本發(fā)明公開(kāi)了一種快速的動(dòng)力蓄電池soh（健康狀態(tài)）測(cè)量方法，屬于動(dòng)力蓄電池檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著新能源車(chē)輛保有量的迅猛增長(zhǎng)，可供梯次利用的退役動(dòng)力電池?cái)?shù)量也隨之巨增。在動(dòng)力電池梯次利用領(lǐng)域中,如何快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出動(dòng)力蓄電池的soh（健康狀態(tài)），是其核心課題之一。

傳統(tǒng)的soh測(cè)量法包括全放電試驗(yàn)法和內(nèi)阻測(cè)量法兩種，都存在固有的缺點(diǎn)。

全放電試驗(yàn)法是先對(duì)電池進(jìn)行充電至滿荷電狀態(tài)，再完全放電并測(cè)量所輸出的電量。這種方法的缺點(diǎn)包括：完成完全充放電所需時(shí)間達(dá)數(shù)小時(shí)；電池必須在測(cè)試后重新充電，這種反復(fù)的充放電縮短了電池的壽命。

內(nèi)阻測(cè)試法通過(guò)對(duì)電池施加一個(gè)負(fù)載，測(cè)量電壓和電流，以確定電池的內(nèi)阻。隨著活性物質(zhì)的化學(xué)降解，電池內(nèi)阻會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，從而一定程度上反映了電池的soh值的變化趨勢(shì)。但內(nèi)阻會(huì)隨著soc（荷電狀態(tài)）的減小而增大。這種方法的缺點(diǎn)是參數(shù)依賴于soc和溫度，測(cè)試結(jié)果僅能供參考。

全放電試驗(yàn)法的方式下耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、對(duì)被測(cè)對(duì)象壽命有影響；而內(nèi)阻測(cè)量法則存在測(cè)量精度差、結(jié)果不可靠等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決這兩種方法的存在的問(wèn)題，提供一種快速的動(dòng)力蓄電池soh（健康狀態(tài)）測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力蓄電池的soh值的快速檢測(cè)的同時(shí)，又能具備較高的測(cè)量精度，保證結(jié)果的可靠性。

本方法通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行二次脈沖放電后測(cè)量每次脈沖放電后的電壓降，以此為參數(shù)，再根據(jù)與該電池相匹配的數(shù)值模型來(lái)推算其soh值。

本發(fā)明的測(cè)試由三種模式組成，模式1從一系列未知的歷史開(kāi)始，電池必須處于開(kāi)路狀態(tài)；在模式2中，以一定的負(fù)載電流脈沖作用于電池(脈寬在數(shù)秒范圍,實(shí)際操作時(shí)我們采取2秒和5秒兩檔）,記錄其負(fù)載電壓降δv1；在模式3中，采用與模式2中同樣的脈沖作用于電池，并記錄δv2。

由于電池在模式1之前的歷史未知，第一個(gè)脈沖產(chǎn)生的電壓降δv1受其影響顯著，而第二個(gè)脈沖δv2，通過(guò)實(shí)證顯示其一致性較好。本方法中，采用δv2、電流i這兩個(gè)參數(shù)。

電池soh的定義

電池長(zhǎng)期使用必然發(fā)生老化或劣化，因而必須估計(jì)電池的健康狀態(tài)（state-of-health，soh）。電池soh的標(biāo)準(zhǔn)定義是在標(biāo)準(zhǔn)條件下動(dòng)力電池從充滿狀態(tài)以一定倍率放電到截止電壓所釋放的容量（ahcaged）與其標(biāo)稱容量（ahcnom）的比值，即：

soh=ahcaged/ahcnom----公式（1）

而電池的放電倍率（cr）定義為安時(shí)容量（ahc）單位的歸一化電流，即：

cr=i/ahc----公式（2）

cr的單位是（小時(shí)）

從公式（1）公式（2）可看出，soh值可通過(guò)cr和i推導(dǎo)出：

soh=i/cr/ahcnom----公式（3）

據(jù)此電子模型可做如下推導(dǎo)：

1）開(kāi)路電壓vmax

vmax=e×rs/(dcr+rs)

其中，dcr=r1+r2，dcr即直流內(nèi)阻

當(dāng)rs趨于無(wú)窮大時(shí)，vmax=e

2）靜態(tài)負(fù)載電壓vmin

vmin=e×m/(m+dcr)

