電池健康狀態(tài)的檢測裝置及方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及電池健康狀態(tài)的檢測技術(shù)，尤其涉及一種通過在線檢測
來估計電池性能的衰減程度的裝置及方法。

背景技術(shù)

電池作為一種存儲電能的裝置，其在很多領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。在固
定儲能應(yīng)用領(lǐng)域，例如數(shù)據(jù)中心設(shè)備、光纖通信設(shè)備、基站等裝置對電池的
要求比較高，傾向于電池荷電狀態(tài)(state of charge，后續(xù)簡稱為SOC)接近
滿電態(tài)。由于電池在長期使用過程中不可避免地發(fā)生老化，所以用戶更為關(guān)
心電池的老化狀況，具體可以通過電池健康狀態(tài)(state of health，后續(xù)簡稱為
SOH)來監(jiān)控電池的老化狀況，了解當前的電池性能。

在現(xiàn)有的某些應(yīng)用領(lǐng)域，雖然電池內(nèi)阻與電池容量有相關(guān)性，但是電池
內(nèi)阻的增大并不一定導致電池容量的損失。相比較而言，在大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，
常以電池保持容量(retention capacity)作為衡量電池SOH的參數(shù)指標，其能
準確表征電池容量信息。

目前多采用核對性充放電方式獲取電池保持容量參數(shù)，該方式只能在離
線狀態(tài)下進行，這使得電池在放電期間及放電結(jié)束后再充電期間，無法保證
數(shù)據(jù)中心設(shè)備、光纖通信設(shè)備、基站等裝置為負載正常供電，對業(yè)務(wù)產(chǎn)生極
大影響，因此需要在線狀態(tài)下對電池健康狀態(tài)進行檢測，但目前現(xiàn)有技術(shù)并
未解決這樣的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種電池健康狀態(tài)的檢測裝置、方法和電池管理系統(tǒng)，實現(xiàn)
在線狀態(tài)下對電池健康狀態(tài)進行檢測，準確監(jiān)控電池性能的衰減程度。

第一方面提供了一種電池健康狀態(tài)的檢測裝置，包括：檢測單元，用于
確定在第一時間和第二時間測量電流值和電壓值；還用于測量電池溫度值；
控制單元，用于判斷所述第一時間的電流值和所述第二時間的電流值是否小
于預(yù)先設(shè)定的閾值；若判斷結(jié)果為是，則選擇基于第二模型算法獲得電池健
康狀態(tài)，否則選擇基于第一模型算法獲得電池健康狀態(tài)；數(shù)據(jù)處理單元，用
于根據(jù)控制單元的選擇結(jié)果、所述第一時間的電流值和電壓值計算獲得與所
述第一時間對應(yīng)的電池開路電壓值和電池電荷狀態(tài)值，根據(jù)控制單元的選擇
結(jié)果、所述第二時間的電流值和電壓值計算獲得與所述第二時間對應(yīng)的電池
開路電壓值和電池電荷狀態(tài)值；還用于計算獲得基于所述第一時間與所述第
二時間之間的表明當前電池保持容量的第一電池容量差值和表明未來電池保
持容量的第二電池容量差值，然后根據(jù)所述電池溫度值、所述第一電池容量
差值和所述第二電池容量差值計算獲得電池健康狀態(tài)值。

在第一方面第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述控制單元選擇所述第一模型
算法；所述數(shù)據(jù)處理單元具體用于通過下述公式計算獲得與所述第一時間對
應(yīng)的電池開路電壓值和與所述第二時間對應(yīng)的電池開路電壓值：
OCV＝U(t)+R0*I(t)+R1*I(t)，其中，OCV表示電池開路電壓，U(t)和I(t)為所
述檢測單元測量的電壓值和電流值，R0和R1是預(yù)先設(shè)定的模型參數(shù)。

在第一方面第二種可能的實現(xiàn)方式中，所述控制單元選擇所述第二模
型算法；所述數(shù)據(jù)處理單元具體用于通過下述公式計算獲得與所述第一時
間對應(yīng)的電池開路電壓值和與所述第二時間對應(yīng)的電池開路電壓值：
OCV＝U(t)+R0*I(t)+R1*I(t)+R2*I(t)，其中，OCV表示電池開路電壓，U(t)
和I(t)為所述檢測單元測量的電壓值和電流值，R0、R1和R2是預(yù)先設(shè)定的
模型參數(shù)。

結(jié)合第一方面第一種或第二種可能的實現(xiàn)方式，在第三種可能實現(xiàn)方
式中，所述數(shù)據(jù)處理單元具體用于通過下述公式計算獲得與所述第一時間
對應(yīng)的電池電荷狀態(tài)值和與所述第二時間對應(yīng)的電池電荷狀態(tài)值：
OCV＝a1(SOC)n+a2(SOC)n-1+...+an(SOC)+b，其中，OCV表示電池開路電壓，
SOC表示電池電荷狀態(tài)，n、a1、a2、an和b是預(yù)先設(shè)定的常量參數(shù)，并且
n是正整數(shù)。

結(jié)合第一方面第一種或第二種可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能實現(xiàn)方
式中，該裝置還包括：存儲器，用于保存電池開路電壓與電池電荷狀態(tài)之
間的對應(yīng)關(guān)系信息；數(shù)據(jù)處理單元具體用于通過讀取所述電池開路電壓與
電池電荷狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系信息來獲得電池電荷狀態(tài)值。

