CN107611505B - 一种二次蓄电池健康程度的判定方法及其*** - Google Patents
一种二次蓄电池健康程度的判定方法及其*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种二次蓄电池健康程度的判定方法及其***,该方法包括获取蓄电池的相关信息;根据相关信息获取蓄电池的充电特征区间;判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的起点值;若是,获取蓄电池的充电容量或充电能量;判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的终点值;若是,根据所述充电容量或充电能量获取蓄电池的老化程度。本发明通过确定充电特征区间,获取蓄电池在充电特征区间内的充电电量或者能量,相对于参考标准值的变化率,以此获取蓄电池的老化程度,实现解决蓄电池老化程度的判定问题,对判定条件要求不高,将温度考虑在内,降低商业化应用的难度以及判定难度,便于探测蓄电池当前的老化程度。
Description
技术领域
本发明涉及二次蓄电池,更具体地说是指一种二次蓄电池健康程度的判定方法及其***。
背景技术
近年来,人们对能源的依赖开始出现了变化,渐渐地从石化燃料转往电力化,造成此转折的最大关键因素即是二次蓄电池的进展,自1990年代开始,以锂为基础的二次蓄电池商业化,各式各样的蓄电池产品应用陆续推出,且随着时代的演进,新型的电极材料造就更高能密度的二次蓄电池,并且拥有更长效的生命周期,但即使如此,蓄电池性能的衰退仍然带来很大的应用困扰,老化的蓄电池除了储能密度降低之外,更严重的是难以估测其蓄电状态(State of Charge),使得电池管理***对此蓄电池出现严重的误判,影响使用者体验,甚至引发安全问题。
对于无留存历史纪录的蓄电池而言,想得知其当前老化程度是十分困难的,最为有效的方式即为放电试验法,该方法需要在脱机、特地的实验条件下才具有参考价值,这直接影响了实际商业化应用。而其它的老化评断方法,例如内阻法,亦因为电池状态起伏变化大,蓄电状态或温度的不同皆会影响内阻的表现,使得内阻与老化程度的关系呈现高度非线性态,提高了判定的难度。
因此,有必要设计一种二次蓄电池健康程度的判定方法,实现解决蓄电池老化程度的判定问题,降低商业化应用的难度以及判定难度,便于探测蓄电池当前的老化程度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种二次蓄电池健康程度的判定方法及其***。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种二次蓄电池健康程度的判定方法,所述方法包括:
获取蓄电池的相关信息;
根据相关信息获取蓄电池的充电特征区间;
判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的起点值;
若是,获取蓄电池的充电容量或充电能量;
判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的终点值;
若是,根据所述充电容量或充电能量获取蓄电池的老化程度。
其进一步技术方案为:获取蓄电池的相关信息的步骤,包括以下具体步骤:
获取蓄电池的材料种类信息以及额定电容量或额定能量;
获取蓄电池的当前温度信息、充电方式以及充电电流或充电功率。
其进一步技术方案为:根据所述充电容量或充电能量获取蓄电池的老化程度的步骤,包括以下具体步骤:
获取设定的理论初始充电容量或理论初始充电能量;
获取所述充电容量与理论初始充电容量的比值或所述充电能量与理论初始充电能量的比值;
将比值乘以上一级的设定系数,获取百分比,形成蓄电池的老化程度值。
本发明还提供了一种二次蓄电池健康程度的判定***,包括信息获取单元、区间获取单元、起点判断单元、充电量获取单元、终点判断单元以及老化程度获取单元;
所述信息获取单元,用于获取蓄电池的相关信息;
所述区间获取单元,用于根据相关信息获取蓄电池的充电特征区间;
所述起点判断单元,用于判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的起点值;
所述充电量获取单元,用于若是,获取蓄电池的充电容量或充电能量;
