CN104297695B - 一种蓄电池容量的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池容量检测方法，给蓄电池施加一双脉冲电流信号，测量不同时刻该双脉冲电流信号产生的电压响应及其一阶导数，利用不同公式计算蓄电池的电源电动势的变化以及蓄电池极板上的电容和电阻，进而计算出蓄电池容量。本发明方法采用直接在蓄电池两端施加双脉冲电流信号，不需要对蓄电池进行放电就可以检测其容量，检测的结果经验证精确可靠。

Description

一种蓄电池容量的检测方法

技术领域

本发明涉及一种蓄电池容量的检测方法，该方法不需要对蓄电池进行放电就能检测出蓄电池容量。

背景技术

随着能源的日渐紧缺和环境污染的愈加严峻，电动汽车以其优越的环保和节能特性，成为了汽车工业研究、开发和运用的热点。电动汽车的一个重要动力组成部分是电池及其充电模块，其技术水平的高低对电动汽车产业的发展有着极其重要的影响。

蓄电池作为电动汽车的主流电池，在确定其充电策略时，蓄电池本身的容量有着非常重要的影响。所以需要在其预充电阶段确定蓄电池容量。传统蓄电池容量的检测方法需要对蓄电池进行放电测试，一般操作比较复杂，而且所需的时间很长。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种蓄电池容量的检测方法。该方法不需要对蓄电池放电就能检测蓄电池容量，测量简单，检测速度快，而且通过多次检测结果较为精确。

为实现上述目的，本发明公开如下技术方案：

一种蓄电池容量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)给蓄电池施加一双脉冲电流信号，双脉冲电流信号的幅值为I，双脉冲电流信号的占空比为50％，双脉冲电流信号的脉冲宽度为T；定义以下几个时刻：初始时刻t₀；双脉冲电流信号从0上升为I的时刻t₁；双脉冲电流信号从I开始下降的时刻t₂；双脉冲电流信号从I下降为0的时刻t₃；双脉冲电流信号再次从0开始上升的时刻t₄；双脉冲电流信号再次从0上升为I的时刻t₅；双脉冲电流信号再次开始下降的时刻t₆；

(2)分别测量t₀、t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆时刻双脉冲电流信号产生的各对应的电压响应值E₀、U₁、U₂、U₃、U₄、U₅、U₆及其相应的一阶导数dE₀/dt₀、dU₁/dt₁、dU₂/dt₂、dU₃/dt₃、dU₄/dt₄、dU₅/dt₅、dU₆/dt₆；

(3)利用不同公式计算蓄电池的电源电动势、蓄电池极板上的电容和电阻：

1)蓄电池极板上的电容按三次计算取平均值，计算方程式为：

式中：C₁表示t₁时刻蓄电池极板上的电容，I表示电流脉冲的幅值；

式中：C₂表示t₃时刻蓄电池极板上的电容，I表示电流脉冲的幅值；

式中：C₃表示t₅时刻蓄电池极板上的电容，I表示电流脉冲的幅值；

将方程一、方程二和方程三的计算结果，取其平均值，得：

C＝(C₁+C₂+C₃)/3 方程四

根据方程四能够精确得到蓄电池极板上的电容C；

2)蓄电池极板上的电阻的计算方程式为：

3)蓄电池的电源电动势的变化量按二次计算取平均值，方程式为：

式中：ΔE₁表示t₁时刻到t₂时刻蓄电池的电源电动势的变化量；

式中：ΔE₂表示t₅时刻到t₆时刻蓄电池的电源电动势的变化量；

将方程五和方程六的计算结果取其平均值，得:

根据方程八能够精确得到蓄电池的电源电动势变化量ΔE；

(4)计算蓄电池容量：

式中：SOC表示蓄电池容量，E₀表示蓄电池的初始电动势，即t₀时刻所测的电压值，U^*表示蓄电池的规格电压，ΔU表示蓄电池由满电量变为空电量时其电源电动势的变化量，其表达式如下式：

式中：AH表示蓄电池的规格容量，I表示双脉冲电流信号的幅值，T表示双脉冲电流信号的脉冲宽度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.采用直接在蓄电池两端施加双脉冲电流信号，测量其产生的电压响应及一阶导数，然后通过计算可得出蓄电池参数，测试过程和计算过程都简单快捷。