結(jié)合第一方面第一種至第四種中任一可能的實現(xiàn)方式，在第五種可能
實現(xiàn)方式中，所述數(shù)據(jù)處理單元具體用于在獲得與所述第一時間對應(yīng)的電
池開路電壓值和與所述第二時間對應(yīng)的電池開路電壓值后，根據(jù)電池容量
與電池開路電壓之間的對應(yīng)關(guān)系，獲得與所述第一時間對應(yīng)的電池容量和
與所述第二時間對應(yīng)的電池容量，然后根據(jù)下述公式計算獲得所述第一電
池容量差值：ΔQ1＝|Q終止-Q起始|，其中，ΔQ1表示所述第一電池容量差值，Q起始
表示與所述第一時間對應(yīng)的電池容量，Q終止表示與所述第二時間對應(yīng)的電
池容量。

結(jié)合第一方面第五種可能的實現(xiàn)方式，在第六種可能實現(xiàn)方式中，所
述電池容量與電池開路電壓之間的對應(yīng)關(guān)系通過下述公式表示：
Q＝d1(OCV)n+d2(OCV)n-1+...+dn(OCV)+g，其中，Q表示電池容量，OCV表
示電池開路電壓，n、d1、d2、dn和g是預(yù)先設(shè)定的常量參數(shù)，并且n是正
整數(shù)。

結(jié)合第一方面第一種至第四種中任一可能的實現(xiàn)方式，在第七種可能
實現(xiàn)方式中，所述數(shù)據(jù)處理單元具體用于在獲得與所述第一時間對應(yīng)的電
池電荷狀態(tài)值和與所述第二時間對應(yīng)的電池電荷狀態(tài)值后，根據(jù)電池容量
與電池電荷狀態(tài)值之間的對應(yīng)關(guān)系，獲得與所述第一時間對應(yīng)的電池容量
和與所述第二時間對應(yīng)的電池容量，然后根據(jù)下述公式計算獲得所述第一
電池容量差值：ΔQ1＝|Q終止-Q起始|，其中，ΔQ1表示所述第一電池容量差值，
Q起始表示與所述第一時間對應(yīng)的電池容量，Q終止表示與所述第二時間對應(yīng)
的電池容量。

結(jié)合第一方面第七種可能的實現(xiàn)方式，在第八種可能實現(xiàn)方式中，所
述電池容量與電池電荷狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系通過下述公式表示：
Q＝Qf*SOC，其中，Q表示電池容量，SOC表示電池電荷狀態(tài)，Qf表示電
池出廠時的標稱容量。

結(jié)合第一方面第一種、第五種或第七種可能的實現(xiàn)方式，在第九種可能
實現(xiàn)方式中，所述數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)下述公式，針對所述第一時間的電流值
和所述第二時間的電流值進行積分運算獲得所述第二電池容量差值：
其中，ΔQ2表示所述第二電池容量差值，η表示電池的庫侖效
率，t起始表示所述第一時間，t終止表示所述第二時間。

結(jié)合第一方面第五種或第七種可能的實現(xiàn)方式，在第十種可能實現(xiàn)方式
中，所述數(shù)據(jù)處理單元具體用于根據(jù)下述公式計算獲得所述電池健康狀態(tài)：
其中，SOH表示所述電池健康狀態(tài)，ΔQ2表示所述第一電
池容量差值，ΔQ2表示所述第二電池容量差值，kT表示溫度修正系數(shù)。

第二方面提供了一種電池健康狀態(tài)的檢測方法，該方法由檢測裝置執(zhí)
行，方法步驟包括：確定在第一時間測量電流值和電壓值；判斷所述第一
時間的電流值是否小于預(yù)先設(shè)定的閾值；若判斷結(jié)果為是，則選擇基于第
二模型算法獲得電池健康狀態(tài)，否則選擇基于第一模型算法獲得電池健康
狀態(tài)；根據(jù)選擇結(jié)果、所述第一時間的電流值和電壓值計算獲得與所述第
一時間對應(yīng)的電池開路電壓值和電池電荷狀態(tài)值；確定在第二時間測量電
流值和電壓值；判斷所述第二時間的電流值是否小于預(yù)先設(shè)定的閾值；若
判斷結(jié)果為是，則選擇基于所述第二模型算法獲得電池健康狀態(tài)，否則選
擇基于所述第一模型算法獲得電池健康狀態(tài)；根據(jù)選擇結(jié)果、所述第二時
間的電流值和電壓值計算獲得與所述第二時間對應(yīng)的電池開路電壓值和
電池電荷狀態(tài)值；計算獲得基于所述第一時間與所述第二時間之間的表明
當前電池保持容量的第一電池容量差值和表明未來電池保持容量的第二
電池容量差值；測量電池溫度值，然后根據(jù)所述電池溫度值、所述第一電
池容量差值和所述第二電池容量差值計算獲得電池健康狀態(tài)值。

在第二方面第一種可能的實現(xiàn)方式中，在選擇基于所述第一模型算法
獲得電池健康狀態(tài)的情況下，通過下述公式計算獲得與所述第一時間對應(yīng)
的電池開路電壓值或者與所述第二時間對應(yīng)的電池開路電壓值：
OCV＝U(t)+R0*I(t)+R1*I(t)，其中，OCV表示電池開路電壓，U(t)和I(t)為
測量的電壓值和電流值，R0和R1是預(yù)先設(shè)定的模型參數(shù)。

在第二方面第二種可能的實現(xiàn)方式中，在選擇基于所述第二模型算法
獲得電池健康狀態(tài)的情況下，通過下述公式計算獲得與所述第一時間對應(yīng)
的電池開路電壓值和與所述第二時間對應(yīng)的電池開路電壓值：
OCV＝U(t)+R0*I(t)+R1*I(t)+R2*I(t)，其中，OCV表示電池開路電壓，U(t)和
I(t)為測量的電壓值和電流值，R0、R1和R2是預(yù)先設(shè)定的模型參數(shù)。

