CN112345946A - 一种动力电池可用容量的检测方法和检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力电池可用容量的检测方法和检测设备，其中，动力电池可用容量的检测方法包括如下步骤：S1：将动力电池放电至荷电状态为0；S2：对动力电池进行充电至荷电状态为100％，记录时间t并实时测量电流值I和电压值U；S3：根据电流值I、电压值U、时间t以及公式(1)计算动力电池的充电容量C_t：

S4：根据动力电池的标称容量C₀和充电容量C_t，按照公式(2)计算动力电池的可用容量：

能够提高动力电池的可用容量的检测准确性，减小其与动力电池实际可用容量之间的误差。

Description

一种动力电池可用容量的检测方法和检测设备

技术领域

本发明涉及动力电池的检测技术领域，具体涉及一种动力电池可用容量的检测方法和检测设备。

背景技术

随着纯电动汽车使用年限的增加，动力电池不可避免的面临衰退问题。总体来说国内外在动力电池衰退方面的相关研究主要聚焦于动力电池衰退基本化学原理，并未结合车辆运行工况及使用特点形成科学合理的动力电池可用容量检测方法及设备。

目前，大部分纯电动汽车动力电池可用容量的判断方法，多是基于动力电池使用性能的参数，通过模型拟合对动力电池可用容量进行的预测，与实际动力电池的可用容量存在一定的误差。

而如何检测动力电池的可用容量，减小其与实际可用容量之间的误差，是本领域技术人员所需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种动力电池可用容量的检测方法和检测设备，能够提高动力电池的可用容量的检测准确性，减小其与动力电池实际可用容量之间的误差。

为解决上述技术问题，本发明提供一种动力电池可用容量的检测方法，其包括如下步骤：

S1：将动力电池放电至荷电状态为0；

S2：对所述动力电池进行充电至所述荷电状态为100％，记录时间t并实时测量电流值I和电压值U；

S3：根据所述电流值I、所述电压值U、所述时间t以及公式(1)计算所述动力电池的充电容量C_t：

S4：根据所述动力电池的标称容量C₀和所述充电容量C_t，按照公式(2)计算所述动力电池的可用容量：

在对动力电池的可用容量η进行检测时，需要先将待检测的动力电池放电至荷电状态为0，相当于将动力电池在进行充电检测前进行初始化，使其电量达到荷电状态为0，然后再对该动力电池进行充电检测，具体的，对动力电池充电至荷电状态为100％，并记录动力电池由荷电状态为0充电至荷电状态为100％这一过程的充电时间以及在这段充电时间内，充电实时电流值I和实时电压值U，然后根据公式(1)计算动力电池的充电容量C_t，最后结合动力电池的标称容量C₀和充电容量C_t，按照公式(2)计算所述动力电池的可用容量η，该可用容量η是指在一定条件下，动力电池所能充入或放出电量与动力电池标称容量的百分比。

通过该动力电池可用容量的检测方法，能够检测动力电池的充电容量C_t，并结合标称容量C₀计算动力电池的可用容量η，从而获知该动力电池的当前健康状态，判断其是否满足预设阈值或设备继续工作的条件。

可选地，步骤S2中还包括：检测环境条件参数；

并且在步骤S4中，结合所述环境条件参数的修正系数σ，根据公式(3)计算所述动力电池的可用容量：

可选地，所述环境条件参数包括温度参数和湿度参数中的至少一者。

可选地，步骤S1具体包括将动力电池放电至荷电状态为0并静置预设时间。

可选地，所述预设时间为20min-50min。

可选地，在步骤S4后，还包括步骤S5：若所述动力电池的可用容量小于预设容量则发出报警信号。

本发明还提供了一种动力电池可用容量的检测设备，其包括：

电源，用于为动力电池充电；

检测装置，包括计时单元、电压检测单元和电流检测单元，所述计时单元用于检测充电时间，所述电压检测单元用于实时检测动力电池在充电过程中的实时电压，所述电流检测单元用于实时检测所述动力电池在充电过程中的实时电流；

计算装置，包括第一计算单元和第二计算单元，所述第一计算单元用于根据所述充电时间、所述电压以及所述电流计算所述动力电池的充电容量，所述第二计算单元用于根据所述动力电池的充电容量和动力电池的标称容量计算所述动力电池的可用容量。