2.通过测量多个不同时刻的结果，可以多次计算蓄电池参数，从而使蓄电池容量的检测结果更加精确。

3.本发明不需要对蓄电池进行放电就可以检测其容量，蓄电池测试前后容量基本保持不变。

附图说明

图1是本发明蓄电池容量的检测流程示意图；

图2是本发明蓄电池的等效电路示意图；

图3是本发明双脉冲电流信号的示意图；

图4是本发明检测的蓄电池电压特性曲线示意图；

图5是本发明实施例检测结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本发明蓄电池容量的检测方法的流程如图1所示：

(1)给蓄电池施加一双脉冲电流信号，定义其中几个时刻；

(2)测量不同时刻该双脉冲电流信号产生的电压响应及其一阶导数；

(3)根据步骤(2)中的测量结果，利用不同公式计算蓄电池的电源电动势、蓄电池极板上的电容和电阻；

(4)根据步骤(1)至(3)所得到的蓄电池的电源电动势、蓄电池极板上的电容和电阻的结果计算蓄电池容量。

由于蓄电池本身具有的物理电学特性，可以将一只蓄电池等效成为图2所示的电路。图2中E代表蓄电池电动势，R₁代表蓄电池的导通电阻，R₂代表蓄电池极板上的电阻，C代表蓄电池极板上的电容。由蓄电池的电化学特性可知，蓄电池容量与以上几个参数之间存在一定的对应关系。

如图1所示,(1)给蓄电池施加一双脉冲电流信号，定义的几个时刻：初始时刻t₀；双脉冲电流信号从0上升为I的时刻t₁；双脉冲电流信号从I开始下降的时刻t₂；双脉冲电流信号从I下降为0的时刻t₃；双脉冲电流信号再次从0开始上升的时刻t₄；双脉冲电流信号再次从0上升为I的时刻t₅；双脉冲电流信号再次开始下降的时刻t₆；如图3所示。

(2)利用检测出不同时刻产生的电压响应及其一阶导数，可得出如图4所示的电压电流特性曲线示意图。

(3)蓄电池极板上的电容的计算方程式为：

式中：C₁表示蓄电池极板上的电容，I表示电流脉冲的幅值，dU₁/dt₁表示t₁时刻所测电压的一阶导数值。

式中：C₂表示蓄电池极板上的电容，I表示电流脉冲的幅值，表示t₂时刻所测电压的一阶导数，表示t₃时刻所测电压的一阶导数值。

式中：C₃表示蓄电池极板上的电容，I表示电流脉冲的幅值，表示t₄时刻所测电压的一阶导数，表示t₅时刻所测电压的一阶导数值。

根据方程一、方程二和方程三的计算结果，取其平均值，表达式如下：

C＝(C₁+C₂+C₃)/3......方程四

式中：C表示蓄电池极板上的电容的平均值，C₁、C₂、C₃分别表示根据不同时刻的测量结果所计算出的蓄电池极板上的电容。

根据方程四可以精确得到蓄电池极板上的电容C。

蓄电池极板上的电阻的计算方程式为：

式中：R表示蓄电池极板上的电阻，U₃表示t₃时刻所测的电压，U₄表示t₄时刻所测的电压，I表示电流脉冲的幅值，C表示蓄电池极板上的电容，表示t₂时刻所测电压的一阶导数，表示t₄时刻所测电压的一阶导数值。

根据方程五的计算结果，可以得到蓄电池极板上的电阻R。

蓄电池的电源电动势的变化量的计算方程式为：

式中：ΔE₁表示蓄电池的电源电动势的变化量，U₁表示t₁时刻所测的电压值，U₂表示t₂时刻所测的电压值，I表示电流脉冲的幅值，C表示蓄电池极板上的电容，R表示蓄电池极板上的电阻，表示t₂时刻所测电压的一阶导数值。

式中：ΔE₂表示电池的电源电动势的变化量，U₅表示t₅时刻所测的电压值，U₆表示t₆时刻所测的电压值，C表示电池极板上的电容，R表示电池极板上的电阻，表示t₅时刻所测电压的一阶导数，表示t₆时刻所测电压的一阶导数。

