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

背景技術(shù)：

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(dāng)前的容量與額定容量(即新電池的容量)的比值或百分比來(lái)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(dòng)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(guān)。

當(dāng)前的車用動(dòng)力電池由于技術(shù)等方面的原因，要么沒(méi)有在線估算soh的功能，要么估算的soh不準(zhǔn)，誤差大，使用一段時(shí)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(dòng)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(gè)單體的也都合格。如果要測(cè)量每個(gè)單體的容量，則需要耗費(fèi)大量的人力和物力，難以實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)其他可測(cè)量參數(shù)，如內(nèi)阻，往往缺乏理論依據(jù)，也就是說(shuō)這些參數(shù)與電池容量沒(méi)有明確的、可推導(dǎo)的函數(shù)關(guān)系。盡管電池老化通常會(huì)表現(xiàn)出內(nèi)阻增加，但無(wú)法定量解釋內(nèi)阻增加與容量減少的關(guān)系。一方面電池內(nèi)阻可復(fù)雜，不同的檢測(cè)方法得到值完全不同，另一方面影響內(nèi)阻大小的因素太多，soh只是其中一個(gè)因素。

綜上所述，當(dāng)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(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供診斷蓄電池健康狀態(tài)的方法，準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)：分別獲取n個(gè)新電池的弛豫時(shí)間和恢復(fù)電壓差的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；

b.獲取待測(cè)電池的蓄電池容量參數(shù)：獲取待測(cè)電池的弛豫時(shí)間和恢復(fù)電壓差，并根據(jù)新電池的弛豫時(shí)間和恢復(fù)電壓差的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差判斷獲取到的待測(cè)電池的弛豫時(shí)間和恢復(fù)電壓差是否為有效參數(shù)；

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

上述技術(shù)方案中，待測(cè)電池與新電池屬于同一批次電池，生產(chǎn)產(chǎn)家、所有材料、電池規(guī)格與外型完全一樣。

上述技術(shù)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(gè)(n≥40)

2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取電池開(kāi)路電壓與蓄電池荷電狀態(tài)關(guān)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(dāng)電壓恢復(fù)到此時(shí)荷電狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)路電壓vocv的99％所需時(shí)間，記為新電池樣本的弛豫時(shí)間ts，其中新電池樣本的恢復(fù)電壓差δvs＝0.99vocv-vd

5)把所有新電池樣本的弛豫時(shí)間ts和恢復(fù)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(biāo)準(zhǔn)偏差和

上述技術(shù)方案中，步驟b包括：

將充滿電的待測(cè)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(cè)電池的放電電壓vd，以及當(dāng)電壓恢復(fù)到此時(shí)荷電狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)路電壓vocv的99％所需時(shí)間，記為待測(cè)電池的弛豫時(shí)間tp，其中待測(cè)電池的恢復(fù)電壓差δvp＝0.99vocv-vd。

上述技術(shù)方案中，步驟b包括：

若待測(cè)電池的弛豫時(shí)間tp和恢復(fù)電壓差δvp滿足以下公式：或

則認(rèn)為該待測(cè)電池的tp或δvp與新電池的一樣，不做進(jìn)一步處理，視為無(wú)效參數(shù)，其余的則視為有效參數(shù)。如果待測(cè)電池的tp或δvp中僅有一個(gè)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(jìn)行計(jì)算。

上述技術(shù)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(jì)算獲得弛豫電壓差δvtp和內(nèi)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(shí)的荷電狀態(tài)

將待測(cè)電池的弛豫電壓差δvtp和內(nèi)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(guò)唯一的有效參數(shù)計(jì)算得到了弛豫電壓差δvtp或內(nèi)阻電壓差δvω則無(wú)需進(jìn)行大小比較，直接記為老化電壓差。

把停止放電時(shí)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(cè)電池的蓄電池容量soh＝1-δsoc。

上述技術(shù)方案中，包括以下步驟：

在ocv-soc曲線上找到停止放電時(shí)刻的荷電狀態(tài)值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，找到該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值減去老化電壓差后的電壓值在ocv-soc曲線上對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)值；其與停止放電時(shí)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(guò)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(shí)現(xiàn)。這種方法操作簡(jiǎn)單，測(cè)量的參數(shù)只有電壓和時(shí)間，容易測(cè)量且準(zhǔn)確性好、可靠性高，而且測(cè)量時(shí)間短，數(shù)據(jù)量少，數(shù)據(jù)處理容易，計(jì)算簡(jiǎn)單且量小，準(zhǔn)確度高，適合大規(guī)模應(yīng)用。本方法對(duì)測(cè)量?jī)x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(dú)檢測(cè)單體電池，而且可以在電池成組狀態(tài)下，對(duì)整個(gè)電池包或模塊放電，通過(guò)檢測(cè)每個(gè)單體的電壓信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有單體進(jìn)行soh診斷。避免對(duì)單體電池逐個(gè)檢測(cè)，節(jié)省人力物力以及少占用儀器設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1是為本發(fā)明在ocv-soc曲線上根據(jù)放電停止時(shí)soc和δvsoh計(jì)算δsoc的方法。

圖2是鋰離子電池放電弛豫曲線

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限定。

對(duì)蓄電池而言，弛豫是指電池內(nèi)部由極化態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)的過(guò)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(cè)，也更容易在在線情況下實(shí)現(xiàn)，因此本文采用的電壓弛豫的方法。電壓弛豫是指當(dāng)通過(guò)電池的電流突然中斷時(shí)，電池電壓持續(xù)增大或減小的過(guò)程，顯然放電過(guò)程弛豫，電壓會(huì)逐步增大，而充電過(guò)程弛豫，電壓會(huì)逐步減少。本文采用放電過(guò)程弛豫。

