 一种电池组健康状态soh值的估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其通过预处理模块,内部用SOH值估算模块和外部用SOH值估算模块这三个模块进行估算。本发明的优点:可以计算得到内部系统荷电状态SOC估算需要用到的精确的SOH值,满足内部荷电状态SOC估算需要准确的当前容量的值的计算需求,也可以使用外部用SOH值估算模块计算得到外部系统显示观察电池组健康程度的粗略值,满足外部系统显示需要的日历时间和循环次数对应电池组老化程度的大致粗略的需求,并且,内部用SOH值估算模块采用的是准确测量计算的放电量电量与SOC变化量的值来推导准确的当前容量和SOH值,具有操作简便可行,准确度高,实用性强等特点,既提高了估算精度高,又提高了估算可靠性,降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池组健康状态SOH值的估算方法,属于电池健康状态估计技术领域。
背景技术
电池组的健康状态(State Of Health,SOH)指的是随着电池组充放电次数的增加,电池逐渐衰退老化,电池的健康状态差异将会逐渐体现。而电池组的健康状态SOH的定义是在一定的条件下,电池组能够充入或者放出电量的容量即电池组的当前容量与电池组的标称容量的百分比,计算方法如下公式所示:
上式中,Cf表示电池组能够充入或放出电量的容量(单位AH),C0表示电池组的额定容量(单位AH)。
在电池管理系统(Battery Management System,BMS)中,电池组的健康状态SOH用以评估电池组的健康程度,老化程度,使用寿命,这关乎到电池组的使用性能,经济性,安全性等方面。具体的,电池组的健康状态SOH表征了电池组的容量衰减程度和当前可用容量,同时它直接影响到电池组的荷电状态估算,如果SOH准确度不高,会造成电池的荷电状态(SOC)的不准确,而如果SOC的估算误差较大,会影响用户对电池组的正确使用,如应用在电动汽车领域则可能导致电动汽车因电量不足而被迫中途停车的问题。
目前电池行业通用做法是,规定初始出厂电池SOH为100%,随着电池的使用,电池SOH值将不断减小,当电池性能不能满足使用要求时则认为电池失效并达到使用寿命,按照国标,SOH小于等于80%,即认为需要更换。
根据电池的SOH可以预估电池的剩余循环充放电次数,可以及时通知用户做好更换电池的准备。另外,如果能够及时的跟踪监测电池的健康状态情况,对健康状态下降达到临界值的单体予以更换,则可以极大地延长整个电池组的使用寿命。
影响电池的老化有很多因素,包括电池存放使用的时间,电池的循环充放电次数,充放电电流大小,电池应用的环境温度及温度分布的均匀性等等。电池的健康状态与内阻,电池容量,电池使用温度,充放电倍率,充放电深度等因素有关。
目前用于估算电池健康状态的方法主要有:
1、直接放电法:这种方法是在离线条件下,对电池组进行完全放电来对SOH进行估算。利用测试设备,让电池组从充满到放空一次,测试到放出的电量与其所对应的标称容量的比值即为SOH值。这种方法需要离线测试电池组的SOH,测试设备笨重,测试时间太长,这在储能或者车用等实际应用的实施比较困难。
2、内阻法:这种方法主要是通过建立内阻与SOH之间的关系来估算SOH。电池内阻和SOH之间存在一定的对应关系,随电池使用时间的增长,电池内阻在增加,将影响电池容量,从而可以估算SOH。但是电池使用初期电池内阻变化不明显,电池衰减到一定程度以后,电池内阻才会有较明显的变化;且电池内阻很小,一般是毫欧级,属于小信号,想要准确测量电池内阻也比较困难;此外电池内阻与SOH的关系目前没有明确的对应数据,难以进行换算。因此这种方法也不适用于实际估算。
3、电池电化学模型法:这种方法是根据电池电化学原理建立电池模型,测试电池容量、阻抗、内阻、开路电压等参数,运用复杂算法确定各参数和SOH间的关系。这种方法需要测试大量电池参数,建立准确的电池模型,形式经验公式等,对于不同电池来说,难以在线测量电池参数,不同电池参数和模型不大一样,因此不具有普遍性。
4、寿命循环法:通过读取电池组的使用时间和累计充放电安时,来利用实验所得的电池组循环次数与SOH的对应关系查表得出电池组SOH。但是这种方法对电池组的配组技术的一致性要求较高,而且实验数据测试周期长,估算结果误差较大。但由于动力电池在使用过程中,实际运行工况千差万别,多数与模拟工况差别较大,故此法在应用过程中误差较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题,在于提供一种电池组健康状态SOH值的估算方法,相对传统的健康状态估算方法,既提高了估算精度高,又提高了估算可靠性,降低了成本。
本发明通过下述方案实现:一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其通过预处理模块,内部用SOH值估算模块和外部用SOH值估算模块这三个模块进行估算。
所述预处理模块由电压处理子模块,电流处理子模块,温度处理子模块,长时间静置判定子模块组成。
所述长时间静置判定子模块判断上电时刻减去下电时刻的时间是否大于长时间静置修正的时间阈值,如果是则把长时间静置标志位给置位,再判断上电时刻减去下电时刻的时间是否大于静置时间过长的时间阈值,如果是则把静置时间过长标志位给置位。
所述内部用SOH值估算模块由计算充放电电量子模块,使能内部用SOH值计算判定子模块,计算内部用SOH值子模块,更新内部用SOH值子模块组成。