根据方程五和方程六的计算结果，取其平均值，表达式如下:

式中：ΔE表示蓄电池的电源电动势变化量的平均值，ΔE₁、ΔE₂分别表示根据不同时刻的测量结果所计算得出的蓄电池的电源电动势变化量。

根据方程八可以精确得到蓄电池的电源电动势变化量ΔE。

蓄电池容量与蓄电池的电源电动势变化量、蓄电池极板上的电阻和电容之间的关系可由如下方程式计算：

式中：SOC表示蓄电池容量，E₀表示蓄电池的初始电动势，即t₀时刻所测的电压值，ΔE表示蓄电池的电源电动势变化量，U^*表示蓄电池的规格电压，ΔU表示蓄电池由满电量变为空电量时其电源电动势的变化量，其表达式如下式：

式中：ΔE表示蓄电池的电源电动势变化量，AH表示蓄电池的规格容量，I表示双脉冲电流信号的幅值，T表示双脉冲电流信号的脉冲宽度。

因此，利用方程九和方程十可以精确得到蓄电池容量。本发明利用多次的测量结果，使得最后蓄电池容量的检测结果更加精确。

图5是用于本发明蓄电池容量检测方法的一种测量结构，本领域技术人员利用现有技术可以实现。

为了证明本发明方法的正确性及其性能，首先用本发明方法对一蓄电池容量进行检测，然后对蓄电池进行放电，利用传统的方法检测该蓄电池的容量，最后比较两种方法的检测结果，发现本发明方法的检测结果和传统方法的检测结果相同。

Claims (1)

1.一种蓄电池容量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)给蓄电池施加一双脉冲电流信号，双脉冲电流信号的幅值为I，双脉冲电流信号的占空比为50％，双脉冲电流信号的脉冲宽度为T；定义以下几个时刻：初始时刻t₀；双脉冲电流信号从0上升为I的时刻t₁；双脉冲电流信号从I开始下降的时刻t₂；双脉冲电流信号从I下降为0的时刻t₃；双脉冲电流信号再次从0开始上升的时刻t₄；双脉冲电流信号再次从0上升为I的时刻t₅；双脉冲电流信号再次开始下降的时刻t₆；

(2)分别测量t₀、t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆时刻双脉冲电流信号产生的各对应的电压响应值E₀、U₁、U₂、U₃、U₄、U₅、U₆及其相应的一阶导数dE₀/dt₀、dU₁/dt₁、dU₂/dt₂、dU₃/dt₃、dU₄/dt₄、dU₅/dt₅、dU₆/dt₆；

(3)利用不同公式计算蓄电池的电源电动势、蓄电池极板上的电容和电阻：

1)蓄电池极板上的电容按三次计算取平均值，计算方程式为：

式中：C₁表示t₁时刻蓄电池极板上的电容，I表示电流脉冲的幅值；

式中：C₂表示t₃时刻蓄电池极板上的电容，I表示电流脉冲的幅值；

式中：C₃表示t₅时刻蓄电池极板上的电容，I表示电流脉冲的幅值；

将方程一、方程二和方程三的计算结果，取其平均值，得：

C＝(C₁+C₂+C₃)/3 方程四

根据方程四能够精确得到蓄电池极板上的电容C；

2)蓄电池极板上的电阻的计算方程式为：

3)蓄电池的电源电动势的变化量按二次计算取平均值，方程式为：

式中：ΔE₁表示t₁时刻到t₂时刻蓄电池的电源电动势的变化量；

式中：ΔE₂表示t₅时刻到t₆时刻蓄电池的电源电动势的变化量；

将方程五和方程六的计算结果取其平均值，得:

根据方程八能够精确得到蓄电池的电源电动势变化量ΔE；

(4)计算蓄电池容量：

式中：SOC表示蓄电池容量，E₀表示蓄电池的初始电动势，即t₀时刻所测的电压值，U^*表示蓄电池的规格电压，ΔU表示蓄电池由满电量变为空电量时其电源电动势的变化量，其表达式如下式：

式中：AH表示蓄电池的规格容量，I表示双脉冲电流信号的幅值，T表示双脉冲电流信号的脉冲宽度。