結(jié)合第二方面第一種或第二種可能的實現(xiàn)方式，在第三種可能實現(xiàn)方
式中，通過下述公式計算獲得與所述第一時間對應(yīng)的電池電荷狀態(tài)值和與
所述第二時間對應(yīng)的電池電荷狀態(tài)值：
OCV＝a1(SOC)n+a2(SOC)n-1+...+an(SOC)+b，其中，OCV表示電池開路電壓，
SOC表示電池電荷狀態(tài)，n、a1、a2、an和b是預(yù)先設(shè)定的常量參數(shù)，并且
n是正整數(shù)。

結(jié)合第二方面第一種或第二種可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能實現(xiàn)方
式中，通過讀取預(yù)先保存的所述電池開路電壓與電池電荷狀態(tài)之間的對應(yīng)
關(guān)系信息來獲得電池電荷狀態(tài)值。

結(jié)合第二方面第一種或第四種可能的實現(xiàn)方式，在第五種可能實現(xiàn)方
式中，在獲得與所述第一時間對應(yīng)的電池開路電壓值和與所述第二時間對
應(yīng)的電池開路電壓值后，根據(jù)電池容量與電池開路電壓之間的對應(yīng)關(guān)系，
獲得與所述第一時間對應(yīng)的電池容量和與所述第二時間對應(yīng)的電池容量，
然后根據(jù)下述公式計算獲得所述第一電池容量差值：ΔQ1＝|Q終止-Q起始|，其
中，ΔQ1表示所述第一電池容量差值，Q起始表示與所述第一時間對應(yīng)的電池
容量，Q終止表示與所述第二時間對應(yīng)的電池容量。

結(jié)合第二方面第五種可能的實現(xiàn)方式，在第六種可能實現(xiàn)方式中，所
述電池容量與電池開路電壓之間的對應(yīng)關(guān)系通過下述公式表示：
Q＝d1(OCV)n+d2(OCV)n-1+...+dn(OCV)+g，其中，Q表示電池容量，OCV表
示電池開路電壓，n、d1、d2、dn和g是預(yù)先設(shè)定的常量參數(shù)，并且n是正
整數(shù)。

結(jié)合第二方面第一種至第四種中任一可能的實現(xiàn)方式，在第七種可能
實現(xiàn)方式中，在獲得與所述第一時間對應(yīng)的電池電荷狀態(tài)值和與所述第二
時間對應(yīng)的電池電荷狀態(tài)值后，根據(jù)電池容量與電池電荷狀態(tài)值之間的對
應(yīng)關(guān)系，獲得與所述第一時間對應(yīng)的電池容量和與所述第二時間對應(yīng)的電
池容量，然后根據(jù)下述公式計算獲得所述第一電池容量差值：
ΔQ1＝|Q終止-Q起始|，其中，ΔQ1表示所述第一電池容量差值，Q起始表示與所述
第一時間對應(yīng)的電池容量，Q終止表示與所述第二時間對應(yīng)的電池容量。

結(jié)合第二面第七種可能的實現(xiàn)方式，在第八種可能實現(xiàn)方式中，所述
電池容量與電池電荷狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系通過下述公式表示：
Q＝Qf*SOC，其中，Q表示電池容量，SOC表示電池電荷狀態(tài)，Qf表示電
池出廠時的標稱容量。

結(jié)合第二方面第一種、第五種或第七種可能的實現(xiàn)方式，在第九種可能
實現(xiàn)方式中，根據(jù)下述公式，針對所述第一時間的電流值和所述第二時間的
電流值進行積分運算獲得所述第二電池容量差值：其中，ΔQ2
表示所述第二電池容量差值，η表示電池的庫侖效率，t起始表示所述第一時間，
t終止表示所述第二時間。

結(jié)合第二方面第五種或第七種可能的實現(xiàn)方式，在第十種可能實現(xiàn)方式
中，根據(jù)下述公式計算獲得所述電池健康狀態(tài)值：其中，
SOH表示所述電池健康狀態(tài)，ΔQ2表示所述第一電池容量差值，ΔQ2表示所述
第二電池容量差值，kT為溫度修正系數(shù)。

第三方面提供了一種電池管理系統(tǒng)，包括：電池，負載和電池健康狀態(tài)
檢測裝置；其中，電池健康狀態(tài)檢測裝置被連接在電池和負載之間，電池健
康狀態(tài)檢測裝置用于確定在第一時間和第二時間測量電流值和電壓值，以及
測量電池溫度值；用于判斷所述第一時間的電流值和所述第二時間的電流值
是否小于預(yù)先設(shè)定的閾值；若判斷結(jié)果為是，則選擇基于第二模型算法獲得
電池健康狀態(tài)，否則選擇基于第一模型算法獲得電池健康狀態(tài)；用于根據(jù)選
擇結(jié)果、所述第一時間的電流值和電壓值計算獲得與所述第一時間對應(yīng)的電
池開路電壓值和電池電荷狀態(tài)值，根據(jù)控選擇結(jié)果、所述第二時間的電流值
和電壓值計算獲得與所述第二時間對應(yīng)的電池開路電壓值和電池電荷狀態(tài)
值；還用于計算獲得基于所述第一時間與所述第二時間之間的表明當前電池
保持容量的第一電池容量差值和表明未來電池保持容量的第二電池容量差
值，然后根據(jù)所述電池溫度值、所述第一電池容量差值和所述第二電池容量
差值計算獲得電池健康狀態(tài)值。