其中，m=l×rs/(l+rs)

當(dāng)rs趨于無(wú)窮大時(shí)m=l，則vmin=e×l/(l+dcr)

3）負(fù)載電壓差δv

δv=vmax-vmin=e×rs/(dcr+rs)-e×m/(m+dcr)

當(dāng)rs趨于無(wú)窮大時(shí)m=l;δv=e×dcr/(l+dcr)

4）負(fù)載電流i

i=vmin/m=e/(m+dcr)

當(dāng)rs趨于無(wú)窮大時(shí)m=l;i=e/(l+dcr)

5）放電倍率cr

cr=i/ahc=e/((m+dcr)×ahc)

當(dāng)rs趨于無(wú)窮大時(shí)m=l;cr=e/((l+dcr)×ahc)

6）cr與δv的關(guān)系

根據(jù)上述1）--5）的推導(dǎo)，可知放電倍率cr與δv之間存在如下線性關(guān)系：

cr=δδv+γ----公式（4）

而當(dāng)漏電阻抗rs趨于無(wú)窮大時(shí),截距γ值為0，cr與δv間簡(jiǎn)化為等比關(guān)系:

cr=δδv----公式（5）

綜上所述，一種快速的動(dòng)力蓄電池soh（健康狀態(tài)）測(cè)量方法，其特征是通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行先后二次間隔一定時(shí)間的同等負(fù)載情況下的脈沖放電，測(cè)量每次脈沖放電后的電壓降，以此為參數(shù)，再與該電池相匹配的健康模型數(shù)值來(lái)比對(duì)，推算其soh值：

測(cè)試方法由三種模式組成，模式1從一系列未知的狀態(tài)開(kāi)始，電池必須處于開(kāi)路狀態(tài)；在模式2中，以一定的負(fù)載電流脈沖作用于電池(脈寬在數(shù)秒范圍,2秒到5秒之間）,記錄其負(fù)載電壓降δv1；在模式3中，采用與模式2中同樣的脈沖作用于電池，并記錄δv2。

本方法能實(shí)現(xiàn)有效解決傳統(tǒng)測(cè)量方式所面臨的問(wèn)題，可大幅降低設(shè)備投入和生產(chǎn)能耗，提高設(shè)備利用和生產(chǎn)效率。

附圖說(shuō)明

附圖1是本發(fā)明的雙脈沖測(cè)量法的電壓電流變化圖。

附圖2是本發(fā)明的檢測(cè)等效電路示意圖。

附圖3是本發(fā)明的檢測(cè)擬合結(jié)果示意圖。

附圖4是本發(fā)明的檢測(cè)主程序圖。

具體實(shí)施方式

雙脈沖測(cè)量法

本方法通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行二次脈沖放電后測(cè)量每次脈沖放電后的電壓降，以此為參數(shù)，再根據(jù)與該電池相匹配的數(shù)值模型來(lái)推算其soh值。

如圖1所示，測(cè)試由三種模式組成，即模式1、模式2、模式3。模式1從一系列未知的歷史開(kāi)始，電池必須處于開(kāi)路狀態(tài)。在模式2中，以一定的負(fù)載電流脈沖作用于電池(脈寬在數(shù)秒范圍,實(shí)際操作時(shí)我們采取2秒和5秒兩檔）,記錄其負(fù)載電壓降δv1。在模式3中，采用與模式2中同樣的脈沖作用于電池，并記錄δv2。由于電池在模式1之前的歷史未知，第一個(gè)脈沖產(chǎn)生的電壓降δv1受其影響顯著，而第二個(gè)脈沖δv2，通過(guò)實(shí)證顯示其一致性較好。本方法中，采用δv2、電流i這兩個(gè)參數(shù)。

電池soh的定義

電池長(zhǎng)期使用必然發(fā)生老化或劣化，因而必須估計(jì)電池的健康狀態(tài)（state-of-health，soh）。電池soh的標(biāo)準(zhǔn)定義是在標(biāo)準(zhǔn)條件下動(dòng)力電池從充滿狀態(tài)以一定倍率放電到截止電壓所釋放的容量（ahcaged）與其標(biāo)稱容量（ahcnom）的比值，即：

soh=ahcaged/ahcnom----公式（1）

而電池的放電倍率（cr）定義為安時(shí)容量（ahc）單位的歸一化電流，即：

cr=i/ahc----公式（2）

cr的單位是（小時(shí)）-1

從公式（1）公式（2）可看出，soh值可通過(guò)cr和i推導(dǎo)出：

soh=i/cr/ahcnom----公式（3）

電池的電子模型如圖2所示。

據(jù)此電子模型可做如下推導(dǎo)：

1）開(kāi)路電壓vmax

vmax=e×rs/(dcr+rs)

