CN112327195A - 一种电池健康度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池健康度检测方法，涉及阀控铅酸蓄电池技术领域。本发明所提供的技术方案，基于阀控铅酸蓄电池的电压、电流、内阻、容量预测阀控铅酸蓄电池浮充状态下的健康度，估算出多次放电试验后阀控铅酸蓄电池的浮充状态下的电池容量系数、开路电压值以及直流内阻，测算出阀控铅酸蓄电池的电压或容量比值。本发明通过对阀控铅酸蓄电池多维度数据进行分析与同化，能有效地识别老化的阀控铅酸蓄电池，保证阀控铅酸蓄电池的可靠性。

Description

一种电池健康度检测方法

【技术领域】

本发明涉及阀控铅酸蓄电池技术领域，具体涉及一种电池健康度检测方法。

【背景技术】

阀控铅酸蓄电池的容量使用AH来表示，代表阀控铅酸蓄电池在实际的放电过程中，在达到规定条件时外界从电池中所获取的电量。阀控铅酸蓄电池容量预警可以有效地监测阀控铅酸蓄电池的工作状态，维持使用阀控铅酸蓄的系统正常持续工作，因此，研究阀控铅酸蓄电池的健康度具有重大意义：健康度估算不正确将会影响阀控铅酸蓄电池在容量范围内的有效发挥，并会对应用阀控铅酸蓄电池的安全性和可靠性造成影响。

【发明内容】

为解决前述问题，本发明提供了一种电池健康度检测方法，通过对阀控铅酸蓄电池多维度数据进行分析与同化，能有效地识别老化的阀控铅酸蓄电池，保证阀控铅酸蓄电池的可靠性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电池健康度检测方法，以对阀控铅酸蓄电池的健康度进行检测，包括如下步骤：

对阀控铅酸蓄电池进行若干次放电试验，每次放电试验采集阀控铅酸蓄电池的开路电压、放电开始时的电压和放电时的电流，根据开路电压、放电开始时的电压和放电时的电流计算每次放电试验放电开始时阀控铅酸蓄电池的直流内阻，获取的直流内阻和开路电压构成阀控铅酸蓄电池的RV矩阵；

根据阀控铅酸蓄电池的总容量、每次放电试验中放电时的电流以及每次放电试验中放电到截止电压时所需的放电时间计算阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数；

根据每次放电试验的开路电压计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压；

采集若干日内每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻，根据采集的欧姆内阻计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻；

根据若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的的开路电压、放电预定电流、若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻、若干次放电试验阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数来计算电池健康度。

可选的，每次放电试验后，保持电池正常浮充状态。

可选的，所述RV矩阵为：

其中，R₁、R₂至R_n为每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的直流内阻，V_ocp1、V_ocp2至V_ocpn为每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的开路电压。

可选的，计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数根据如下公式：

其中，a_soc与b_soc为最小二乘法的参数，SOC_0next为若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数，SOC_0n为每次放电试验中的容量系数，C_N为阀控铅酸蓄电池的总容量，t_n为每次放电试验中放电到截止电压时所需的放电时间，I为每次放电试验中放电时的电流。

可选的，根据每次放电试验的开路电压计算阀控铅酸蓄电池的开路电压包括如下步骤：

对每次放电试验的开路电压进行二次函数拟合，得到开路电压关于时间的变化曲线；根据得到的变化曲线，计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压。

可选的，根据采集的欧姆内阻计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻R_next包括如下步骤：

根据若干日内采集的每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻，依照如下公式计算若干日内阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻平均值：

其中，A_n为若干日内阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻平均值，R’_i为若干日内每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻，m为获取每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻的总天数；

根据如下公式计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻：

其中，R_i为每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的直流内阻，A_i为每次放电之前m天的平均欧姆内阻，K为最小二乘法得出的系数，R_next为若干次放电试验后根据阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻计算所得出的直流内阻。

