CN102156265B

CN102156265B - 一种电池健康状态测试装置及其方法

Info

Publication number: CN102156265B
Application number: CN 201110063383
Authority: CN
Inventors: 郭栋
Original assignee: SHENZHEN BATTSISTER TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHENZHEN BATTSISTER TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: CN102156265A

Abstract

本发明涉及一种电池健康状态测试装置及其方法，其中装置包括主控制模块及其连接的输入模块、放电负载模块、电压/电流/温度信号采集模块和输出模块；方法包括：根据所述测试标准、电池类型和环境温度修正CCA并计算被测电池参考内阻R0；通过接通和断开放电负载（恢复）测量被测电池电压变化率DV和电流变化率DI，计算出电池实际动态电阻R=DV/DI；并计算电池荷电状态SOH=(R–R0)/R0，根据电池电压V和SOH输出健康状态的测试结果或对应测试提示。这种测试装置及其方法，经过严格的放电试验验证其估算的精度可以达到5%以内，可以重复测试、无须严格条件且自动化程度高，满足实际电池维护要求。

Description

一种电池健康状态测试装置及其方法

技术领域

本发明涉及电池维护，具体涉及一种电池健康状态SOH(STATE OF HEALTH)和荷电状态SOC(state of charge)测试装置及其方法。

背景技术

现有电池随着使用时间的增加，都会逐渐老化，其老化原因是电池极板的表面硫化、腐蚀，活性物质的脱落，这是绝大部分电池无法继续提供能量的主要原因。电池健康状态与荷电状态测试的目的就是通过对电池动态内阻的测试和开端电池的测试，来判断电池极板的表面情况和化学反应的能力，来推断电池的容量的尚失情况和电池的亏电情况，为电池的维护提供依据，包括以下标准：

㈠国际电工协会（IEEE1118-1996）规定当电池的容量下降到标称容量的80%电池即为落后，就需要更换电池，健康状态用表示SOH，其计算公式①为，

SOH=（当前容量-标称容量）/标称容量

㈡由于容量的测试方法耗时较长，国际电工协会在（IEEE1118-2005）规定“明显的电池内阻值变化（增加值大于30%）意味着电池的性能变坏），其计算公式②为，

SOH=（当前的动态内阻值R-初始内阻值R0）/初始内阻值R0

这正是有动态内阻法测试铅酸电池健康状态的依据；

㈢对广泛应用车辆、轮船和飞机等交通运输机械的启动电池来说，电池厂家没有给出电池在常温下的内阻参考值，无法直接运用IEEE1118-2005判断电池健康状态的标准。一般给出的是每一测试标准下的冷启动电流值CCA(COLD CRANK AMPARE)，在规定的某一低温状态下（通常规定在0℉或–18℃）蓄电池最大可以输出的电流值, 这种方法显然不能在电池维护场合下来验证电池的技术状态。

另外启动电流值CCA作为衡量冷启动电池容量的最重要的性能指标，在启动电池的外壳上都标有依据不同的测试标准测试的该电池的冷启动电流。冷启动电流测试标准主要有国际汽车工程师协会标准(SAE)，国际电池协会标准（BCI），德国标准(DIN)，欧盟标准(IEC)和中国（GB）。中国的CCA值的测试方法是，当电解液温为-18℃以下，连续给电池放电30s，其端电压应不低于7.2伏特时的最大放电电流。该项试验允许进行3次，有1次达到即为合格。在维护测试时必须把他们换算到同一标准测试值才有可比性。

另一方面，现有的电池技术状态测试方法包括以下几种：

㈠端电压测量法：

即通过用万用表测量蓄电池的端电压；再将端电压值换算成对应的荷电状态SOC，来判断蓄电池是否亏电，以普通12伏特蓄电池为例，SOC=[1-(12.7-V)/1.2]×100%，具体对照如下表：

电压值	11.8	11.9	12	12.1	12.2	12.3	12.4	12.5	12.6	12.7
											荷电状态	10%	20%	30%	40%	50%	60%	70%	80%	90%	100%

该方法的缺点在于电池的浮电荷会影响电压测试的精度，测得结果只能说明电池是否亏电，不能反映电池亏电的原因由于电池充电不足还是电池的尚失了存储电荷的能力，需要通过给电池充电再来验证，而充电的时间至少要3个小时，因此在蓄电池维护实践中，此方法不在使用；

㈡经验法:

即在启动发动机的瞬间，用万用表测试蓄电池两端电压跌落的最小值是否大于某一规定值，这种方法虽然可以排除蓄电池表面的浮电荷对电压测试值的影响，但是仍然判断不了，电池亏电的原因，需要进一步的验证，而且由于发动机的启动功率是随机型、使用年限和环境温度变化的，测试结果没有可比性；

㈢放电法：

这是现在最常用的一种方法，就是用1/2的冷启动电流值给被测电池进行15秒钟的放电，放电的后的电压须大于9.6伏特，但是它也有三个局限性，一是电池测试，必须先给电池充满电，二是不能反复测试，三是没有考虑电池类型放电能力的差异、不同的电池测试标准和测试的环境温度对测试结果的影响，因此若正确须要满足严格的放电试验条件和环境；

㈣比重法：

就是通过测量电解液的比重判断电池的健康状态，这种方法不适合全密封的阀控式电池、胶体电池和卷心电池；

㈤内阻法：

由于电池厂家没有给出电池在常温下的内阻参考值，无法直接运用IEEE1118-2005判断电池健康状态的标准，在启动类蓄电池上缺乏实用性。

目前，这些测试方法的测试装置简单或没有相应的自动测试装置或这样的装置被公开，且不能根据电池类型和环境温度进行修正，正确度低。针对方法㈢，主要属于试验室方法，但应用到实际电池维护具有严重局限性、也不准确，很难满足实际电池维护需要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种电池健康状态测试装置及其方法，实现简单且精度较高，能满足实际电池维护需要。

本发明的第一个技术问题这样解决：构建一种电池健康状态测试方法，包括以下步骤：

获取通过输入模块输入的待测电池的测试标准、电池类型和冷启动电流值CCA；

通过温度传感器获取待测电池的环境温度并根据所述测试标准、电池类型和环境温度修正CCA，获得参考值CCA3=(L×CCA）/(MxK）并根据CCA3获得待测电池参考内阻R0=N/CCA3，K 、L、M和N为正整数（Ro的单位为豪欧，CCA的单位为安培）；

检测待测电池电压和放电电流计算待测电池实际动态内阻R并根据 (R-R0)/R0>50%，输出待测电池是需更换的落后电池的测试结果。

按照本发明提供的测试方法，控制待测电池通过放电负载模块放电t1秒再在t2秒时间内测量电池电压的变化率和放电电流的变化率计算出来电池的动态内阻，t1、t2是自然数。

按照本发明提供的测试方法，SOH =(R-R0)/R0，还包括步骤：

Ⅰ）SOH在0%-30%，电池端电压V：V＞12.5伏特时，电池为健康电池；

Ⅱ）SOH在0%-30%，电池端电压V：12.5伏特＞V＞11.5伏特时，提示先充电再测试；

Ⅲ）SOH在31%-50%，如电池端电压V：V＞12.5伏特时，提示需要活化处理；

Ⅳ）SOH小于51%-100%，电池端电压V：20伏特＞V＞0伏特时，无论电池端电压V是多少，电池为落后电池，予以更换。

本发明的另一个技术问题这样解决：构建一种电池健康状态测试装置，连接待测电池，包括：

输入模块，用于输入的待测电池的测试标准、电池类型和冷启动电流值CCA；

放电负载模块，与待测电池电连接，用于根据控制对待测电池进行放电；

内置电压检测单元和电流检测单元的信号采集模块，与待测电池电连接，用于检测采集待测电池电压和放电电流值；

输出模块，用于输出测试结果或提示；

主控制模块，与各所述模块和单元连接，还用于根据检测采集信号进行测试计算或判断。

按照本发明提供的测试装置，所述信号采集模块还包括用于检测待测电池温度或环境温度的温度传感器。

按照本发明提供的测试装置，所述输入模块包括但不限制于是键盘或触摸屏。

按照本发明提供的测试装置，所述输出模块包括但不限制于是指示灯或显示屏。

本发明提供的电池健康状态测试装置及其方法，采用自动化测试信号采集和计算控制程序，以内阻作为判据，将被测电池的标称的冷启动电流换算成标称动态内阻，结合不同测试标准、不同电池类型和不同环境温度的修正，再用IEEE标准中计算公式②计算SOH，并最终给出被测电池的健康状态，经过严格的放电试验验证其估算的精度可以达到5%以内，可以重复测试、无须严格条件且自动化程度高，满足实际电池维护要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明：