在第三方面的第一種實現(xiàn)方式中，該系統(tǒng)位于數(shù)據(jù)中心設(shè)備內(nèi)部，則該
負載是數(shù)據(jù)中心設(shè)備的處理；或者該系統(tǒng)位于基站設(shè)備內(nèi)部，則該負載是基
站的基帶射頻處理單元；或者該系統(tǒng)位于光纖通信設(shè)備內(nèi)部，則負載是光纖
通信設(shè)備的主控板。

結(jié)合第三方面的第一種實現(xiàn)方式，在第二種實現(xiàn)方式中，該系統(tǒng)還包括
分別與電池健康狀態(tài)檢測裝置、電池和負載相連接的充放電裝置，充放電裝
置用于對電池實施充電和放電處理。

結(jié)合第三方面的第一種或第二種實現(xiàn)方式，在第三種實現(xiàn)方式中，該系
統(tǒng)還包括與顯示裝置，該顯示裝置分別與電池和電池健康狀態(tài)檢測裝置連接，
該顯示裝置用于顯示由電池健康狀態(tài)檢測裝置輸出的電池健康狀態(tài)值。

關(guān)于電池健康狀態(tài)檢測裝置的多種具體實現(xiàn)方式已在前述第一方面中描
述。

第四方面提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，包括程序指令，該程序指令
使電池健康狀態(tài)檢測裝置執(zhí)行下述步驟：確定在第一時間測量電流值和電壓
值；判斷所述第一時間的電流值是否小于預(yù)先設(shè)定的閾值；若判斷結(jié)果為是，
則選擇基于第二模型算法獲得電池健康狀態(tài)，否則選擇基于第一模型算法獲
得電池健康狀態(tài)；根據(jù)選擇結(jié)果、所述第一時間的電流值和電壓值計算獲得
與所述第一時間對應(yīng)的電池開路電壓值和電池電荷狀態(tài)值；確定在第二時間
測量電流值和電壓值；判斷所述第二時間的電流值是否小于預(yù)先設(shè)定的閾值；
若判斷結(jié)果為是，則選擇基于所述第二模型算法獲得電池健康狀態(tài)，否則選
擇基于所述第一模型算法獲得電池健康狀態(tài)；根據(jù)選擇結(jié)果、所述第二時間
的電流值和電壓值計算獲得與所述第二時間對應(yīng)的電池開路電壓值和電池電
荷狀態(tài)值；計算獲得基于所述第一時間與所述第二時間之間的表明當前電池
保持容量的第一電池容量差值和表明未來電池保持容量的第二電池容量差
值；測量電池溫度值，然后根據(jù)所述電池溫度值、所述第一電池容量差值和
所述第二電池容量差值計算獲得電池健康狀態(tài)值。

本發(fā)明實施例提供的檢測裝置、方法及電池管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在線狀
態(tài)下檢測電池SOH，及時準確監(jiān)控電池老化狀況，保證數(shù)據(jù)中心設(shè)備、光纖
通信設(shè)備、基站等裝置為負載正常供電，避免對業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。另外，由于
本發(fā)明實施例是基于在線狀態(tài)進行檢測，所以相比現(xiàn)有技術(shù)的離線狀態(tài)檢測
方法，電池SOH值較為準確，那么電池SOH值在應(yīng)用時較為可靠。

在研究下文附圖和詳細描述之后其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)
域普通技術(shù)人員來說將變得顯而易見。希望所有這些其它系統(tǒng)、方法、特征
和優(yōu)點包含在本描述中，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且受所附權(quán)利要求書的保護。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的電池健康狀態(tài)檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例提供電池健康狀態(tài)檢測方法流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一階模型的等效電路示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的二階模型的等效電路示意圖。

在整個附圖中，相同的參考符號和描述表示類似的但不一定完全相同的
元件。盡管本文所述的示例性實施例很容易進行各種修改或替換成其它形式，
所以特定實施例已經(jīng)通過附圖中的示例示出并將在本文中進行詳細描述。然
而，本文所述的示例性實施例并不旨在限制所公開的特定形式。相反，當前
發(fā)明涵蓋屬于所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有修改、等效物以及替代物。

具體實施方式

下述對上文中出現(xiàn)的一些專業(yè)名詞以及后續(xù)出現(xiàn)的專業(yè)名詞作解釋
說明，以幫助理解本申請。

電池SOC，指的是電池的剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值。

電池SOH，指的是電池老化后的滿充電容量與其出廠時的初始容量的
比值。

電池保持容量，指的是電池被使用一段時間或長期擱置不使用后，其
剩余電池滿充容量。

電池老化，指的是電池被使用一段時間或長期擱置不使用后，電池性
能衰減。

開路電壓(Open circuit voltage，OCV)，指的是電池在開路狀態(tài)下的
端電壓。

本文通過各種實施例提出了各種技術(shù)方案，以實現(xiàn)在線狀態(tài)下對電池
健康狀態(tài)進行測定。

為了使本申請的上述目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更易于理解，下文提供了詳
細的描述。所述詳細的描述通過使用方框圖、流程圖和/或示例提出了設(shè)備和
/或過程的各種實施例。由于這些方框圖、流程圖和/或示例包含一個或多個功
能和/或操作，所以本領(lǐng)域內(nèi)人員將理解可以通過許多硬件、軟件、固件或它
們的任意組合單獨和/或共同實施這些方框圖、流程圖或示例內(nèi)的每個功能和
/或操作。