可选的，根据如下公式判断电池健康度：

V_t＝V_ocp,next-I·R_next+a·(1-SOC_0next)

其中，V_t为待比较电压，V_ocp,next为若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压，a为同化系数；同化系数a的计算公式为：

其中，a_i为每次放电试验中的同化系数，V为每次放电试验中的截止电压，V_ocpn为每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的开路电压，R_t为每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的直流内阻，SOC_0n为每次放电试验中的容量系数，k_a与b_a为最小二乘法参数。

设定最低容量系数

当若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数SOC_0next取值为最低容量

时，如果待比较电压V_t小于截止电压V，则计算电池健康度的结果为电池不健康；当待比较电压V_t取值为截止电压V时，如果若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数SOC_0next小于最低容量系数

则计算电池健康度的结果为电池不健康。

本发明具有如下有益效果：

本发明所提供的技术方案，基于阀控铅酸蓄电池的电压、电流、直流内阻、容量多维度预测阀控铅酸蓄电池的健康度，估算出多次放电试验后恢复浮充状态下阀控铅酸蓄电池的容量系数、开路电压值以及直流内阻，根据多维度数据同化模型测算出阀控铅酸蓄电池的电压或容量比值，良好地反馈出阀控铅酸蓄电池的健康度，以便有效地识别老化的阀控铅酸蓄电池，保证阀控铅酸蓄电池的可靠性，便于及时对老化的阀控铅酸蓄电池进行预警。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段也将在下面的具体实施方式中详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

【具体实施方式】

下面对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。

实施例：

本实施例提供了一种电池健康度检测方法，用以对阀控铅酸蓄电池浮充状态时的健康度进行检测，基于阀控铅酸蓄电池的电压、电流、直流内阻、容量预测阀控铅酸蓄电池的健康度，估算出多次放电后恢复浮充状态下阀控铅酸蓄电池的容量系数、开路电压值以及直流内阻，测算出阀控铅酸蓄电池的电压或容量比值，包括如下步骤：

对阀控铅酸蓄电池进行若干次放电试验，每次放电试验后，对电池进行充电，使其保持浮充状态。

阀控铅酸电池每次放电之前，均需要处于浮充状态，因而，每次放电试验采集阀控铅酸蓄电池的开路电压V_ocp1、V_ocp2至V_ocpn、放电开始时的电压和放电时的电流I，在本实施例中，每次放电试验时采用放电设备对阀控铅酸蓄电池进行恒流放电，此为现有技术，因此，电流I可由放电设备获取，同时，本实施例所提供的整个方法中，每次放电试验的电流I均相同。根据开路电压、放电开始时的电压和放电时的电流I，基于欧姆定律计算每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的直流内阻R₁、R₂至R_n，获取的直流内阻和开路电压构成阀控铅酸蓄电池的RV矩阵：

然后根据阀控铅酸蓄电池的总容量C_N、每次放电试验中放电时的电流I以及每次放电试验中放电到截止电压V时所需的放电时间t_n，依照如下公式计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数SOC_0next：

其中，SOC_0n为每次放电试验中的容量系数，阀控铅酸蓄电池的总容量C_N其铭牌可获取。上述公式中，公式

即采用安时积分法计算电池剩余容量的模型。由于所计算出的剩余容量除以了总容量C_N，因此，本实施例中，每次放电试验中的容量系数SOC_0n为百分比形式。

然后根据每次放电试验的开路电压计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压V_ocp,next，这一步骤包括如下子步骤：

对每次放电试验的开路电压进行二次函数拟合，得到每次放电试验的开路电压关于时间的二次函数，即开路电压关于时间的变化曲线；

根据得到的变化曲线，即二次函数，计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压V_ocp,next。具体拟合过程以及求解过程均为现有技术，在此不再赘述。

