本發(fā)明涉及蓄電池診斷技術領域，具體涉及一種診斷蓄電池健康狀態(tài)的方法。

背景技術：

電池健康狀態(tài)(stateofhealth,soh)用于表征電池老化程度，其值大小通常用電池當前的容量與額定容量(即新電池的容量)的比值或百分比來表示。soh是電池非常重要的參數(shù)，不僅決定電池能否繼續(xù)服役，例如車用動力電池的soh小于80％就必須更換，而且它也與電池安全狀態(tài)密切相關。

當前的車用動力電池由于技術等方面的原因，要么沒有在線估算soh的功能，要么估算的soh不準，誤差大，使用一段時間后需要診斷soh，以判斷電池能否繼續(xù)使用。值得注意的是，車用動力電池由大量的單體電池串、并聯(lián)組成，整體的狀態(tài)不能反映單體的信息，也就是整體的soh合格并不代表每個單體的也都合格。如果要測量每個單體的容量，則需要耗費大量的人力和物力，難以實現(xiàn)。檢測其他可測量參數(shù)，如內阻，往往缺乏理論依據，也就是說這些參數(shù)與電池容量沒有明確的、可推導的函數(shù)關系。盡管電池老化通常會表現(xiàn)出內阻增加，但無法定量解釋內阻增加與容量減少的關系。一方面電池內阻可復雜，不同的檢測方法得到值完全不同，另一方面影響內阻大小的因素太多，soh只是其中一個因素。

綜上所述，當前診斷蓄電池soh的方法十分欠缺，需要找到一種可操作的新方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術的缺陷，提供診斷蓄電池健康狀態(tài)的方法，準確度更高。

本發(fā)明提供了一種診斷蓄電池健康狀態(tài)的方法，其特征在于包括以下步驟：

a.建立新電池的蓄電池容量標準參數(shù)數(shù)據庫：分別獲取n個新電池的弛豫時間和恢復電壓差的平均值和標準偏差；

b.獲取待測電池的蓄電池容量參數(shù)：獲取待測電池的弛豫時間和恢復電壓差，并根據新電池的弛豫時間和恢復電壓差的平均值和標準偏差判斷獲取到的待測電池的弛豫時間和恢復電壓差是否為有效參數(shù)；

c.獲取待測樣的蓄電池容量：通過判定為有效參數(shù)的待測電池的弛豫時間和恢復電壓差以及新電池的弛豫時間和恢復電壓差的平均值獲取待測電池的老化電壓差；通過待測電池的老化電壓差判定其蓄電池容量。

上述技術方案中，待測電池與新電池屬于同一批次電池，生產產家、所有材料、電池規(guī)格與外型完全一樣。

上述技術方案中，步驟a包括以下步驟：

1)篩選一致性良好的新單體電池n個(n≥40)

2)通過實驗獲取電池開路電壓與蓄電池荷電狀態(tài)關系曲線，即ocv-soc曲線；

3)將充滿電的新電池恒流放電到某一固定荷電狀態(tài)立刻停止放電；

4)記錄停止放電瞬間新電池的放電電壓vd，以及當電壓恢復到此時荷電狀態(tài)所對應的開路電壓vocv的99％所需時間，記為新電池樣本的弛豫時間ts，其中新電池樣本的恢復電壓差δvs＝0.99vocv-vd

5)把所有新電池樣本的弛豫時間ts和恢復電壓差δvs做正態(tài)分布曲線，分別求取ts和δvs的平均值和以及標準偏差和

上述技術方案中，步驟b包括：

將充滿電的待測電池恒流放電到某一固定荷電狀態(tài)立刻停止放電；

記錄停止放電瞬間待測電池的放電電壓vd，以及當電壓恢復到此時荷電狀態(tài)所對應的開路電壓vocv的99％所需時間，記為待測電池的弛豫時間tp，其中待測電池的恢復電壓差δvp＝0.99vocv-vd。

上述技術方案中，步驟b包括：

若待測電池的弛豫時間tp和恢復電壓差δvp滿足以下公式：或

則認為該待測電池的tp或δvp與新電池的一樣，不做進一步處理，視為無效參數(shù)，其余的則視為有效參數(shù)。如果待測電池的tp或δvp中僅有一個為有效參數(shù)則采用唯一的有效參數(shù)代入后續(xù)步驟進行計算。

上述技術方案中，步驟c包括以下步驟：

將有效參數(shù)代入下列公式計算獲得弛豫電壓差δvtp和內阻電壓差δvω

δvω＝δvp-δvs(2)

式中r為氣體常數(shù)，t為環(huán)境溫度，f為法拉第常數(shù)，soc為放電停止時的荷電狀態(tài)

將待測電池的弛豫電壓差δvtp和內阻電壓差δvω比較大小，取其大者記為老化電壓差δvsoh。如果僅通過唯一的有效參數(shù)計算得到了弛豫電壓差δvtp或內阻電壓差δvω則無需進行大小比較，直接記為老化電壓差。