在对动力电池的可用容量进行检测时，需要先将待检测的动力电池放电至荷电状态为0，相当于将动力电池在进行充电检测前进行初始化，使其电量达到荷电状态为0，然后再对该动力电池进行充电检测，具体的，电源对动力电池充电直至达到荷电状态为100％，计时单元记录动力电池由荷电状态为0充电至荷电状态为100％这一过程的充电时间，电压检测单元检测在这段充电时间内的电压值，电流检测单元检测在这段充电时间内的电流值I，然后第一计算单元根据上述公式(1)计算动力电池的充电容量C_t，最后通过第二计算单元结合动力电池的标称容量C₀和所述充电容量C_t，按照上述公式(2)计算所述动力电池的可用容量，该动力电池的可用容量是指在一定条件下，动力电池所能充入或放出电量与动力电池标称容量的百分比。

通过该动力电池可用容量的检测设备，能够检测动力电池的充电容量C_t，并结合标称容量C₀计算动力电池的可用容量，从而获知该动力电池的当前健康状态，判断其是否满足预设阈值或设备继续工作的条件。

可选地，所述检测装置还包括环境条件检测单元，用于检测动力电池在充电过程中环境条件参数。

可选地，所环境条件检测单元包括温度检测单元和/或湿度检测单元。

可选地，还包括报警装置，用于当所述可用容量小于预设容量时，发出报警信号。

可选地，还包括壳体，所述检测装置和所述计算装置均设于所述壳体，所述壳体设有电连接的充电插口和放电插口，所述电源能够与所述充电插口连接，所述动力电池能够与所述放电插口连接。

可选地，还包括显示装置，设于所述壳体的外壁，用于显示所述检测装置的检测结果以及所述计算装置的计算结果。

可选地，所述壳体内还设有散热装置，且所述壳体的侧壁还设有散热孔。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的一种动力电池可用容量的检测方法的流程框图；

图2是动力电池可用容量的检测方法的详细流程框图；

图3是动力电池可用容量的检测设备的原理图；

图4是动力电池可用容量的检测设备的结构示意图。

附图1-4中，附图标记说明如下：

1-电源；

2-检测装置，21-电压检测单元，22-电流检测单元，23-温度检测单元，24-湿度检测单元；

3-计算装置，31-第一计算单元，32-第二计算单元；

4-报警装置；

5-壳体，51-充电插口，52-放电插口，53-散热孔，54-检测插孔，55-观察窗口，56-数据接口；

6-显示装置；

7-电路板；

8-电接头；

9-控制保护装置；

10-电动汽车。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例提供了一种动力电池可用容量的检测方法，如图1所示，该动力电池可用容量的检测方法包括如下步骤：

S1：将动力电池放电至荷电状态为0；

S2：对动力电池进行充电至荷电状态为100％，记录时间t并实时测量电流值I和电压值U；

S3：根据所述电流值I、所述电压值U、所述时间t以及公式(1)计算所述动力电池的充电容量C_t：

S4：根据所述动力电池的标称容量C₀和所述充电容量C_t，按照公式(2)计算所述动力电池的可用容量：

详细的讲，在对动力电池的可用容量进行检测时，需要先将待检测的动力电池放电至荷电状态为0，相当于将动力电池在进行充电检测前进行初始化，使其电量达到荷电状态为0，然后再对该动力电池进行充电检测，具体的，对动力电池充电至荷电状态为100％，并记录动力电池由荷电状态为0充电至荷电状态为100％这一过程的充电时间以及在这段充电时间内，充电电流值I和电压值U，然后根据公式(1)计算动力电池的充电容量C_t，最后结合动力电池的标称容量C₀和充电容量C_t，按照公式(2)计算所述动力电池的可用容量η，该动力电池的可用容量η是指在一定条件下，动力电池所能充入或放出电量与动力电池标称容量的百分比。

通过本实施例所提供的动力电池可用容量的检测方法，能够检测动力电池的充电容量C_t，并结合标称容量C₀计算动力电池的可用容量η，从而获知该动力电池的当前健康状态，判断其是否满足预设阈值或设备继续工作的条件。