圖1為本發(fā)明實施例提供的電池健康狀態(tài)檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。參看圖1，
電池健康狀態(tài)檢測裝置100包括檢測單元101、控制單元102、數(shù)據(jù)處理單元103
和存儲器104。

檢測單元101可以用于測量電池電壓，向控制單元102輸出所測量的電壓
值，然后控制單元102將該電壓值保存于存儲器104中。電池電壓是電池的輸
出電壓并且在電池充電或者放電時被測量。電池電壓值落在最終放電電壓值
和最大充電電壓值之間。

進一步地，檢測單元101還可以用于測量流經(jīng)電阻器(附圖中未示出)的
電流，然后控制單元102將該電流值保存于存儲器104中。

進一步地，檢測單元101還可以用于測量電池充滿電和放完電所需時間，
向控制單元102輸出所測量的時間信息，然后控制單元102將該時間信息保存
于存儲器104中。

進一步地，檢測單元101還可以用于測量電池的溫度，然后向控制單元102
輸出所測量的電池溫度值，然后控制單元102將該電池溫度值保存于存儲器
104中。

控制單元102可以用于接收從檢測單元101輸出的所測量的信息，例如：
電池電壓值、電池電流值、電池充放電所需時間、或電池溫度值等，然后控
制單元102將所測量的信息保存于存儲器104中?？刂破鲉卧?02還可以用于讀
取存儲器104中保存的各種信息。以及，控制器102可以根據(jù)預(yù)先配置進行電
池模型算法選擇，還可以對數(shù)據(jù)處理單元103獲得的OCV和SOC做相應(yīng)的收斂
判斷，確定OCV值和SOC值是否滿足準確性要求。

數(shù)據(jù)處理單元103可以用于接收檢測單元101輸出的所測量的信息，以及
可以用于讀取存儲器104保存的各種信息，還可以基于控制單元102輸出的指
令信息做相應(yīng)地運算處理。

存儲器104可以是能夠記錄和刪除數(shù)據(jù)的、眾所周知的半導體器件，例如
RAM、ROM、EEPROM等，或者例如硬盤的大容量存儲介質(zhì)等。

圖2為本發(fā)明實施例提供的電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，參看圖2，在電池
管理系統(tǒng)200中，電池健康狀態(tài)檢測裝置100被連接在電池201和負載202之間，
該系統(tǒng)200進一步還可以包括分別與電池健康狀態(tài)檢測裝置100、電池201和負
載202相連接的充放電裝置203。該系統(tǒng)可以位于數(shù)據(jù)中心設(shè)備、光纖通信設(shè)
備、基站等裝置內(nèi)部。

電池201包括至少一個電池單元(battery cell)，其可以采用可循環(huán)再充
電的方式，并且電池201的類型不受具體限制，其類型可以包括鋰離子電池、
鋰聚合物電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池等。

負載202的種類不受具體限制，其種類例如可以是數(shù)據(jù)中心設(shè)備的處理
器、基站的基帶射頻處理單元、或光纖通信設(shè)備的主控板等，再例如其還可
以是例如移動電話、平板電腦、或攝像機等便攜式電子裝置。

充放電裝置203，用于對電池201實施充電和放電處理。

電池健康狀態(tài)檢測裝置100可以向顯示裝置(圖中未示出)輸出在線檢測
獲得的電池SOH值，顯示裝置采用可以在視覺上顯示電池SOH值的任何裝置。
例如，顯示裝置可以是LCD顯示器、LED顯示器。

結(jié)合圖1和圖2，下面具體描述檢測裝置如何實現(xiàn)在線檢測電池健康狀態(tài)。
如圖3所示，圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例提供電池健康狀態(tài)檢測方法流程示意
圖。

步驟S301：檢測單元101確定在第一時間測量電流值和電壓值，然后輸出
給控制單元102和數(shù)據(jù)處理單元103。

本發(fā)明實施例針對一段時間間隔測量兩次電流和電壓，一段時間間隔包
括起始時間和終止時間，例如6月1日9點至12點之間的三個小時為一段時間間
隔。步驟S301先確定檢測電池健康狀態(tài)的起始時間(即第一時間)，例如6
月1日9點，然后測量獲得對應(yīng)于該第一時間的電流值I(t)和電壓值U(t)。

步驟S302：控制單元102判斷在第一時間測量的電流值是否小于預(yù)先設(shè)定
的閾值。

電流閾值與電池的容量相關(guān)，一般情況下，控制單元102可以設(shè)定電流閾
值為0.5C，其中C為電池一小時的放電容量，這種設(shè)定方式是本領(lǐng)域技術(shù)人員
所熟知的。電流閾值也可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要或者本領(lǐng)域技術(shù)人員的經(jīng)驗設(shè)定，
此處舉例不作為對本發(fā)明實現(xiàn)方式的限制。

步驟S303：控制單元102在第一時間測量的電流值大于或等于預(yù)先設(shè)定的
閾值的條件下，選擇基于第一模型算法獲得電池健康狀態(tài)，然后將選擇結(jié)果
通過指令信息輸出至數(shù)據(jù)處理單元103。

步驟S304：數(shù)據(jù)處理單元103根據(jù)第一模型算法獲得電池的第一開路電壓
值。

第一模型算法對應(yīng)一階模型的等效電路。模型階數(shù)指的是等效電路中具
有的電阻和電容并聯(lián)形成的回路(后續(xù)簡稱RC回路)個數(shù)。

進一步來說，一階模型的等效電路具有一個RC回路，參見圖4，圖4為本
發(fā)明實施例提供的一階模型的等效電路示意圖，圖中的R0和R1表示電阻，C1表
示電容，R1和C1構(gòu)成一個RC回路。那么，基于一階模型的等效電路，電池的
第一開路電壓通過下述公式一計算獲得：