把停止放電時刻的荷電狀態(tài)和老化電壓差δvsoh帶入到ocv-soc曲線中，獲取荷電狀態(tài)差δsoc；待測電池的蓄電池容量soh＝1-δsoc。

上述技術方案中，包括以下步驟：

在ocv-soc曲線上找到停止放電時刻的荷電狀態(tài)值所對應的點，找到該點對應的電壓值減去老化電壓差后的電壓值在ocv-soc曲線上對應的荷電狀態(tài)值；其與停止放電時刻的荷電狀態(tài)值的差值即為荷電狀態(tài)差。

本發(fā)明利用放電弛豫過程，只需要用一定大小的電流放電到一定soc階段停止放電即可實現(xiàn)。這種方法操作簡單，測量的參數(shù)只有電壓和時間，容易測量且準確性好、可靠性高，而且測量時間短，數(shù)據量少，數(shù)據處理容易，計算簡單且量小，準確度高，適合大規(guī)模應用。本方法對測量儀器要求低，甚至在電池在線狀態(tài)下都可使用，容易推廣普及使用。

另外，本發(fā)明方法不僅單獨檢測單體電池，而且可以在電池成組狀態(tài)下，對整個電池包或模塊放電，通過檢測每個單體的電壓信息，實現(xiàn)對所有單體進行soh診斷。避免對單體電池逐個檢測，節(jié)省人力物力以及少占用儀器設備。

附圖說明

圖1是為本發(fā)明在ocv-soc曲線上根據放電停止時soc和δvsoh計算δsoc的方法。

圖2是鋰離子電池放電弛豫曲線

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構成限定。

對蓄電池而言，弛豫是指電池內部由極化態(tài)恢復到平衡態(tài)的過程。弛豫也包括電流弛豫和電壓弛豫。相比于電流弛豫，電壓弛豫更容易檢測，也更容易在在線情況下實現(xiàn)，因此本文采用的電壓弛豫的方法。電壓弛豫是指當通過電池的電流突然中斷時，電池電壓持續(xù)增大或減小的過程，顯然放電過程弛豫，電壓會逐步增大，而充電過程弛豫，電壓會逐步減少。本文采用放電過程弛豫。

放電過程弛豫包括了三個階段：1)首先歐姆極化電壓瞬時恢復，表現(xiàn)為電壓幾乎呈垂直直線上升；2)電化學反應極化較快恢復，表現(xiàn)為電壓垂直直線上升后仍有比較快的上升階段；3)濃差極化緩慢恢復，表現(xiàn)為電壓緩慢上升?？梢杂脙蓚€參數(shù)來表征弛豫過程，一個是恢復的電壓δv＝vocv-vd，就是恢復到平衡態(tài)的開路電壓vocv減去放電停止時瞬時的放電電壓vd；第二個就是弛豫時間，t，也就是電池到達開路電壓即平衡態(tài)所需要的時間。通常情況下，弛豫時間都很長，一般大于1h，過長的時間不利于提高檢測效率。弛豫時間長除了微粒在固相擴散速度慢外，另一個原因主要是因為電池材料結構復雜導致極少量極化態(tài)的微?；貧w到平衡態(tài)時的路徑過長。為了提高檢測效率，我們認為當電壓達到開路電壓的99％時，就認為已經達到平衡態(tài)。這種處理實際上不考慮極少數(shù)粒子的弛豫。

弛豫的兩個參數(shù)δv和t與電池的老化狀態(tài)密切相關。電池的老化過程通常會表現(xiàn)為歐姆電阻增加、反應困難、擴散阻力大等。反應困難主要是指電話反應活性不高，表現(xiàn)為反應內阻增大。擴散阻力大是因為活性材料內部結構發(fā)生變化或坍塌導致粒子在固相內部遷移速度慢。歐姆電阻增加、反應困難和擴散阻力大這三種現(xiàn)象都可以通過δv和t反映，它們既表現(xiàn)為內阻增加，導致δv，而反應困難和擴散阻力也可以表現(xiàn)為弛豫時間t增加。

因此，本文選用恢復電壓差δv和弛豫時間t這兩個參數(shù)通過一系列推導來用于診斷電池的健康狀態(tài)soh。本發(fā)明具體包括以下步驟：

第一步：建立新電池soh標準參數(shù)數(shù)據庫

1)篩選一致性良好的新單體電池n個(n≥40)(桂裕鵬、康健強、汪麗、胡德、王益鋒、李云一種識別電池組中單體一致的方法及系統(tǒng)，中國發(fā)明專利，專利申請?zhí)枺?01710261042.4)；依次通過檢測容量、歐姆內阻和極化電壓來判斷電池是否一致。

