CN111025171A - 一种快速的动力蓄电池soh（健康状态）测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速的动力蓄电池SOH（健康状态）测量方法，属于动力蓄电池检测技术领域。旨在解决传统测量方法所存在的问题，提供一种快速的动力蓄电池SOH（健康状态）测量方法，实现动力蓄电池的SOH值的快速检测的同时，又能具备较高的测量精度，保证结果的可靠性。一种快速的动力蓄电池SOH（健康状态）测量方法，其特征是通过对电池进行先后二次间隔一定时间的同等负载情况下的脉冲放电，测量每次脉冲放电后的电压降，以此为参数，再与该电池相匹配的健康模型数值来比对，推算其SOH值：本方法能实现有效解决传统测量方式所面临的问题，可大幅降低设备投入和生产能耗，提高设备利用和生产效率。

Description

一种快速的动力蓄电池SOH（健康状态）测量方法

技术领域

本发明公开了一种快速的动力蓄电池SOH（健康状态）测量方法，属于动力蓄电池检测技术领域。

背景技术

随着新能源车辆保有量的迅猛增长，可供梯次利用的退役动力电池数量也随之巨增。在动力电池梯次利用领域中,如何快速准确地检测出动力蓄电池的SOH（健康状态），是其核心课题之一。

传统的SOH测量法包括全放电试验法和内阻测量法两种，都存在固有的缺点。

全放电试验法是先对电池进行充电至满荷电状态，再完全放电并测量所输出的电量。这种方法的缺点包括：完成完全充放电所需时间达数小时；电池必须在测试后重新充电，这种反复的充放电缩短了电池的寿命。

内阻测试法通过对电池施加一个负载，测量电压和电流，以确定电池的内阻。随着活性物质的化学降解，电池内阻会随着年龄的增长而增加，从而一定程度上反映了电池的SOH值的变化趋势。但内阻会随着SOC（荷电状态）的减小而增大。这种方法的缺点是参数依赖于SOC和温度，测试结果仅能供参考。

全放电试验法的方式下耗时长、能耗高、对被测对象寿命有影响；而内阻测量法则存在测量精度差、结果不可靠等问题。

发明内容

本发明旨在解决这两种方法的存在的问题，提供一种快速的动力蓄电池SOH（健康状态）测量方法，实现动力蓄电池的SOH值的快速检测的同时，又能具备较高的测量精度，保证结果的可靠性。

本方法通过对电池进行二次脉冲放电后测量每次脉冲放电后的电压降，以此为参数，再根据与该电池相匹配的数值模型来推算其SOH值。

本发明的测试由三种模式组成，模式1从一系列未知的历史开始，电池必须处于开路状态；在模式2中，以一定的负载电流脉冲作用于电池(脉宽在数秒范围,实际操作时我们采取2秒和5秒两档）,记录其负载电压降ΔV1；在模式3中，采用与模式2中同样的脉冲作用于电池，并记录ΔV2。

由于电池在模式1之前的历史未知，第一个脉冲产生的电压降ΔV1受其影响显著，而第二个脉冲ΔV2，通过实证显示其一致性较好。本方法中，采用ΔV2、电流I这两个参数。

电池SOH的定义

电池长期使用必然发生老化或劣化，因而必须估计电池的健康状态（State-Of-Health，SOH）。电池SOH的标准定义是在标准条件下动力电池从充满状态以一定倍率放电到截止电压所释放的容量（AHCAged）与其标称容量（AHCNom）的比值，即：

SOH = AHCAged / AHCNom----公式（1）

而电池的放电倍率（CR）定义为安时容量（AHC）单位的归一化电流，即：

CR = I / AHC----公式（2）

CR的单位是（小时）

从公式（1）公式（2）可看出，SOH值可通过CR和I推导出：

SOH = I / CR / AHCNom----公式（3）

据此电子模型可做如下推导：

1）开路电压Vmax

Vmax = E × Rs / (DCR + Rs)

其中，DCR = R1 + R2，DCR即直流内阻

当Rs趋于无穷大时，Vmax = E

2）静态负载电压Vmin

Vmin = E × M / (M + DCR)

其中，M = L × Rs / (L + Rs)

当Rs趋于无穷大时M = L，则Vmin = E × L / (L + DCR)

3）负载电压差ΔV

ΔV = Vmax - Vmin = E × Rs / (DCR + Rs) -E × M / (M + DCR)

当Rs趋于无穷大时M = L; ΔV = E × DCR / (L + DCR)

4）负载电流I

I = Vmin / M = E / (M + DCR)

当Rs趋于无穷大时M = L; I = E / (L + DCR)

5）放电倍率CR

CR = I / AHC = E / ((M + DCR) × AHC)

当Rs趋于无穷大时M = L; CR = E / ((L + DCR) × AHC)

6）CR与ΔV的关系

根据上述1）--5）的推导，可知放电倍率CR与ΔV之间存在如下线性关系：

CR = δΔV + γ----公式（4）

而当漏电阻抗Rs趋于无穷大时,截距γ值为0，CR与ΔV间简化为等比关系:

CR = δΔV----公式（5）

综上所述，一种快速的动力蓄电池SOH（健康状态）测量方法，其特征是通过对电池进行先后二次间隔一定时间的同等负载情况下的脉冲放电，测量每次脉冲放电后的电压降，以此为参数，再与该电池相匹配的健康模型数值来比对，推算其SOH值：

测试方法由三种模式组成，模式1从一系列未知的状态开始，电池必须处于开路状态；在模式2中，以一定的负载电流脉冲作用于电池(脉宽在数秒范围, 2秒到5秒之间）,记录其负载电压降ΔV1；在模式3中，采用与模式2中同样的脉冲作用于电池，并记录ΔV2。