OCV＝U(t)+U0(t)+U1(t)

其中，OCV表示電池開路電壓，U0(t)表示R0的電壓，即U0(t)＝R0*I(t)；U1(t)
表示R1和C1構(gòu)成的RC回路的電壓，即U1(t)＝R1*I(t)；U(t)表示等效電路兩端
電壓，即檢測單元101測量的電壓。U(t)和I(t)通過檢測單元101測量獲得，R0、
R1和C1是模型參數(shù)，其數(shù)值是預(yù)先設(shè)定的。那么公式一可以相應(yīng)變化為：

OCV＝U(t)+R0*I(t)+R1*I(t)

需要說明的是，步驟S304獲得的電池的第一開路電壓值對應(yīng)于該第一時
間，為了幫助理解本申請上下文，可以用OCV起始來表示。

步驟S305：控制單元102在電流值小于預(yù)先設(shè)定的閾值的條件下，選擇基
于第二模型算法獲得電池健康狀態(tài)，然后將選擇結(jié)果通過指令信息輸出至數(shù)
據(jù)處理單元103。

步驟S306：數(shù)據(jù)處理單元103根據(jù)第二模型算法獲得電池的第二開路電壓
值。

第二模型算法對應(yīng)二階模型的等效電路。進一步來說，二階電池模型的
等效電路具有兩個RC回路，參見圖5，圖5為本發(fā)明實施例提供的二階模型的
等效電路示意圖，圖中的R0、R1和R2表示電阻，C1和C2表示電容，R1和C1構(gòu)
成一個RC回路，R2和C2構(gòu)成另一個RC回路。那么，基于二階模型的等效電
路，電池的第二開路電壓通過下述公式二計算獲得：

OCV＝U(t)+U0(t)+U1(t)+U2(t)

其中，OCV表示電池開路電壓，U0(t)表示R0的電壓，即U0(t)＝R0*I(t)；U1(t)
表示R1和C1構(gòu)成的RC回路的電壓，即U1(t)＝R1*I(t)；U2(t)表示R2和R2構(gòu)成的
RC回路的電壓，即U2(t)＝R2*I(t)；U(t)表示等效電路兩端電壓。U(t)和I(t)通
過檢測單元101測量獲得，R0、R1、R2、C1和C2是模型參數(shù)，其數(shù)值是預(yù)先
設(shè)定的。那么公式二可以相應(yīng)變化為：

OCV＝U(t)+R0*I(t)+R1*I(t)+R2*I(t)

需要說明的是，步驟S306獲得的電池的第二開路電壓值對應(yīng)于該第一時
間，為了幫助理解本申請上下文，可以用OCV起始來表示。另外，本領(lǐng)域技術(shù)
人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)手段能知曉和理解檢測單元101如何測量獲得U(t)和I(t)。
R0、R1、R2、C1和C2的數(shù)值可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要設(shè)定，也可以由本領(lǐng)域技術(shù)人
員根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定。由于設(shè)定方式是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有技術(shù)，此處
不再贅述。

步驟S307：數(shù)據(jù)處理單元103根據(jù)電池的第一開路電壓值或電池的第二開
路電壓值獲得與第一時間對應(yīng)的電池SOC值。

數(shù)據(jù)處理單元103獲得電池SOC值的實現(xiàn)方式有多種。例如通過公式計算
獲得電池SOC值，具體來說，電池開路電壓與電池SOC之間的對應(yīng)關(guān)系可以
通過下述公式三體現(xiàn)：

OCV＝a1(SOC)n+a2(SOC)n-1+...+an(SOC)+b

其中，OCV表示電池開路電壓，SOC表示電池電荷狀態(tài)，n、a1、a2、an
和b是常量參數(shù)，其可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要設(shè)定，也可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)
經(jīng)驗設(shè)定，其中n是正整數(shù)，例如n取7，結(jié)合公式三，舉例來說，電池開路電
壓與電池SOC之間的對應(yīng)關(guān)系表達式可以為：OCV＝
-89.6*(SOC)7+320*(SOC)6-447.7*(SOC)5+307.7*(SOC)4-105.2*(SOC)3+15.3*
(SOC)2+0.3444*(SOC)+3.31。由于設(shè)定方式是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有
技術(shù)，此處不再贅述。

再例如，數(shù)據(jù)處理單元103可以通過讀取預(yù)先保存在存儲器104的電池開
路電壓與電池SOC之間的對應(yīng)關(guān)系信息來獲得電池SOC值，該對應(yīng)關(guān)系信息
是在電池離線狀態(tài)下通過多次實驗調(diào)節(jié)獲得，該實驗調(diào)節(jié)方式是本領(lǐng)域技術(shù)
人員所熟知的現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

在前述步驟中，根據(jù)不同模型算法獲得不同的電池開路電壓值，相應(yīng)地
在本步驟中，根據(jù)不同的電池開路電壓值獲得不同的電池SOC值。需要說明
的是，步驟S305獲得的電池SOC值對應(yīng)于該第一時間，為了幫助理解本申請
上下文，可以用SOC起始來表示。

步驟S308：檢測單元101確定在第二時間測量電流值和電壓值，然后輸出
給控制單元102和數(shù)據(jù)處理單元103。

前述步驟S301先確定檢測電池健康狀態(tài)的起始時間(即第一時間)，然
后步驟S308確定檢測電池健康狀態(tài)的終止時間(即第二時間)，例如6月1日
12點，然后測量獲得對應(yīng)于該第二時間的電流值I(t)和電壓值U(t)。