其中，由荷电状态为0至荷电状态为100％为仅充电过程，在该过程中不会同时放电。并且对于电池的标称容量，可参考电池制造商在动力电池产品上表明的动力电池储电量。

在上述实施例中，如图2所示，步骤S2中还包括：检测环境条件参数；并且在步骤S4中，结合所述环境条件参数的修正系数σ，根据公式(3)计算所述动力电池的可用容量η：

也就是说，在对动力电池进行充电检测的过程中，还对环境条件进行检测，并在计算电池的可用容量η时，参考了环境条件的影响，具体的，在上述公式(2)中加入了环境条件差参数的影响(修正系数σ)并获得公式(3)，根据上述公式(3)计算获得的动力电池的可用容量η更接近实际电池的可用容量，判断更精准。

进一步的，本实施例中，上述环境条件参数包括温度参数和湿度参数中的至少一者，当环境条件参数包括温度参数时，修正系数σ取σ₁，此时，上述公式(3)为

当环境条件参数包括湿度参数时，修正系数σ取σ₂，此时，上述公式(3)为

当环境条件参数包括温度参数和湿度参数时，修正系数σ＝σ₁·σ₂，此时，上述公式(3)为

也就是说，在计算动力电池的可用容量η的同时，还结合了环境温度参数和/或环境湿度参数，以使得计算结果更接近动力电池的实际可用容量。具体的，对于不同的温度参数或湿度参数对应的修正系数(σ₁或σ₂)可根据多次试验总结获得或者根据计算获得均可，在此不做具体限制。

在上述实施例中，步骤S1具体包括将动力电池放电至荷电状态为0并静置预设时间，如此一来，可进一步保证动力电池在进行充电检测之前的状态稳定，避免由于放电过程中产生热量等导致其温度升高而对检测造成影响的情况。进一步确保其检测结果更接近实际值，具体的，对于上述预设时间不做具体要求，如可将其设置为20min-50min，在满足状态稳定的同时，提高检测效率。

在上述实施例中，该检测方法在步骤S4后还包括步骤S5：若所述动力电池的可用容量小于预设容量则发出报警信号。其中，预设容量是指上述预设阈值或者设备继续工作的条件，如果检测的动力电池的可用容量小于该预设容量，则会发生报警以提示更换或维修。

本发明实施例还提供了一种动力电池可用容量的检测设备，如图3和图4所示，该动力电池可用容量的检测设备包括电源1、检测装置2和计算装置3，其中，电源1用于为动力电池进行充电，检测装置2包括计时单元、电压检测单元21和电流检测单元22，该检测装置2用于在对动力电池充电至荷电状态为100％的过程中检测各参数，计时单元用于检测充电时间，电压检测单元21用于检测电压值，电流检测单元22用于检测电流值，计算装置3包括第一计算单元31和第二计算单元32，其中第一计算单元31能够根据充电时间t、电压值U和电流值I按照公式(1)计算动力电池的充电容量C_t：

第二计算单元32能够根据动力电池的充电容量C_t和所述标称容量C₀，按照公式(2)计算所述动力电池的可用容量η：

详细的讲，在对动力电池的可用容量进行检测时，需要先将待检测的动力电池放电至荷电状态为0，相当于将动力电池在进行充电检测前进行初始化，使其电量达到荷电状态为0，然后再对该动力电池进行充电检测，具体的，电源1对动力电池充电直至达到荷电状态为100％，计时单元记录动力电池由荷电状态为0充电至荷电状态为100％这一过程的充电时间，该时间为充电所需要的时间，不包括上述静置时间，同时在该时间段内不能同时进行放电。电压检测单元21检测在这段充电时间内的电压值，电流检测单元22检测在这段充电时间内的电流值I，然后第一计算单元31根据上述公式(1)计算动力电池的充电容量C_t，最后通过第二计算单元32结合动力电池的标称容量C₀和所述充电容量C_t，按照上述公式(2)计算所述动力电池的可用容量η，该可用容量η是指在一定条件下，动力电池所能充入或放出电量与动力电池标称容量的百分比。

通过本实施例所提供的动力电池可用容量的检测设备，能够检测动力电池的充电容量C_t，并结合标称容量C₀计算动力电池的可用容量η，从而获知该动力电池的当前健康状态，判断其是否满足预设阈值或设备继续工作的条件。