所述计算充放电电量子模块的工作流程包括以下步骤:
步骤S1,上电时分别读取保存在EEPROM中的放电电量累加值和充电电量累加值;
步骤S2,判定是否充满电,如果充满电,则分别把放电电量累加值和充电电量累加值给清零,否则执行下一步;
步骤S3,分别把放电电量和充电电量累加;
步骤S4,计算实际放电电量为放电电量累加值减去充电电量累加值;
步骤S5,下电时分别保存放电电量累加值和充电电量累加值到EEPROM中去。
所述使能内部用SOH值计算判定子模块的判定过程是:如果同时满足以下七个条件,一、放电电量大于回充电量,二、充电电量小于15%的标称容量,三、长时间静置标志已经置位,四、电芯的电流的绝对值小于小电流阈值,五、系统最小温度大于OCV-SOC查表修正温度阈值,六、上次下电前是为放电状态,七、最小电压小于静置电压下限值,则把使能内部用SOH值计算标志给置位。
所述计算内部用SOH值子模块,判定使能内部用SOH值计算标志是否为置位状态,如果是的话,则按以下公式计算内部用SOH值:
上式中,SOH为电池组健康状态值(单位为%),Cdischarge为上述计算的实际放电电量(单位为AH),SOCvmin为上电时使用最小电压值Vmin根据实验获得的OCV-SOC表格查表格获得的当前的最小SOC值(单位为%),C0为电池组的额定容量(单位为AH)。
所述更新内部用SOH值子模块,首先判定上电时刻与上一次更新SOH时刻的时间差值是否大于更新时间阈值,如果大于,则把内部用SOH值更新,并限定在100%和70%的范围内,输出到内部的电池组荷电状态SOC估算模块中,用以准确计算SOC值。
所述外部用SOH值估算模块,根据SOC估算模块中安时积分得到的SOC的变化量来累积充放电循环次数,SOC的100%的变化量对应0.5次循环,并利用实验所得的电池组充放电循环次数与SOH的对应关系查表得出电池组外部用SOH值,用以外部系统查看当前电池组的粗略健康状态,以便提前安排好电池组的更换计划。
所述电压处理子模块,电流处理子模块,温度处理子模块分别处理电压、电流和温度。
本发明的有益效果为:本发明的健康状态SOH估算方法可以使用内部用SOH值估算模块计算得到内部系统荷电状态SOC估算需要用到的精确的SOH值,满足内部荷电状态SOC估算需要准确的当前容量的值的计算需求,也可以使用外部用SOH值估算模块计算得到外部系统显示观察电池组健康程度的粗略值,满足外部系统显示需要的日历时间和循环次数对应电池组老化程度的大致粗略的需求,并且,内部用SOH值估算模块采用的是准确测量计算的放电量电量与SOC变化量的值来推导准确的当前容量和SOH值,具有操作简便可行,准确度高,实用性强等特点,总体来说,本发明解决了传统的健康状态SOH估算方法存在很难实际应用和很难准确估算导致误差太大等问题,既提高了估算精度高,又提高了估算可靠性,降低了成本。
附图说明
图1为本发明一种电池组健康状态SOH值的估算方法的计算充放电电量子模块的工作流程图。
具体实施方式
下面结合图1对本发明进一步说明,但本发明保护范围不局限所述内容。
为了清楚,不描述实际实施例的全部特征,在下列描述中,不详细描述公知的功能和结构,因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱,应当认为在任何实际实施例的开发中,必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标,例如按照有关系统或有关商业的限制,由一个实施例改变为另一个实施例,另外,应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的,但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其通过预处理模块,内部用SOH值估算模块和外部用SOH值估算模块这三个模块进行估算。
预处理模块由电压处理子模块,电流处理子模块,温度处理子模块,长时间静置判定子模块组成。
长时间静置判定子模块判断上电时刻减去下电时刻的时间是否大于长时间静置修正的时间阈值(一般设为15分钟),如果是则把长时间静置标志位给置位,再判断上电时刻减去下电时刻的时间是否大于静置时间过长的时间阈值(一般设为12小时),如果是则把静置时间过长标志位给置位。
内部用SOH值估算模块由计算充放电电量子模块,使能内部用SOH值计算判定子模块,计算内部用SOH值子模块,更新内部用SOH值子模块组成。
计算充放电电量子模块的工作流程包括以下步骤:
步骤S1,上电时分别读取保存在EEPROM中的放电电量累加值和充电电量累加值;
步骤S2,判定是否充满电,如果充满电,则分别把放电电量累加值和充电电量累加值给清零,否则执行下一步;
步骤S3,分别把放电电量和充电电量累加;
步骤S4,计算实际放电电量为放电电量累加值减去充电电量累加值;
步骤S5,下电时分别保存放电电量累加值和充电电量累加值到EEPROM中去。
使能内部用SOH值计算判定子模块的判定过程是:如果同时满足以下七个条件,一、放电电量大于回充电量,二、充电电量小于15%的标称容量,三、长时间静置标志已经置位,四、电芯的电流的绝对值小于小电流阈值,五、系统最小温度大于OCV-SOC查表修正温度阈值,六、上次下电前是为放电状态,七、最小电压小于静置电压下限值,则把使能内部用SOH值计算标志给置位。
计算内部用SOH值子模块,判定使能内部用SOH值计算标志是否为置位状态,如果是的话,则按以下公式计算内部用SOH值:
上式中,SOH为电池组健康状态值(单位为%),Cdischarge为上述计算的实际放电电量(单位为AH),SOCvmin为上电时使用最小电压值Vmin根据实验获得的OCV-SOC表格查表格获得的当前的最小SOC值(单位为%),C0为电池组的额定容量(单位为AH)。
更新内部用SOH值子模块,首先判定上电时刻与上一次更新SOH时刻的时间差值是否大于更新时间阈值(一般设为90天),如果大于,则把内部用SOH值更新,并限定在100%和70%的范围内,输出到内部的电池组荷电状态SOC估算模块中,用以准确计算SOC值。
外部用SOH值估算模块,根据SOC估算模块中安时积分得到的SOC的变化量来累积充放电循环次数,SOC的100%的变化量对应0.5次循环,并利用实验所得的电池组充放电循环次数与SOH的对应关系查表得出电池组外部用SOH值,用以外部系统查看当前电池组的粗略健康状态,以便提前安排好电池组的更换计划。
所述电压处理子模块,电流处理子模块,温度处理子模块分别处理电压、电流和温度。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举,应当理解,对于本领域技术人员来说,对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案,这对本领域的技术人员而言是显而易见,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其特征在于:其通过预处理模块,内部用SOH值估算模块和外部用SOH值估算模块这三个模块进行估算。
2.根据权利要求1所述的一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其特征在于:所述预处理模块由电压处理子模块,电流处理子模块,温度处理子模块,长时间静置判定子模块组成。
3.根据权利要求2所述的一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其特征在于:所述长时间静置判定子模块判断上电时刻减去下电时刻的时间是否大于长时间静置修正的时间阈值,如果是则把长时间静置标志位给置位,再判断上电时刻减去下电时刻的时间是否大于静置时间过长的时间阈值,如果是则把静置时间过长标志位给置位。
4.根据权利要求1所述的一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其特征在于:所述内部用SOH值估算模块由计算充放电电量子模块,使能内部用SOH值计算判定子模块,计算内部用SOH值子模块,更新内部用SOH值子模块组成。
5.根据权利要求4所述的一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其特征在于:所述计算充放电电量子模块的工作流程包括以下步骤:
步骤S1,上电时分别读取保存在EEPROM中的放电电量累加值和充电电量累加值;
步骤S2,判定是否充满电,如果充满电,则分别把放电电量累加值和充电电量累加值给清零,否则执行下一步;
步骤S3,分别把放电电量和充电电量累加;
步骤S4,计算实际放电电量为放电电量累加值减去充电电量累加值;
步骤S5,下电时分别保存放电电量累加值和充电电量累加值到EEPROM中去。
6.根据权利要求4所述的一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其特征在于:所述使能内部用SOH值计算判定子模块的判定过程是:如果同时满足以下七个条件,一、放电电量大于回充电量,二、充电电量小于15%的标称容量,三、长时间静置标志已经置位,四、电芯的电流的绝对值小于小电流阈值,五、系统最小温度大于OCV-SOC查表修正温度阈值,六、上次下电前是为放电状态,七、最小电压小于静置电压下限值,则把使能内部用SOH值计算标志给置位。
7.根据权利要求4所述的一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其特征在于:所述计算内部用SOH值子模块,判定使能内部用SOH值计算标志是否为置位状态,如果是则计算内部用SOH值。
8.根据权利要求4所述的一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其特征在于:所述更新内部用SOH值子模块,首先判定上电时刻与上一次更新SOH时刻的时间差值是否大于更新时间阈值,如果大于,则把内部用SOH值更新,并限定在100%和70%的范围内,输出到内部的电池组荷电状态SOC估算模块中,用以准确计算SOC值。
9.根据权利要求1所述的一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其特征在于:所述外部用SOH值估算模块,根据SOC估算模块中安时积分得到的SOC的变化量来累积充放电循环次数,SOC的100%的变化量对应0.5次循环,并利用实验所得的电池组充放电循环次数与SOH的对应关系查表得出电池组外部用SOH值。
10.根据权利要求2所述的一种电池组健康状态SOH值的估算方法,其特征在于:所述电压处理子模块,电流处理子模块,温度处理子模块分别处理电压、电流和温度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200619 |
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