步驟S309：控制單元102判斷在第二時間測量的電流值是否小于預(yù)先設(shè)定
的閾值。

步驟S310：控制單元102在第二時間測量的電流值大于或等于預(yù)先設(shè)定的
閾值的條件下，選擇基于第一模型算法估計電池健康狀態(tài)，然后將選擇結(jié)果
通過指令信息輸出至數(shù)據(jù)處理單元103。

步驟S311：數(shù)據(jù)處理單元103根據(jù)第一模型算法獲得電池的第三開路電壓
值。

根據(jù)公式一計算獲得第三開路電壓值，步驟S311獲得的電池的第三開路
電壓值對應(yīng)于該第二時間，為了幫助理解本申請上下文，可以用OCV終止來表
示。

步驟S312：控制單元102在第二時間測量的電流值小于預(yù)先設(shè)定的閾值的
條件下，選擇基于第二模型算法估計電池健康狀態(tài)，然后將選擇結(jié)果通過指
令信息輸出至數(shù)據(jù)處理單元103。

步驟S313：數(shù)據(jù)處理單元103根據(jù)第二模型算法獲得電池的第二開路電壓
值。

根據(jù)公式二計算獲得第四開路電壓值，步驟S313獲得的電池的第四開路
電壓值對應(yīng)于該第二時間，為了幫助理解本申請上下文，可以用OCV終止來表
示。

步驟S314：數(shù)據(jù)處理單元103根據(jù)電池的第三開路電壓值或電池的第四開
路電壓值獲得與第二時間對應(yīng)的電池SOC值。

根據(jù)公式三或者讀取預(yù)先保存在存儲器104的電池開路電壓與電池SOC
之間的對應(yīng)關(guān)系信息來獲得電池SOC值，步驟S314獲得的電池SOC值對應(yīng)于
該第二時間，為了幫助理解本申請上下文，可以用SOC終止來表示。

步驟S315：數(shù)據(jù)處理單元103計算獲得基于第一時間與第二時間之間的表
明當前電池保持容量的第一電池容量差值。

數(shù)據(jù)處理單元103基于第一時間獲得OCV起始和SOC起始，基于第二時間獲得
OCV終止和SOC終止。然后，數(shù)據(jù)處理單元可以通過多種實現(xiàn)方式獲得對應(yīng)第一
時間的電池容量Q起始和對應(yīng)第二時間的電池容量Q終止，再根據(jù)下述公式四計
算獲得第一電池容量差值ΔQ1：

ΔQ1＝|Q終止-Q起始|

例如，數(shù)據(jù)處理單元103在獲得OCV起始和OCV終止后，可以根據(jù)電池容量與
電池開路電壓之間的對應(yīng)關(guān)系獲得Q起始和Q終止。電池容量與電池開路電壓之
間的對應(yīng)關(guān)系可以通過下述公式五體現(xiàn)：

Q＝d1(OCV)n+d2(OCV)n-1+...+dn(OCV)+g

其中，Q表示電池容量，OCV表示電池開路電壓，當電池開路電壓取OCV起始
時，根據(jù)公式五計算獲得Q起始；當電池開路電壓取OCV終止時，根據(jù)公式五計
算獲得Q終止。n、d1、d2、dn和g是常量參數(shù)，其可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要設(shè)定，也
可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定，并且n是正整數(shù)，例如n取5，結(jié)合公式
六，舉例來說，電池容量與電池開路電壓之間的對應(yīng)關(guān)系表達式可以為：Q＝
-12.2*(OCV)5+217.2*(OCV)4-1531.4*(OCV)3+5368*(OCV)2-9350.9*(OCV)+
6480.1。由于設(shè)定方式是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

或者，數(shù)據(jù)處理單元103在獲得OCV起始和OCV終止后，可以通過讀取預(yù)先保
存在存儲器104的電池容量與電池開路電壓之間的對應(yīng)關(guān)系信息來獲得Q起始
和Q終止，該對應(yīng)關(guān)系信息是在電池離線狀態(tài)下通過多次實驗擬合獲得，該實
驗擬合方式是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

再例如，數(shù)據(jù)處理單元103在獲得SOC起始和SOC終止后，可以根據(jù)電池容量
與電池SOC之間的對應(yīng)關(guān)系獲得Q起始和Q終止。電池容量與電池SOC之間的對應(yīng)
關(guān)系可以通過下述公式六體現(xiàn)：

Q＝Qf*SOC

其中，Q表示電池容量，SOC表示電池電荷狀態(tài)，Qf表示電池出廠時的
標稱容量。當電池SOC值取SOC起始時，根據(jù)公式六計算獲得Q起始；當電池SOC
值取SOC終止時，根據(jù)公式六計算獲得Q終止。

或者，數(shù)據(jù)處理單元103在獲得SOC起始和SOC終止后，可以通過讀取預(yù)先保
存在存儲器104的電池容量與電池SOC之間的對應(yīng)關(guān)系信息來獲得Q起始和
Q終止，該對應(yīng)關(guān)系信息是在電池離線狀態(tài)下通過多次實驗擬合獲得，該實驗
擬合方式是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

步驟S316：數(shù)據(jù)處理單元103根據(jù)檢測單元101在第一時間測量的電流值
和第二時間測量的電流值，計算獲得表明未來電池保持容量的第二電池容量
差值。

數(shù)據(jù)處理單元103獲得檢測單元101在第一時間測量的電流值和第二時間
測量的電流值，然后根據(jù)下述公式七計算獲得表明未來電池保持容量的第二
電池容量差值ΔQ2：