计算出若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压V_ocp,next后，根据若干日内每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻R’₁、R’₂至R’_n计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻R_next，在这一步骤中，由于测算直流内阻的需要，因此，对一定时间内阀控铅酸蓄电池每一天的欧姆内阻都需要进行测量计算，测量方式以及计算方式均为现有技术，在此不再赘述，因此，若干日内每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻R’₁、R’₂至R’_n并非每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的直流内阻R₁、R₂至R_n。

这一步骤包括如下子步骤：

根据若干日内采集的每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻R’₁、R’₂至R’_n，依照如下公式计算若干日内阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻平均值A_n：

此公式为移动平均线公式，其中，m为获取每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻的总天数。本实施例采用移动平均线法，是为了防止阀控铅酸蓄电池欧姆内阻不正确的突变，并且更敏感捕捉欧姆内阻变化率，为下一步进行直流内阻拟合，估算更接近的直流内阻值。

采用最小二乘法，根据如下公式计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻R_next：

至此，所有计算电池健康度所需要的变量都以计算完成，在放电电流不变的情况下，电压一直在降低，因此本实施例根据若干次放电试验后，阀控铅酸蓄电池的开路电压V_ocp,next、放电时的预定电流I、若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻R_next、若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数SOC_0next，依照如下同化模型公式计算电池健康度：

V_t＝V_ocp,next-I·R_next+a·(1-SOC_0next)

其中，V_t为待比较电压，a为同化系数。同化系数a根据如下公式计算：

其中，a_i为每次放电试验中的同化系数，V为每次放电试验中的截止电压，SOC_0n为每次放电试验中的容量系数。

完成计算后，设定最低容量系数

当若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数SOC_0next取值为最低容量系数

时，如果待比较电压V_t小于截止电压V，则计算电池健康度的结果为电池不健康；

当待比较电压V_t取值为截止电压V时，如果若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数SOC_0next小于最低容量系数

则计算电池健康度的结果为电池不健康。

根据数学表示规则，本领域技术人员均知晓，本实施例中，所有通过“Σ”进行表示的求和公式中，下标为i的参数与下标为n的参数为同一含义的参数或同一参数，只是受限于数学表示规则而采用不同的下标。本领域技术人员应当清楚，本实施例中所有通过“Σ”进行表示的求和公式中，同一参数或同一含义的参数，采用下标为i表示或采用下标为n表示，均不能造成本申请技术方案的不清楚。

下面以放电试验次数为5次、取样天数为5天、截止电压为1.8V、最低容量系数

为0.2作为示例，说明本实施例所提供的电池健康度检测方法。

获取的直流内阻和开路电压构成阀控铅酸蓄电池的RV矩阵：

根据每次放电试验的初始剩余电量SOC₀₁、SOC₀₂、SOC₀₃、SOC₀₄、SOC₀₅计算五次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数SOC_0next：

t₁、t₂至t₅为五次放电试验过程中以恒定电流放电至截止电压1.8V所需要的时间。

基于五次放电试验的开路电压V_ocp1、V_ocp1、V_ocp1、V_ocp1、V_ocp1进行二次函数拟合得到开路电压关于时间的变化曲线，并根据变化曲线计算五次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压V_ocp,next；

在五次放电试验时间内，采集每日阀控铅酸蓄电池的直流内阻R’₁、R’₂至R’_m，依照如下公式计算若干日内阀控铅酸蓄电池的直流内阻平均值A_m：

采用最小二乘法，根据如下公式计算五次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻R_next：

根据如下公式计算同化系数a：

最后，基于前述计算好的变量，依照如下公式计算电池健康度：

V_t＝V_ocp,next-I·R_next+a·(1-SOC_0next)

当五次放电试验后阀控铅酸蓄电池的容量系数SOC_0next取值为最低容量系数

0.2时，如果待比较电压V_t小于截止电压V1.8V，则计算电池健康度的结果为电池不健康；

当待比较电压V_t取值为截止电压V1.8V时，如果若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态的容量系数SOC_0next小于最低容量系数

