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

背景技術(shù)：

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

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

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

內(nèi)阻測試法通過對電池施加一個負載，測量電壓和電流，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)阻會隨著年齡的增長而增加，從而一定程度上反映了電池的soh值的變化趨勢。但內(nèi)阻會隨著soc（荷電狀態(tài)）的減小而增大。這種方法的缺點是參數(shù)依賴于soc和溫度，測試結(jié)果僅能供參考。

全放電試驗法的方式下耗時長、能耗高、對被測對象壽命有影響；而內(nèi)阻測量法則存在測量精度差、結(jié)果不可靠等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本方法通過對電池進行二次脈沖放電后測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)值模型來推算其soh值。

本發(fā)明的測試由三種模式組成，模式1從一系列未知的歷史開始，電池必須處于開路狀態(tài)；在模式2中，以一定的負載電流脈沖作用于電池(脈寬在數(shù)秒范圍,實際操作時我們采取2秒和5秒兩檔）,記錄其負載電壓降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，第一個脈沖產(chǎn)生的電壓降δv1受其影響顯著，而第二個脈沖δv2，通過實證顯示其一致性較好。本方法中，采用δv2、電流i這兩個參數(shù)。

電池soh的定義

電池長期使用必然發(fā)生老化或劣化，因而必須估計電池的健康狀態(tài)（state-of-health，soh）。電池soh的標(biāo)準定義是在標(biāo)準條件下動力電池從充滿狀態(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）

從公式（1）公式（2）可看出，soh值可通過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趨于無窮大時，vmax=e

2）靜態(tài)負載電壓vmin

vmin=e×m/(m+dcr)

其中，m=l×rs/(l+rs)

當(dāng)rs趨于無窮大時m=l，則vmin=e×l/(l+dcr)

3）負載電壓差δv

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

當(dāng)rs趨于無窮大時m=l;δv=e×dcr/(l+dcr)

4）負載電流i

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

當(dāng)rs趨于無窮大時m=l;i=e/(l+dcr)

5）放電倍率cr

cr=i/ahc=e/((m+dcr)×ahc)

當(dāng)rs趨于無窮大時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趨于無窮大時,截距γ值為0，cr與δv間簡化為等比關(guān)系:

cr=δδv----公式（5）

綜上所述，一種快速的動力蓄電池soh（健康狀態(tài)）測量方法，其特征是通過對電池進行先后二次間隔一定時間的同等負載情況下的脈沖放電，測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)值來比對，推算其soh值：

測試方法由三種模式組成，模式1從一系列未知的狀態(tài)開始，電池必須處于開路狀態(tài)；在模式2中，以一定的負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。

本方法能實現(xiàn)有效解決傳統(tǒng)測量方式所面臨的問題，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。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的雙脈沖測量法的電壓電流變化圖。

附圖2是本發(fā)明的檢測等效電路示意圖。

附圖3是本發(fā)明的檢測擬合結(jié)果示意圖。

附圖4是本發(fā)明的檢測主程序圖。

具體實施方式

雙脈沖測量法

本方法通過對電池進行二次脈沖放電后測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)值模型來推算其soh值。

如圖1所示，測試由三種模式組成，即模式1、模式2、模式3。模式1從一系列未知的歷史開始，電池必須處于開路狀態(tài)。在模式2中，以一定的負載電流脈沖作用于電池(脈寬在數(shù)秒范圍,實際操作時我們采取2秒和5秒兩檔）,記錄其負載電壓降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，第一個脈沖產(chǎn)生的電壓降δv1受其影響顯著，而第二個脈沖δv2，通過實證顯示其一致性較好。本方法中，采用δv2、電流i這兩個參數(shù)。

電池soh的定義

電池長期使用必然發(fā)生老化或劣化，因而必須估計電池的健康狀態(tài)（state-of-health，soh）。電池soh的標(biāo)準定義是在標(biāo)準條件下動力電池從充滿狀態(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）-1

從公式（1）公式（2）可看出，soh值可通過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趨于無窮大時，vmax=e

2）靜態(tài)負載電壓vmin

vmin=e×m/(m+dcr)

其中，m=l×rs/(l+rs)

當(dāng)rs趨于無窮大時m=l，則vmin=e×l/(l+dcr)

3）負載電壓差δv

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

當(dāng)rs趨于無窮大時m=l;δv=e×dcr/(l+dcr)

4）負載電流i

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

當(dāng)rs趨于無窮大時m=l;i=e/(l+dcr)

5）放電倍率cr

cr=i/ahc=e/((m+dcr)×ahc)

當(dāng)rs趨于無窮大時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趨于無窮大時,截距γ值為0，cr與δv間簡化為等比關(guān)系:

cr=δδv----公式（5）

本方法實施步驟

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

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

步驟2）對表1中的放電倍率cr及δv2進行最小二乘直線擬合計算，解得公式（4）中的δ、γ兩個參數(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，再與已知值進行比較，得到偏差值。在原始記錄列表中，剔除偏差值相對較大的記錄，再重復(fù)步驟2），重新進行擬合計算。這個過程可以循環(huán)多次，直至獲得滿意的結(jié)果。以上步驟1）至步驟3）其目的是建立計算模型，同一批次的測試對象只需建模一次，即后續(xù)的測試省略步驟1）至步驟3），從下列步驟4）開始

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

步驟5）將步驟4）測量出的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，再通過公式（3），即可得到電池b的soh值，如表2右側(cè)“計算結(jié)果”欄所示。

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

比較實驗驗證了本測量方法的準確性，如下表1所示。

表：全放電試驗法與雙脈沖測量法對比。

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EIS還可以評估電池的健康狀態(tài)（SOH）！

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