其中，η為電池的庫侖效率，取值范圍是0＜η≤1，可以根據(jù)電池的類型
設(shè)定η的數(shù)值。例如，對于鋰離子電池，η可取值為1；對于鉛酸蓄電池、鎳氫
或鎳鎘電池，可以在0.9～1之間的設(shè)定η的數(shù)值。t起始表示第一時間，t終止表示
第二時間。根據(jù)公式七可知，針對在第一時間測量的電流值至在第二時間測
量的電流值進行積分運算獲得表明電池未來性能狀態(tài)的ΔQ2。

步驟S317，數(shù)據(jù)處理單元103接收檢測單元測量的電池溫度值，結(jié)合第一
電池容量差值和第二電池容量差值，計算獲得電池SOH值。

數(shù)據(jù)處理單元103根據(jù)下述公式八計算獲得電池SOH值：

<mrow> <mi>S</mi> <mi>O</mi> <mi>H</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>T</mi> </msub> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&Delta;Q</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&Delta;Q</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> </mrow>

其中，SOH表示所述電池健康狀態(tài)，ΔQ2表示所述第一電池容量差值，ΔQ2
表示所述第二電池容量差值，kT為溫度修正系數(shù)。電池的溫度影響電池的健
康狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理單元103可以通過讀取預(yù)先保存在存儲器104的電池溫度值
與溫度修正系數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系信息來獲得kT，該對應(yīng)關(guān)系信息的獲得對于
本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

綜上，本發(fā)明實施例可以實現(xiàn)在線狀態(tài)下檢測電池SOH，及時準確監(jiān)控
電池老化狀況，保證數(shù)據(jù)中心設(shè)備、光纖通信設(shè)備、基站等裝置為負載正常
供電，避免對業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。另外，由于本發(fā)明實施例是基于在線狀態(tài)進行
檢測，所以相比現(xiàn)有技術(shù)的離線狀態(tài)檢測方法，電池SOH值較為準確，那么
電池SOH值在應(yīng)用時較為可靠。所以，根據(jù)本發(fā)明實施例獲得的電池SOH
值估可以被適用于各種類型的應(yīng)用，諸如電池更換時間的估計，進而有效保
證設(shè)備工作的安全性。

可選地，在另一實施例中，控制單元102還可以采用卡爾曼或改進的卡
爾曼濾波算法判斷數(shù)據(jù)處理單元103獲得的OCV值和SOC值的準確性。以
采用擴展卡爾曼算法為例，數(shù)據(jù)處理單元103將獲得的OCV值和SOC值輸
出給控制單元102，控制單元102根據(jù)下述公式九對OCV和SOC做相應(yīng)的
收斂判斷：

Pk＝x+(w-x)*(1-e(-k+2)/y)

其中，Pk表示噪音項；e作為自然對數(shù)函數(shù)的底數(shù)，e取值為2.718；k
與采樣頻率相關(guān)，例如采樣頻率為1s是，則k取值為1；x、y和w為可調(diào)
參數(shù)，其根據(jù)模型算法的不同而取不同的值，例如對于二階模型算法，x取
100，y取1000，w取0.1，該取值對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是所熟知的，此
處不再贅述。

對于第一時間或第二時間，若Pk小于系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時，則控制單元102判定
OCV和SOC的計算已收斂，OCV和SOC的數(shù)值滿足準確性要求；否則促發(fā)檢
測單元101在新的時間重新測量電流和電壓的測量，然后參照前述步驟流程
(例如步驟S301至步驟S307，或者步驟S308至步驟S314)實施對新的OCV和
SOC的計算。該實現(xiàn)方式能有效保證電池SOH值的準確性。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)進步到以下程度：系統(tǒng)各方面的
硬件和軟件實施方式之間的差別很小，硬件或軟件的使用通常(但不總是，
因為在某些環(huán)境中選擇硬件還是軟件變得很重要)是一種權(quán)衡成本和效率的
設(shè)計選擇。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解存在很多可以實施本文所述的過程和/或系
統(tǒng)和/或其它技術(shù)的工具(例如，硬件、軟件和/或固件)，并且優(yōu)選工具將隨
著部署過程和/或系統(tǒng)和/或其它技術(shù)的環(huán)境而變化。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該了解本申請的所有或部分標的物可在結(jié)合硬件
和/或固件的軟件中實施。例如，本文描述的標的物可在一個或多個處理器執(zhí)
行的軟件中實施。在一項示例性實施方式中，本文描述的標的物可使用存儲
有計算機可執(zhí)行指令的非瞬時計算機可讀介質(zhì)實施，當計算機處理器執(zhí)行該
計算機可執(zhí)行指令時，該指令控制計算機執(zhí)行步驟。適于實施本文描述的標
的物的示例計算機可讀介質(zhì)包括非瞬時計算機可讀介質(zhì)，例如磁盤存儲器設(shè)
備、芯片存儲器設(shè)備、可編程邏輯設(shè)備和專用集成電路。另外，實施本文描
述的標的物的計算機可讀介質(zhì)可位于單個設(shè)備或計算平臺上，或可在多個設(shè)
備或計算平臺上分發(fā)。

最后，應(yīng)了解上述實施例僅僅用于闡釋，并不限于本申請的技術(shù)方案。
盡管參考上述優(yōu)選實施例對本申請進行詳細描述，但是應(yīng)了解，所屬領(lǐng)域的
技術(shù)人員可在不脫離本申請和所附權(quán)利要求書的范圍的情況下，做出各種修
改、變更或等同替換。

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