所述终点判断单元,用于判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的终点值;
所述老化程度获取单元,用于若是,根据所述充电容量或充电能量获取蓄电池的老化程度。
其进一步技术方案为:所述信息获取单元包括基础信息获取模块以及当前信息获取模块;
所述基础信息获取模块,用于获取蓄电池的材料种类信息以及额定电容量或额定能量;
所述当前信息获取模块,用于获取蓄电池的当前温度信息、充电方式以及充电电流或充电功率。
其进一步技术方案为:所述老化程度获取单元包括初始值获取模块、比值获取模块以及程度值获取模块;
所述初始值获取模块,用于获取设定的理论初始充电容量或理论初始充电能量;
所述比值获取模块,用于获取所述充电容量与理论初始充电容量的比值或所述充电能量与理论初始充电能量的比值;
所述程度值获取模块,用于将比值乘以上一级的设定系数,获取百分比,形成蓄电池的老化程度值。
本发明与现有技术相比的有益效果是:本发明的一种二次蓄电池健康程度的判定方法,通过获取蓄电池的材料种类、额定电容量或额定能量、当前温度、充电方式以及充电电流或充电功率,确定充电特征区间,获取蓄电池在充电特征区间内的充电电量或者能量,相对于参考标准值的变化率,以此获取蓄电池的老化程度,实现解决蓄电池老化程度的判定问题,对判定条件要求不高,将温度考虑在内,降低商业化应用的难度以及判定难度,便于探测蓄电池当前的老化程度。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明具体实施例提供的一种二次蓄电池健康程度的判定方法的流程图;
图2为本发明具体实施例提供的获取蓄电池的相关信息的流程图;
图3为本发明具体实施例提供的根据所述充电容量或充电能量获取蓄电池的老化程度的流程图;
图4为本发明具体实施例提供的一种二次蓄电池健康程度的判定***的结构框图;
图5为本发明具体实施例提供的信息获取单元的结构框图;
图6为本发明具体实施例提供的老化程度获取单元的结构框图;
图7为本发明具体实施例提供的蓄电池循环性能试验容量衰减图;
图8为本发明具体实施例提供的蓄电池循环性能试验在温度为20℃的结果对比图;
图9为本发明具体实施例提供的蓄电池循环性能试验在温度为40℃的结果对比图;
图10为本发明具体实施例提供的全新蓄电池的特征区间试验值表格。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容,下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明,但不局限于此。
如图1~10所示的具体实施例,本实施例提供的一种二次蓄电池健康程度的判定方法,可以运用在二次蓄电池产品、储能设备、以二次蓄电池电力驱动之运输工具,实现解决蓄电池老化程度的判定问题,降低商业化应用的难度以及判定难度,便于探测蓄电池当前的老化程度。
如图1所示,本实施例提供了一种二次蓄电池健康程度的判定方法,该方法包括:
S1、获取蓄电池的相关信息;
S2、根据相关信息获取蓄电池的充电特征区间;
S3、判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的起点值;
S4、若是,获取蓄电池的充电容量或充电能量;
S5、判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的终点值;
S6、若是,根据所述充电容量或充电能量获取蓄电池的老化程度。
更进一步的,上述的S3步骤、判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的起点值的步骤之后,还包括:
若不是,则S31、继续等待,并返回所述S3步骤。
上述的S5步骤、判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的终点值的步骤之后,还包括:
若不是,则S51、判断蓄电池的充电电压是否位于充电特征区间内;
若蓄电池的充电电压位于充电特征区间内,返回S4步骤;
若蓄电池的充电电压不位于充电特征区间内,进入结束步骤。
更进一步的,上述的S1步骤,获取蓄电池的相关信息的步骤,包括以下具体步骤:
S11、获取蓄电池的材料种类信息以及额定电容量或额定能量;
S12、获取蓄电池的当前温度信息、充电方式以及充电电流或充电功率。