0.2，则计算电池健康度的结果为电池不健康。

本实施例所提供的电池健康度检测方法良好地反馈出阀控铅酸蓄电池的健康度，以便有效地识别老化的阀控铅酸蓄电池，保证阀控铅酸蓄电池应用的可靠性，便于及时对老化的阀控铅酸蓄电池进行预警。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (7)

1.一种电池健康度检测方法，其特征在于，所述电池健康度检测方法用以对阀控铅酸蓄电池的健康度进行检测，包括如下步骤：

对阀控铅酸蓄电池进行若干次放电试验，每次放电试验采集阀控铅酸蓄电池的开路电压、放电开始时的电压和放电时的电流，根据开路电压、放电开始时的电压和放电时的电流计算每次放电试验开始时阀控铅酸蓄电池的直流内阻，获取的直流内阻和开路电压构成阀控铅酸蓄电池的RV矩阵；

根据阀控铅酸蓄电池的总容量、每次放电试验中放电时的电流以及每次放电试验中放电到截止电压时所需的放电时间计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数；

根据每次放电试验的开路电压计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压；

采集若干日内每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻，根据采集的若干日内每日阀控铅酸蓄电池的直流欧姆内阻计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻；

根据若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压、放电时的预定电流、若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻、阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数来计算电池健康度。

2.根据权利要求1所述的电池健康度检测方法，其特征在于，根据如下公式判断电池健康度：

V_t＝V_ocp,next-I·R_next+a·(1-SOC_0next)

其中，V_t为待比较电压，V_ocp,next为若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压，R_next为若干次放电试验后根据阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻计算所得出的直流内阻，a为同化系数；

设定最低容量系数SOC_0低；当若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数SOC_0next取值为最低容量系数SOC_0低时，如果待比较电压V_t小于截止电压V，则计算电池健康度的结果为电池不健康；当待比较电压V_t取值为截止电压V时，如果若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的容量系数SOC_0next小于最低容量系数SOC_0低，则计算电池健康度的结果为电池不健康。

3.根据权利要求2所述的电池健康度检测方法，其特征在于，同化系数a的计算公式为：

其中，a_i为每次放电试验中的同化系数，V为每次放电试验中的截止电压，V_ocpn为每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的开路电压，R_t为每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的直流内阻，SOC_0n为每次放电试验中的容量系数，k_a与b_a为最小二乘法参数。

4.根据权利要求2所述的电池健康度检测方法，其特征在于，计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数根据如下公式：

其中，a_soc与b_soc为最小二乘法的参数，SOC_0next为若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池浮充状态下的容量系数，SOC_0n为每次放电试验中的容量系数，C_N为阀控铅酸蓄电池的总容量，t_n为每次放电试验中放电到截止电压时所需的放电时间，I为每次放电试验中放电时的电流。

5.根据权利要求1至4之一所述的电池健康度检测方法，其特征在于，所述RV矩阵为：

其中，R₁、R₂至R_n为每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的内阻，V_ocp1、V_ocp2至V_ocpn为每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的开路电压。

6.根据权利要求1至4之一所述的电池健康度检测方法，其特征在于，根据每次放电试验的开路电压计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压包括如下步骤：

对每次放电试验的开路电压进行二次函数拟合，得到开路电压关于时间的变化曲线；

根据得到的变化曲线，计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的开路电压。

7.根据权利要求1至4之一所述的电池健康度检测方法，其特征在于，根据采集的若干日内每日阀控铅酸蓄电池的直流欧姆内阻计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻包括如下步骤：

根据若干日内采集的每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻，依照如下公式计算若干日内阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻平均值：

其中，A_n为若干日内阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻平均值，R’_i为若干日内每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻，m为获取每日阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻的总天数；

根据如下公式计算若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流内阻：

其中，R_i为每次放电试验并且放电开始时阀控铅酸蓄电池的直流内阻，R_next为若干次放电试验后根据阀控铅酸蓄电池的欧姆内阻计算所得出的直流内阻R_next为若干次放电试验后阀控铅酸蓄电池的直流欧姆内阻。