其中，dcr=r1+r2，dcr即直流內(nèi)阻

當(dāng)rs趨于無(wú)窮大時(shí)，vmax=e

2）靜態(tài)負(fù)載電壓vmin

vmin=e×m/(m+dcr)

其中，m=l×rs/(l+rs)

當(dāng)rs趨于無(wú)窮大時(shí)m=l，則vmin=e×l/(l+dcr)

3）負(fù)載電壓差δv

δv=vmax-vmin=e×rs/(dcr+rs)-e×m/(m+dcr)

當(dāng)rs趨于無(wú)窮大時(shí)m=l;δv=e×dcr/(l+dcr)

4）負(fù)載電流i

i=vmin/m=e/(m+dcr)

當(dāng)rs趨于無(wú)窮大時(shí)m=l;i=e/(l+dcr)

5）放電倍率cr

cr=i/ahc=e/((m+dcr)×ahc)

當(dāng)rs趨于無(wú)窮大時(shí)m=l;cr=e/((l+dcr)×ahc)

6）cr與δv的關(guān)系

根據(jù)上述1）--5）的推導(dǎo)，可知放電倍率cr與δv之間存在如下線性關(guān)系：

cr=δδv+γ----公式（4）

而當(dāng)漏電阻抗rs趨于無(wú)窮大時(shí),截距γ值為0，cr與δv間簡(jiǎn)化為等比關(guān)系:

cr=δδv----公式（5）

本方法實(shí)施步驟

以下步驟說(shuō)明中，將涉及兩組電池對(duì)象，分別為電池a和電池b。電池a用于建立計(jì)算模型，其soh值為已知；電池b為測(cè)試對(duì)象。電池a和電池b兩者之間型號(hào)規(guī)格相同、出廠批次相同或相近，并具有類(lèi)似的使用歷史。

步驟1）電池a連接負(fù)載，切換負(fù)載阻抗，以不同的放電倍率、不同的脈寬進(jìn)行脈沖放電，并記錄δv2，如表1。

步驟2）對(duì)表1中的放電倍率cr及δv2進(jìn)行最小二乘直線擬合計(jì)算，解得公式（4）中的δ、γ兩個(gè)參數(shù)，如圖3所示。

圖3：最小二乘直線擬合

步驟3）將步驟2的擬合結(jié)果應(yīng)用于表1的原始記錄，使用公式（3）反算其soh，再與已知值進(jìn)行比較，得到偏差值。在原始記錄列表中，剔除偏差值相對(duì)較大的記錄，再重復(fù)步驟2），重新進(jìn)行擬合計(jì)算。這個(gè)過(guò)程可以循環(huán)多次，直至獲得滿意的結(jié)果。以上步驟1）至步驟3）其目的是建立計(jì)算模型，同一批次的測(cè)試對(duì)象只需建模一次，即后續(xù)的測(cè)試省略步驟1）至步驟3），從下列步驟4）開(kāi)始

步驟4）電池b連接負(fù)載，進(jìn)行脈沖放電，并記錄δv2。理論上，此過(guò)程進(jìn)行一次即可，但可以通過(guò)切換負(fù)載阻抗，以不同的放電倍率、不同的脈寬進(jìn)行脈沖放電，生成多條記錄，以提高測(cè)試的精度，如表2。

步驟5）將步驟4）測(cè)量出的δv2值代入步驟2）3）獲取的cr線性方程，,可求出相應(yīng)的cr值，再通過(guò)公式（3），即可得到電池b的soh值，如表2右側(cè)“計(jì)算結(jié)果”欄所示。

步驟6）重復(fù)步驟4）5），對(duì)多條記錄分別算出其soh值，得出其平均值（可依據(jù)平均值，剔除掉偏離過(guò)大的記錄），此值即為最終的測(cè)量結(jié)果。

比較實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本測(cè)量方法的準(zhǔn)確性，如下表1所示。

表：全放電試驗(yàn)法與雙脈沖測(cè)量法對(duì)比。

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