对于上述的S11步骤,获取蓄电池的材料种类,是为了确定蓄电池的充电特征区间,不同材料的蓄电池的充电特征区间不同,材料为NCM/C的蓄电池在1Erate的充电功率下,其充电特征区间为4.05~4.18Volt;材料为NCA/C的蓄电池在0.5Erate的充电功率下,其充电特征区间为3.80~4.00Volt;材料为LFP/C的蓄电池在0.5Erate的充电功率下,其充电特征区间为3.53~3.60Volt;其他材料的蓄电池的充电特征区间需要实验且对实验结果进行分析获取。对于额定电容量或额定能量的获取,是为了获得该种类型号之蓄电池其在充电特征区间的参考标准值。
对于上述的S12步骤,由于温度对二次蓄电池的老化程度有影响,因此,需要获取当前的温度信息,以对上述的参考标准值进行温度上的修正,以此提高判定的准确度。且不同的充电方式会影响充电特征区间的电压变化,充电特征区间的电压变化会对应不同的参考标准值。确定充电方式则可确定参考标准值。获取充电电流或充电功率,可用以统计于充电特征区间内所充进的电容量或电能量。
对于上述的S2步骤,充电特征区间选取准则如下:在恒环境温度﹑以及恒功率或恒电流充电之试验条件下,撷取一段连续充电区间,该区间之电压对电容量或电能量的二次导数值小于等于φ,且一次导数值大于等于ψ,且电压的变化量大于等于κ,其中符号φ﹑ψ﹑κ表示一设定常数,符合此条件之连续区间优选作为该蓄电池之充电特征区间。
更进一步的,上述的S3步骤,只要在充电电压处于充电特征区间内,才可利用二次蓄电池可预期的充电过程中,获得该蓄电池的老化程度。
对于上述的S5步骤,具体是为了获取充电电压从充电特征区间的起点值变化至充电特征区间的终点值的充电容量或充电能量,以此过程中的充电容量或充电能量来获取二次蓄电池的健康程度。
更进一步的,上述的S6步骤,根据所述充电容量或充电能量获取蓄电池的老化程度的步骤,包括以下具体步骤:
S61、获取设定的理论初始充电容量或理论初始充电能量;
S62、获取所述充电容量与理论初始充电容量的比值或所述充电能量与理论初始充电能量的比值;
S63、将比值乘以上一级的设定系数,获取百分比,形成蓄电池的老化程度值。
对于上述的S61步骤,设定的理论初始充电容量或理论初始充电能量也就是上述的参考标准值,具体是,利用实验数据和线性内插法来建立理论值的数据库,再获取温度信息、充电电流或功率来查找此数据库所对应记载的数值,数据库的表格可参照图10。
对于上述的S62步骤,具体是利用二次蓄电池可预期的充电过程中,计量某充电特征区间内,其电压相对于容量或能量之变化率,再将此变化率与初始值作对比,获得该蓄电池的老化程度。
对于上述的S63步骤,上述的设定***为根据蓄电池循环性能试验获取的系数,具体地,根据图7、图8以及图9获取。
比如:蓄电池正/负电极材料为NCM/C,额定容量为7.2Ah,额定能量为25.92Wh,充电方式为恒功率充电,功率为25.92W,相当于1Erate充电。此材料类型之蓄电池的充电特征区间为4.05~4.18Volt。记录每次充放电循环时,于充电特征区间内蓄电池的能量变化,调用理论初始值作对比,并将此比值乘上一经验系数后即代表该蓄电池之老化程度。其计算式如下:其中符Hn代表当前的老化程度百分比;γ为经验加权数,不同材料的蓄电池有不同之加权数值,其值皆介于0~2;W0(T,E)为参考标准值,即全新电池在T温度且E功率充电时的充电特征区间试验值,即全新电池在特征充电区间的电能量变化试验结果,如图10所示;Wn为本次测量的充电容量或充电能量。藉由此计算式即可获得此蓄电池当前之老化程度。
上述的一种二次蓄电池健康程度的判定方法,通过获取蓄电池的材料种类、额定电容量或额定能量、当前温度、充电方式以及充电电流或充电功率,确定充电特征区间,获取蓄电池在充电特征区间内的充电电量或者能量,相对于参考标准值的变化率,以此获取蓄电池的老化程度,实现解决蓄电池老化程度的判定问题,对判定条件要求不高,将温度考虑在内,降低商业化应用的难度以及判定难度,便于探测蓄电池当前的老化程度。
如图4所示,本实施例还提供了一种二次蓄电池健康程度的判定***,其包括信息获取单元1、区间获取单元2、起点判断单元3、充电量获取单元4、终点判断单元5以及老化程度获取单元6。
信息获取单元1,用于获取蓄电池的相关信息。