2)通過實驗獲取電池開路電壓與soc關系曲線，即ocv-soc(康健強，顏伏伍，杜常清，張佩，蓄電池能量效率測量方法，中國發(fā)明專利，專利號：zl201110000612.7)；通過把0.04c的充電曲線與0.04c放電曲線平均的方式獲得ocv-soc曲線。

3)將充滿電的電池恒流(電流≥1c)放電到某一固定荷電狀態(tài)soc(soc≤0.4)立刻停止放電；soc為0-0.4為電壓敏感區(qū)，即soc有少量的變化，電壓就有較大差異，根據電壓差異獲得δsoc比較準確。

4)記錄停止放電瞬間電池的放電電壓vd，以及當電壓恢復到此時soc所對應的開路電壓的99％(即0.99vocv，準確到1mv)所需時間(即為弛豫時間)ts，以及恢復電壓差δvs＝0.99vocv-vd

5)把所有樣本的ts和δvs做正態(tài)分布曲線，分別求取弛豫時間ts和恢復電壓差δvs的平均值和以及標準偏差和

第二步：獲取老化電池或待測電池(以下簡稱待測樣品與新電池屬于同一批次電池，生產產家、所有材料、電池規(guī)格與外型完全一樣)的soh參數(shù)

1)按照第一步3)的條件處理待測樣品，并按照第一步4)的方法獲取待測樣品的弛豫時間tp和電壓差δvp

2)若或則認為該樣品的tp或δvp與新電池的一樣，不做進一步處理，視為無效參數(shù)，其余的則視為有效參數(shù)

第三步：獲取待測樣品的soh

1)把新電池的soh設為1，老化電池的0<soh<1，本方法可求得soh范圍為0.6<soh<1

2)把有效的tp作如下處理：

式中r為氣體常數(shù)，t為環(huán)境溫度，f為法拉第常數(shù)，soc為放電停止時的soc

3)把有效的δvp作如下處理：

δvω＝δvp-δvs(2)

3)將待測樣品與δvω比較大小，取其大者記為δvsoh

4)把放電停止的soc和δvsoh帶入到電池ocv-soc曲線中，獲取δsoc

5)待測樣品的soh＝1-δsoc

具體實施例選取3ah的磷酸鐵鋰型鋰離子電池，其放電弛豫曲線如圖2所示，其實驗步驟包括如下：

1、將待測電池充滿電：首先以0.33c電流(對于本電池0.33c即為1a)把電池放電至2.5v，靜止1h后，再以0.33c充電3小時，再靜止1h，即為電池充滿電。

2、以1c放電至soc＝0.4：把充滿電電池以3a放電40min。

3、停止放電，記錄電壓變化和時間，當電壓等于0.99vocv時停止記錄：根據磷酸鐵鋰電池的ocv-soc曲線可知，在soc＝0.4時，vocv＝3.642v。

4、通過鋰離子電池放電弛豫曲線，獲取并記下待測電池的弛豫時間tp和恢復電壓差δvp，其方法如圖2所示，在圖2中tp＝980s和恢復電壓差δvp＝0.110v。

5、采用相同的實驗方法獲取新電池的弛豫時間和恢復電壓差，只是當電池為新電池時，分別將弛豫時間和恢復電壓差記錄為ts和δvs，依據大量的新電池數(shù)據求得正態(tài)分布曲線，得到弛豫時間和恢復電壓的平均值和標準方差，其中

6、由于待測電池的恢復電壓差滿足以下情況：

所以判定恢復電壓差δvp為無效數(shù)據，即與新電池無異。

7、由于待測電池的弛豫時間滿足以下情況：所以弛豫時間tp為有效數(shù)據，故采用弛豫時間tp計算老化電壓差。

8、帶入公式計算得到：

9、把放電停止時的荷電狀態(tài)soc＝0.4,δvsoh＝0.035v帶入圖1，圖1為磷酸鐵鋰型鋰離子電池ocv-soc曲線中，求得δsoc＝0.063，因此本樣品的soh＝1-0.063＝0.937＝93.7％。

本說明書未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。

相關知識

診斷蓄電池健康狀態(tài)的方法與流程
一種基于電化學阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法與流程
一種快速的動力蓄電池SOH（健康狀態(tài)）測量方法與流程
一種后備電源健康狀態(tài)診斷控制方法、系統(tǒng)、設備及介質與流程
蓄電池健康狀態(tài)的檢測方法及裝置的制造方法
電池健康狀態(tài)診斷方法、裝置、電子設備及存儲介質與流程
電池荷電量及電池健康狀態(tài)的檢測、診斷方法.pdf
電池荷電量及電池健康狀態(tài)的檢測、診斷方法
一種識別老化模式的鋰離子電池健康狀態(tài)在線診斷方法與流程
用于診斷電池的設備和方法與流程

網址: 診斷蓄電池健康狀態(tài)的方法與流程 http://m.u1s5d6.cn/newsview1557621.html