其中，由荷电状态为0至荷电状态为100％为仅充电过程，在该过程中不会同时放电。并且对于电池的标称容量，可参考电池制造商在动力电池产品上表明的动力电池储电量。

在上述实施例中，检测装置2还包括环境条件检测单元，用于检测动力电池在充电过程中的环境条件参数，并在计算电池的可用容量η时，参考了环境条件的影响，具体的，在上述公式(2)中加入了环境条件差参数的影响(修正系数σ)并获得公式(3)：

根据上述公式(3)计算获得的动力电池的可用容量η更接近实际电池的可用容量，判断更精准。

进一步的，本实施例中，上述环境条件检测单元包括温度检测单元23和/或湿度检测单元24，也就是说，上述环境条件参数包括温度参数和湿度参数中的至少一者，当环境条件参数包括温度参数时，修正系数σ取σ₁，此时，上述公式(3)为

当环境条件参数包括湿度参数时，修正系数σ取σ₂，此时，上述公式(3)为

当环境条件参数包括温度参数和湿度参数时，修正系数σ＝σ₁·σ₂，此时，上述公式(3)为

具体的，对于不同的温度参数或湿度参数多对应的修正系数(σ₁或σ₂)可根据多次试验总结获得或者根据计算获得均可，在此不做具体限制。

在上述实施例中，该检测设备还包括报警装置4，该报警装置4用于当所述动力电池的可用容量小于预设容量时，发出报警信号。具体的，当计算装置3计算该动力电池的可用容量小于预设容量时，该报警装置4能够发出报警信号，其中，预设容量是指上述预设阈值或者设备继续工作的条件，如果检测的动力电池的可用容量小于该预设容量，则会发生报警以提示更换或维修。该报警装置4具体可通过声音报警也可以通过光信号报警或者向远程发送报警信号均可，在此不做具体限制。另外，如图4所示，报警装置4包括多个报警单元，其中，一个报警单元用于当动力电池的可用容量小于预设容量时报警，其余报警单元可在当电流、电压、温度、湿度等各参数超出预设范围时发生报警，避免发生故障等情况。

在上述实施例中，该检测设备还包括壳体5，检测装置2和计算装置3均设于该壳体5，并且壳体5设有电连接的充电插口51和放电插口52，具体的，电源1能够和充电插口51连接，动力电池能够与放电插口52连接，也就是说，壳体5内的检测装置2串联于电源1和动力电池之间。另外，报警装置4也集成于该壳体5的外壁。

在上述实施例中，壳体5的外壁还设有显示装置6，该显示装置6用于显示检测装置2的检测结果并对充电检测过程中的各参数进行监控，具体包括电流、电压、温度和湿度等，同时该显示装置6还能够显示计算装置3的计算结果，以直观的显示动力电池的可用容量。

另外，壳体5内还设有散热装置，并且壳体5的侧壁还对应设有散热孔53，具体的，散热装置可以是风机等，以将壳体5内的热空气由散热孔53排出，保证壳体5内部温度较高影响检测装置2和计算装置3等部件的工作环境。

如图3所示是通过本实施例所提供的检测设备对动力电池的可用容量进行检测的示意图，其中动力电池在检测过程中是安装于电动汽车10上的，各部件之间均通过电接头8实现连接，并且在线路连接中还设有控制保护装置9。检测装置2串联于电源1(充电桩)和动力电池(电动汽车10)之间，用于检测电流值、电压值、温度和湿度，计算装置3能够根据所采集的信号按照上述公式(1)-(3)计算并获得动力电池的可用容量，然后将采集的结果和计算结果在显示装置6中显示。

详细的讲，该检测装置2包括高压部分和低压部分，其中，高压部分能够为低压部分供电。具体的，高压部分包括微控制单元、AD转换、报警装置4、散热器、RS485(预留)等，其中，微控制单元采用stm32F系列32位ARM微控制器，其内核是Cortex-M3，含有定时器(计时单元)、ADC(Analog-to-digital converter，模拟数字转换器)、SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)、USB、IIC(集成电路总线)和UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器)等外设、DMA(Direct Memory Access，直接内存存取)控制器、GPIO、PWM等资源。电压检测单元21和电流检测单元22均是AD7606芯片，AD7606芯片是16位、8通道同步采样模数数据采集系统(DAS)。

上述各电器元件均内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近ADC、数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。温度检测单元23和湿度检测单元24采用ZS05温湿度模组，ZS05是一款数字信号输出的温湿度模组，它采用专用的数字模块采集技术，确保产品具有较高的可靠性与稳定性。ZS05采用标准IIC通讯方式，可直接连接在IIC通信总线上。