放電過(guò)程弛豫包括了三個(gè)階段：1)首先歐姆極化電壓瞬時(shí)恢復(fù)，表現(xiàn)為電壓幾乎呈垂直直線上升；2)電化學(xué)反應(yīng)極化較快恢復(fù)，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(fù)，表現(xiàn)為電壓緩慢上升?？梢杂脙蓚€(gè)參數(shù)來(lái)表征弛豫過(guò)程，一個(gè)是恢復(fù)的電壓δv＝vocv-vd，就是恢復(fù)到平衡態(tài)的開(kāi)路電壓vocv減去放電停止時(shí)瞬時(shí)的放電電壓vd；第二個(gè)就是弛豫時(shí)間，t，也就是電池到達(dá)開(kāi)路電壓即平衡態(tài)所需要的時(shí)間。通常情況下，弛豫時(shí)間都很長(zhǎng)，一般大于1h，過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間不利于提高檢測(cè)效率。弛豫時(shí)間長(zhǎng)除了微粒在固相擴(kuò)散速度慢外，另一個(gè)原因主要是因?yàn)殡姵夭牧辖Y(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致極少量極化態(tài)的微?；貧w到平衡態(tài)時(shí)的路徑過(guò)長(zhǎng)。為了提高檢測(cè)效率，我們認(rèn)為當(dāng)電壓達(dá)到開(kāi)路電壓的99％時(shí)，就認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到平衡態(tài)。這種處理實(shí)際上不考慮極少數(shù)粒子的弛豫。

弛豫的兩個(gè)參數(shù)δv和t與電池的老化狀態(tài)密切相關(guān)。電池的老化過(guò)程通常會(huì)表現(xiàn)為歐姆電阻增加、反應(yīng)困難、擴(kuò)散阻力大等。反應(yīng)困難主要是指電話反應(yīng)活性不高，表現(xiàn)為反應(yīng)內(nèi)阻增大。擴(kuò)散阻力大是因?yàn)榛钚圆牧蟽?nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或坍塌導(dǎo)致粒子在固相內(nèi)部遷移速度慢。歐姆電阻增加、反應(yīng)困難和擴(kuò)散阻力大這三種現(xiàn)象都可以通過(guò)δv和t反映，它們既表現(xiàn)為內(nèi)阻增加，導(dǎo)致δv，而反應(yīng)困難和擴(kuò)散阻力也可以表現(xiàn)為弛豫時(shí)間t增加。

因此，本文選用恢復(fù)電壓差δv和弛豫時(shí)間t這兩個(gè)參數(shù)通過(guò)一系列推導(dǎo)來(lái)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(biāo)準(zhǔn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)

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

2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取電池開(kāi)路電壓與soc關(guān)系曲線，即ocv-soc(康健強(qiáng)，顏伏伍，杜常清，張佩，蓄電池能量效率測(cè)量方法，中國(guó)發(fā)明專利，專利號(hào)：zl201110000612.7)；通過(guò)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(jù)電壓差異獲得δsoc比較準(zhǔn)確。

4)記錄停止放電瞬間電池的放電電壓vd，以及當(dāng)電壓恢復(fù)到此時(shí)soc所對(duì)應(yīng)的開(kāi)路電壓的99％(即0.99vocv，準(zhǔn)確到1mv)所需時(shí)間(即為弛豫時(shí)間)ts，以及恢復(fù)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(shí)間ts和恢復(fù)電壓差δvs的平均值和以及標(biāo)準(zhǔn)偏差和

第二步：獲取老化電池或待測(cè)電池(以下簡(jiǎn)稱待測(cè)樣品與新電池屬于同一批次電池，生產(chǎn)產(chǎn)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(cè)樣品，并按照第一步4)的方法獲取待測(cè)樣品的弛豫時(shí)間tp和電壓差δvp

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

第三步：獲取待測(cè)樣品的soh

1)把新電池的soh設(shè)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(shí)的soc

3)把有效的δvp作如下處理：

δvω＝δvp-δvs(2)

3)將待測(cè)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(cè)樣品的soh＝1-δsoc

具體實(shí)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(shí)驗(yàn)步驟包括如下：

1、將待測(cè)電池充滿電：首先以0.33c電流(對(duì)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(shí)，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(shí)間，當(dāng)電壓等于0.99vocv時(shí)停止記錄：根據(jù)磷酸鐵鋰電池的ocv-soc曲線可知，在soc＝0.4時(shí)，vocv＝3.642v。

4、通過(guò)鋰離子電池放電弛豫曲線，獲取并記下待測(cè)電池的弛豫時(shí)間tp和恢復(fù)電壓差δvp，其方法如圖2所示，在圖2中tp＝980s和恢復(fù)電壓差δvp＝0.110v。

5、采用相同的實(shí)驗(yàn)方法獲取新電池的弛豫時(shí)間和恢復(fù)電壓差，只是當(dāng)電池為新電池時(shí)，分別將弛豫時(shí)間和恢復(fù)電壓差記錄為ts和δvs，依據(jù)大量的新電池?cái)?shù)據(jù)求得正態(tài)分布曲線，得到弛豫時(shí)間和恢復(fù)電壓的平均值和標(biāo)準(zhǔn)方差，其中

6、由于待測(cè)電池的恢復(fù)電壓差滿足以下情況：

所以判定恢復(fù)電壓差δvp為無(wú)效數(shù)據(jù)，即與新電池?zé)o異。

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

8、帶入公式計(jì)算得到：

9、把放電停止時(shí)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(shuō)明書(shū)未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。

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