图1是本发明具体实施例电池健康状态测试装置***结构示意图；

图2是图1中控制检测模块的充放电控制程序流程示意图；

图3是本发明具体实施例采用的常规的动态内阻测量方法。

具体实施方式

首先，说明本发明测试装置：

如图1所示，本发明具体实施例一种电池健康状态测试装置，包括信号采集模块、放电负载模块，中央处理器，显示模块和键盘组成，其中：信号采集模块用于实现电池正负极柱间电压和电压变化率的测量，放电电流的测量和环境温度的测量，测量信号的调理；放电负载模块在接到控制指令后时按一定的电流和一定的持续时间给电池放电；中央处理器的功能是控制信号的采集，A/D的换挡、运算、数据的存储，控制显示；显示器的功能是现实被测电池的特征参数和测试结果；键盘的功能是输入被测电池的特征参数。

第二，说明本发明测试方法

如图2所示，本发明具体实施例一种电池健康状态测试装置内中央处理器中控制程序，以普通12伏特被测蓄电池为例，具体包括以下步骤：

201）获取用户输入的冷启动电流值CCA、CCA测试标准和电池类型；

202）将冷启动电流值换算成对应测试标准的测试值CCA1，CCA1=CCA/K，K取以下值：

SAE测试标准	K=1
		GB测试标准	K=0.64
IEC测试标准	K=0.66
		BCI测试标准	K=0.76
DIN测试标准	K=0.56

203）将CCA1换算成对应电池类型的平板贫液阀控冷启动电流值CCA2，CCA2=L*CCA1，L取以下值：

平板富液干荷电池	L=1
		平板贫液阀控式	L=1
平板胶体电池	L=1.28
		卷心电池	L=3.1

204）根据测试环境温度修正CCA2，得参考值CCA3，CCA3=CCA2/M，M取以下值：

>30°	M=0.95
		20°—30°	M=1
0°—19°	M=1.36
		-20°—0°	M=1.45
-30°— -21°	M=1.80

205）计算被测电池参照内阻R0，R0=3560/CCA3，

206）控制放电负载模块对测试电池放电，由于施加负载端电压下落，在维持一定t1的时间，撤除负载后，电池回升t2电池回升等到电池电压，t1取1-10秒，t2取300-500ms，放电电流取30-50A；

207）如图3所示，通过检测电压、电流获得测试被测电池的实际动态内阻R；

208）计算SOH（state of health 电池的健康状态），Soh=(R –R0)/R0；

209）根据不同计算和检测结果输出测试结论或提示并将测试结果或提示显示在屏幕上：

Ⅱ）SOH在0%-30%，电池端电压V：12.5伏特＞V＞11.5伏特时，提示先充电再测试

Ⅳ）SOH在51%-100%，电池端电压V：20伏特＞V＞0伏特时，无论电池端电压V是多少，电池为落后电池，予以更换。

其中：

步骤209）中基于电池端电压内阻测试前的电池极柱两端电压V的一下列公式计算出SOC(state of charge 荷电状态）

SOC=[1-(12.7-V)/1.2]×100%

V和SOC一一对应。

最后，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims

1.一种电池健康状态测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过温度传感器获取待测电池的环境温度并根据所述测试标准、电池类型和环境温度修正CCA，获得参考值CCA3＝(L×CCA)/(M×K)并根据CCA3获得待测电池参考内阻R0＝N/CCA3，K、L、M和N为正数；所述待测电池是12伏特蓄电池，N＝3560；

检测待测电池电压变化率和放电电流变化率，再计算待测电池实际动态内阻R，并根据(R-R0)/R0＞50％，输出待测电池是需更换的落后电池的测试结果。

2.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，还包括步骤：

控制待测电池通过放电负载模块放电t1秒，再在t2秒时间内测量电池电压的变化率和放电电流的变化率，计算出来电池的动态内阻R，t1、t2是自然数。

3.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，还包括步骤：

根据SOH＝(R-R0)/R0在0％-30％区间，电池端电压V：V＞12.5伏特时，输出待测电池是健康电池的测试结果。

4.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，还包括步骤：

根据SOH＝(R-R0)/R0在0％-30％区间，电池端电压V：12.5伏特＞V＞11.5伏特时输出充电后再测试的测试提示。

5.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，还包括步骤：

根据SOH＝(R-R0)/R0在31％-50％区间，如电池端电压V：V＞12.5伏特时，输出待测电池需进行活化处理的测试提示。

6.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，还包括步骤：

根据SOH＝(R-R0)/R0在51％-100％，无论电池端电压V是多少，输出被测电池是需要更换的测试结果。