低压部分包括核心板以及分别与核心板连接的电源1管理、UART通讯、CAN通讯、显示屏、USB接口、网口和SD卡座等，方便与外部设备连接，其中，核心板与显示装置6连接，用于控制显示装置6的显示情况。低压部分能够对电压值、电流值、温度、湿度等信号通过显示装置6显示并存储，同时还具有历史数据查询、删除、时间校准以及显示装置6的背光调节等功能。

另外，壳体5还设有供环境条件检测单元安装的检测插孔54，并且为了方便观察壳体5内的电路板7(包括高压部分的微控制单元和低压部分的核心板)的安装等情况，壳体5的侧壁还开设有观察窗口55，便于从外侧观察内部情况，具体的，该观察窗口55可以设置有如玻璃、塑料等透明防护层。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种动力电池可用容量的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将动力电池放电至荷电状态为0；

S2：对所述动力电池进行充电至所述荷电状态为100％，记录时间t并实时测量电流值I和电压值U；

S3：根据所述电流值I、所述电压值U、所述时间t以及公式(1)计算所述动力电池的充电容量C_t：

S4：根据所述动力电池的标称容量C₀和所述充电容量C_t，按照公式(2)计算所述动力电池的可用容量：

2.根据权利要求1所述的动力电池可用容量的检测方法，其特征在于，

步骤S2中还包括：检测环境条件参数；

并且在步骤S4中，结合所述环境条件参数的修正系数σ，根据公式(3)计算所述动力电池的可用容量：

3.根据权利要求2所述的动力电池可用容量的检测方法，其特征在于，所述环境条件参数包括温度参数和湿度参数中的至少一者。

4.根据权利要求1-3任一项所述的动力电池可用容量的检测方法，其特征在于，步骤S1具体包括将动力电池放电至荷电状态为0并静置预设时间。

5.根据权利要求4所述的动力电池可用容量的检测方法，其特征在于，所述预设时间为20min-50min。

6.根据权利要求1-3任一项所述的动力电池可用容量的检测方法，其特征在于，在步骤S4后，还包括步骤S5：若所述动力电池的可用容量小于预设容量则发出报警信号。

7.一种动力电池可用容量的检测设备，其特征在于，包括：

电源(1)，用于为动力电池充电；

检测装置(2)，包括计时单元、电压检测单元(21)和电流检测单元(22)，所述计时单元用于检测充电时间，所述电压检测单元(21)用于实时检测动力电池在充电过程中的电压，所述电流检测单元(22)用于实时检测所述动力电池在充电过程中的电流；

计算装置(3)，包括第一计算单元(31)和第二计算单元(32)，所述第一计算单元(31)用于根据所述充电时间、所述电压以及所述电流计算所述动力电池的充电容量，所述第二计算单元(32)用于根据所述动力电池的充电容量和动力电池的标称容量计算所述动力电池的可用容量。

8.根据权利要求7所述的动力电池可用容量的检测设备，其特征在于，所述检测装置(2)还包括环境条件检测单元，用于检测动力电池在充电过程中环境条件参数。

9.根据权利要求8所述的动力电池可用容量的检测设备，其特征在于，所述环境条件检测单元包括温度检测单元(23)和/或湿度检测单元(24)。

10.根据权利要求7-9任一项所述的动力电池可用容量的检测设备，其特征在于，还包括报警装置(4)，用于当所述动力电池的可用容量小于预设容量时，发出报警信号。

11.根据权利要求7-9任一项所述的动力电池可用容量的检测设备，其特征在于，还包括壳体(5)，所述检测装置(2)和所述计算装置(3)均设于所述壳体(5)，所述壳体(5)设有电连接的充电插口(51)和放电插口(52)，所述电源(1)能够与所述充电插口(51)连接，所述动力电池能够与所述放电插口(52)连接。

12.根据权利要求11所述的动力电池可用容量的检测设备，其特征在于，还包括显示装置(6)，设于所述壳体(5)的外壁，用于显示所述检测装置(2)的检测结果以及所述计算装置(3)的计算结果。

13.根据权利要求11所述的动力电池可用容量的检测设备，其特征在于，所述壳体(5)内还设有散热装置，且所述壳体(5)的侧壁还设有散热孔(53)。

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