本方法能实现有效解决传统测量方式所面临的问题，可大幅降低设备投入和生产能耗，提高设备利用和生产效率。

附图说明

附图1是本发明的双脉冲测量法的电压电流变化图。

附图2是本发明的检测等效电路示意图。

附图3是本发明的检测拟合结果示意图。

附图4是本发明的检测主程序图。

具体实施方式

双脉冲测量法

本方法通过对电池进行二次脉冲放电后测量每次脉冲放电后的电压降，以此为参数，再根据与该电池相匹配的数值模型来推算其SOH值。

如图1所示，测试由三种模式组成，即模式1、模式2、模式3。模式1从一系列未知的历史开始，电池必须处于开路状态。在模式2中，以一定的负载电流脉冲作用于电池(脉宽在数秒范围,实际操作时我们采取2秒和5秒两档）,记录其负载电压降ΔV1。在模式3中，采用与模式2中同样的脉冲作用于电池，并记录ΔV2。由于电池在模式1之前的历史未知，第一个脉冲产生的电压降ΔV1受其影响显著，而第二个脉冲ΔV2，通过实证显示其一致性较好。本方法中，采用ΔV2、电流I这两个参数。

电池SOH的定义

电池长期使用必然发生老化或劣化，因而必须估计电池的健康状态（State-Of-Health，SOH）。电池SOH的标准定义是在标准条件下动力电池从充满状态以一定倍率放电到截止电压所释放的容量（AHCAged）与其标称容量（AHCNom）的比值，即：

SOH = AHCAged / AHCNom----公式（1）

而电池的放电倍率（CR）定义为安时容量（AHC）单位的归一化电流，即：

CR = I / AHC----公式（2）

CR的单位是（小时）-1

从公式（1）公式（2）可看出，SOH值可通过CR和I推导出：

SOH = I / CR / AHCNom----公式（3）

电池的电子模型如图2所示。

据此电子模型可做如下推导：

1）开路电压Vmax

Vmax = E × Rs / (DCR + Rs)

其中，DCR = R1 + R2，DCR即直流内阻

当Rs趋于无穷大时，Vmax = E

2）静态负载电压Vmin

Vmin = E × M / (M + DCR)

其中，M = L × Rs / (L + Rs)

当Rs趋于无穷大时M = L，则Vmin = E × L / (L + DCR)

3）负载电压差ΔV

ΔV = Vmax - Vmin = E × Rs / (DCR + Rs) -E × M / (M + DCR)

当Rs趋于无穷大时M = L; ΔV = E × DCR / (L + DCR)

4）负载电流I

I = Vmin / M = E / (M + DCR)

当Rs趋于无穷大时M = L; I = E / (L + DCR)

5）放电倍率CR

CR = I / AHC = E / ((M + DCR) × AHC)

当Rs趋于无穷大时M = L; CR = E / ((L + DCR) × AHC)

6）CR与ΔV的关系

根据上述1）--5）的推导，可知放电倍率CR与ΔV之间存在如下线性关系：

CR = δΔV + γ----公式（4）

而当漏电阻抗Rs趋于无穷大时,截距γ值为0，CR与ΔV间简化为等比关系:

CR = δΔV----公式（5）

本方法实施步骤

以下步骤说明中，将涉及两组电池对象，分别为电池A和电池B。电池A用于建立计算模型，其SOH值为已知；电池B为测试对象。电池A和电池B两者之间型号规格相同、出厂批次相同或相近，并具有类似的使用历史。

步骤1） 电池A连接负载，切换负载阻抗，以不同的放电倍率、不同的脉宽进行脉冲放电，并记录ΔV2，如表1。

步骤2）对表1中的放电倍率CR及ΔV2进行最小二乘直线拟合计算，解得公式（4）中的δ、γ两个参数，如图3所示。

图3：最小二乘直线拟合

步骤3）将步骤2的拟合结果应用于表1的原始记录，使用公式（3）反算其SOH，再与已知值进行比较，得到偏差值。在原始记录列表中，剔除偏差值相对较大的记录，再重复步骤2），重新进行拟合计算。这个过程可以循环多次，直至获得满意的结果。以上步骤1）至步骤3）其目的是建立计算模型，同一批次的测试对象只需建模一次，即后续的测试省略步骤1）至步骤3），从下列步骤4）开始

步骤4）电池B连接负载，进行脉冲放电，并记录ΔV2。理论上，此过程进行一次即可，但可以通过切换负载阻抗，以不同的放电倍率、不同的脉宽进行脉冲放电，生成多条记录，以提高测试的精度，如表2。

步骤5）将步骤4）测量出的ΔV2值代入步骤2）3）获取的CR线性方程，,可求出相应的CR值，再通过公式（3），即可得到电池B的SOH值，如表2右侧“计算结果”栏所示。

步骤6）重复步骤4）5），对多条记录分别算出其SOH值，得出其平均值（可依据平均值，剔除掉偏离过大的记录），此值即为最终的测量结果。

比较实验验证了本测量方法的准确性，如下表1所示。

表：全放电试验法与双脉冲测量法对比。

Claims (1)

1.一种快速的动力蓄电池SOH（健康状态）测量方法，其特征是通过对电池进行先后二次间隔一定时间的同等负载情况下的脉冲放电，测量每次脉冲放电后的电压降，以此为参数，再与该电池相匹配的健康模型数值来比对，推算其SOH值：

测试方法由三种模式组成，模式1从一系列未知的状态开始，电池必须处于开路状态；在模式2中，以一定的负载电流脉冲作用于电池(脉宽在数秒范围, 2秒到5秒之间）,记录其负载电压降ΔV1；在模式3中，采用与模式2中同样的脉冲作用于电池，并记录ΔV2。

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