区间获取单元2,用于根据相关信息获取蓄电池的充电特征区间。充电特征区间选取准则如下:在恒环境温度以及恒功率或恒电流充电之试验条件下,撷取一段连续充电区间,该区间之电压对电容量或电能量的二次导数值小于等于φ,且一次导数值大于等于ψ,且电压的变化量大于等于κ,其中符号φ﹑ψ﹑κ表示一设定常数,符合此条件之连续区间优选作为该蓄电池之充电特征区间。
起点判断单元3,用于判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的起点值;
充电量获取单元4,用于若是,获取蓄电池的充电容量或充电能量;
终点判断单元5,用于判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的终点值;
老化程度获取单元6,用于若是,根据所述充电容量或充电能量获取蓄电池的老化程度。
另外,上述的信息获取单元1包括基础信息获取模块11以及当前信息获取模块12。
基础信息获取模块11,用于获取蓄电池的材料种类信息以及额定电容量或额定能量;
当前信息获取模块12,用于获取蓄电池的当前温度信息、充电方式以及充电电流或充电功率。
基础信息获取模块11获取蓄电池的材料种类,是为了确定蓄电池的充电特征区间,不同材料的蓄电池的充电特征区间不同,材料为NCM/C的蓄电池在1Erate的充电功率下,其充电特征区间为4.05~4.18Volt;材料为NCA/C的蓄电池在0.5Erate的充电功率下,其充电特征区间为3.80~4.00Volt;材料为LFP/C的蓄电池在0.5Erate的充电功率下,其充电特征区间为3.53~3.60Volt;其他材料的蓄电池的充电特征区间需要实验且对实验结果进行分析获取。对于额定电容量或额定能量的获取,是为了获得该种类型号之蓄电池其在充电特征区间的参考标准值。
对于上述的当前信息获取模块12而言,由于温度对二次蓄电池的老化程度有影响,因此,需要获取当前的温度信息,以对上述的参考标准值进行温度上的修正,以此提高判定的准确度。且不同的充电方式会影响充电特征区间的电压变化,充电特征区间的电压变化会对应不同的参考标准值。确定充电方式则可确定参考标准值。获取充电电流或充电功率,可用以统计于充电特征区间内所充进的电容量或电能量。
对于起点判断单元3而言,只要在充电电压处于充电特征区间内,才可利用二次蓄电池可预期的充电过程中,获得该蓄电池的老化程度。
终点判断单元5具体是为了获取充电电压从充电特征区间的起点值变化至充电特征区间的终点值的充电容量或充电能量,以此过程中的充电容量或充电能量来获取二次蓄电池的健康程度。
更进一步的,上述的老化程度获取单元6包括初始值获取模块61、比值获取模块62以及程度值获取模块63。
初始值获取模块61,用于获取设定的理论初始充电容量或理论初始充电能量。设定的理论初始充电容量或理论初始充电能量也就是上述的参考标准值,具体是,利用实验数据和线性内插法来建立理论值的数据库,再获取温度信息、充电电流或功率来查找此数据库所对应记载的数值,数据库的表格可参照图10。
比值获取模块62,用于获取所述充电容量与理论初始充电容量的比值或所述充电能量与理论初始充电能量的比值。具体是利用二次蓄电池可预期的充电过程中,计量某充电特征区间内,其电压相对于容量或能量之变化率,再将此变化率与初始值作对比,获得该蓄电池的老化程度。
程度值获取模块63,用于将比值乘以上一级的设定系数,获取百分比,形成蓄电池的老化程度值。上述的设定***为根据蓄电池循环性能试验获取的系数,具体地,根据图7、图8以及图9获取。
比如:蓄电池正/负电极材料为NCM/C,额定容量为7.2Ah,额定能量为25.92Wh,充电方式为恒功率充电,功率为25.92W,相当于1Erate充电。此材料类型之蓄电池的充电特征区间为4.05~4.18Volt。记录每次充放电循环时,于充电特征区间内蓄电池的能量变化,调用理论初始值作对比,并将此比值乘上一经验系数后即代表该蓄电池之老化程度。其计算式如下:其中符Hn代表当前的老化程度百分比;γ为经验加权数,不同材料的蓄电池有不同之加权数值,其值皆介于0~2;W0(T,E)为参考标准值,即全新电池在T温度且E功率充电时的充电特征区间试验值,即全新电池在充电特征区间的电能量变化试验结果,如图10所示;Wn为本次测量的充电容量或充电能量。藉由此计算式即可获得此蓄电池当前之老化程度。
上述的一种二次蓄电池健康程度的判定***,通过获取蓄电池的材料种类、额定电容量或额定能量、当前温度、充电方式以及充电电流或充电功率,确定充电特征区间,获取蓄电池在充电特征区间内的充电电量或者能量,相对于参考标准值的变化率,以此获取蓄电池的老化程度,实现解决蓄电池老化程度的判定问题,对判定条件要求不高,将温度考虑在内,降低商业化应用的难度以及判定难度,便于探测蓄电池当前的老化程度。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容,以便于读者更容易理解,但不代表本发明的实施方式仅限于此,任何依本发明所做的技术延伸或再创造,均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (3)
1.一种二次蓄电池健康程度的判定方法,其特征在于,所述方法包括:
获取蓄电池的材料种类信息以及额定电容量或额定能量;
获取蓄电池的当前温度信息、充电方式以及充电电流或充电功率;
根据蓄电池的材料种类信息、额定电容量或额定能量、当前温度信息、充电方式以及充电电流或充电功率获取蓄电池的充电特征区间;
判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的起点值;
若是,获取蓄电池的充电容量或充电能量;
判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的终点值;
若是,获取设定的理论初始充电容量或理论初始充电能量,获取所述充电容量与理论初始充电容量的比值或所述充电能量与理论初始充电能量的比值,将比值乘以上一级的设定系数,获取百分比,形成蓄电池的老化程度值,其中,上一级的设定系数为描述蓄电池老化程度的经验加权数,不同材料的蓄电池有不同之加权数值,其值皆介于0~2。
3.一种二次蓄电池健康程度的判定***,其特征在于,包括信息获取单元、区间获取单元、起点判断单元、充电量获取单元、终点判断单元以及老化程度获取单元;
所述信息获取单元,用于获取蓄电池的相关信息,包括基础信息获取模块以及当前信息获取模块,所述基础信息获取模块用于获取蓄电池的材料种类信息以及额定电容量或额定能量;所述当前信息获取模块用于获取蓄电池的当前温度信息、充电方式以及充电电流或充电功率;
所述区间获取单元,用于根据蓄电池的材料种类信息、额定电容量或额定能量、当前温度信息、充电方式以及充电电流或充电功率获取蓄电池的充电特征区间;
所述起点判断单元,用于判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的起点值;
所述充电量获取单元,用于若是,获取蓄电池的充电容量或充电能量;
所述终点判断单元,用于判断蓄电池的充电电压是否等于充电特征区间的终点值;
所述老化程度获取单元,包括初始值获取模块、比值获取模块以及程度值获取模块,用于若是,所述初始值获取模块获取设定的理论初始充电容量或理论初始充电能量;所述比值获取模块获取所述充电容量与理论初始充电容量的比值或所述充电能量与理论初始充电能量的比值;所述程度值获取模块将比值乘以上一级的设定系数,获取百分比,形成蓄电池的老化程度值,其中,上一级的设定系数为描述蓄电池老化程度的经验加权数,不同材料的蓄电池有不同之加权数值,其值皆介于0~2。
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Address after: 518000 a616, floor 6, block a, TCL building, South 1st Road, high tech park, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: Shenzhen Longdian Eris new energy Co.,Ltd. Address before: 518000 a616, floor 6, block a, TCL building, South 1st Road, high tech park, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Patentee before: SHENZHEN ARESWATT NEW ENERGY CO.,LTD. |
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