一種基于電池管理系統(tǒng)的鋰電池健康狀態(tài)評估方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池評估方法領域，具體是一種基于電池管理系統(tǒng)的鋰電池健康狀態(tài) 評估方法。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池具有能量密度大、循環(huán)性能好以及無記憶等優(yōu)良特點，是新一代高效 可充放電電池，在航空、電子、電力等領域均有廣泛的應用。尤其是在智能電網中，以鋰電池 組為重要單元的儲能電池系統(tǒng)在平抑分布式電源功率波動等方面也意義重大。
[0003] 隨著鋰離子電池應用的日益廣泛，使用過程中開始暴露一系列問題，尤其是其健 康狀態(tài)問題。如果對使用中的電池健康狀態(tài)理解不夠，那么造成的意外電池壽命終結往 往導致系統(tǒng)整體功能失效，嚴重影響系統(tǒng)的正常運行。因此，對電池健康狀態(tài)（State of Health，S0H)進行科學地估計，實時預知電池健康狀況十分必要。SOH評估對進一步指導電 池的運行與維護，實現(xiàn)電池長時間可靠工作的重要方面以及防止災難性事故的發(fā)生具有重 要意義。
[0004] SOH是反映電池健康狀態(tài)、預期使用壽命的一種指標。根據(jù)SOH的大小，可判斷出 電池處于生命周期的哪個階段，以預測何時需要更換新的電池。傳統(tǒng)SOH基本定義是：電池 所能充入或放出電量與電池標稱容量的百分比。SOH以百分比的形式表現(xiàn)了當前電池的容 量能力，對一塊新的電池來說，其SOH值一般是接近100%的，隨著電池的使用，電池在不斷 老化，SOH逐漸降低，在IEEE標準1188-1996中有明確規(guī)定，當電池的容量能力下降到80% 時，即SOH小于80%時，應更換電池。國內外已有一些評估SOH的方法，包括直接放電法、 電化學阻抗分析法、模型法以及電壓曲線擬合法等。其中，直接放電法需要離線測試電池 的S0H，實現(xiàn)困難；測試負載較笨重，操作不方便，且放電時間長；電化學阻抗法需要做大量 的數(shù)據(jù)采集與分析，以獲取此款電池的特性，而且還需要較多的關于阻抗及阻抗譜的理論 知識，除此之外，此方法的造價也較為昂貴；模型法需要認真分析電池內部化學反應，并知 道電池一些固有參數(shù)，如活化焓，活化熵等，而且運用之前也需要做大量關于電池壽命的試 驗，試驗量大；電壓曲線擬合法通用性較差，根據(jù)電壓曲線擬合法所建立的估算SOH的模型 僅適用于這一型號的鋰離子動力電池，換而言之，針對一批新型號的電池，就要重新建立估 算模型。前述方法都涉及具體的物理測量，需要獨立的實驗或者數(shù)據(jù)，可行性較差。然而， 現(xiàn)有鋰電池組系統(tǒng)中，一般都配置了電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS)， 可以很容易得到電池總工作電壓、每塊電池單體電壓、電池容量、電池荷電狀態(tài)（State of Charge, SOC)、最高/最低電池溫度等。因此，可基于BMS進行電池 SOH評估。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種具體是一種基于電池管理系統(tǒng)的鋰電池健康狀態(tài)評估 方法，以實時預知電池健康狀態(tài)，對維護電池運行以及系統(tǒng)整體運行水平具有重要意義。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為：
[0007] 一種基于電池管理系統(tǒng)的鋰電池健康狀態(tài)評估方法，其特征在于：包括以下步 驟：
[0008] (1)、通過電池管理系統(tǒng)獲取電池部分信息，包括電池總工作電壓、每塊電池單體 電壓、電池容量、電池荷電狀態(tài)SOC、最高/最低電池溫度；
[0009] (2)、定義主要參數(shù)及表達式：
[0010] (2-1)、定義電池循環(huán)次數(shù)為充電或放電過程中，SOC的單向變化范圍需大于20個 百分點時，電池累積循環(huán)次數(shù)加1，設電池額定循環(huán)次數(shù)值為(；，當前電池累積循環(huán)次數(shù)為 Cf，為保證電池正常使用，則CfS Cp并規(guī)定電池額定循環(huán)次數(shù)值(；=20000 ;
[0011] (2-2)、定義電池使用時長為電池處于正常工作狀態(tài)即與外界存在能量交互的總 時間，設電池使用時長額定值為?；，當前電池累積使用時長為T f，并規(guī)定電池使用時長額定 值 Tr= 3year ;
[0012] (2-3)、定義電池容量為電池存儲電量的大小，根據(jù)BMS監(jiān)控系統(tǒng)讀取，設電池額 定容量為W，當前電池標稱容量為D f，并規(guī)定電池額定容量W= 100 ;
[0013] (2-4)、定義短時能量交換次數(shù)為電池向外發(fā)出功率大于3kW且持續(xù)時間大于 lmin，至電池向內吸收功率大于3kW且持續(xù)時間大于lmin，如此循環(huán)η次，短時能量交換次 數(shù)加 η，通過PCS輸出功率獲知，設電池短時能量交換次數(shù)額定值為民，當前電池累積的短 時能量交換次數(shù)為Ef，并規(guī)定短時能量交換次數(shù)額定值民=150000 ;
【主權項】
1. 一種基于電池管理系統(tǒng)的鋰電池健康狀態(tài)評估方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 、通過電池管理系統(tǒng)獲取電池部分信息，包括電池總工作電壓、每塊電池單體電壓、 電池容量、電池荷電狀態(tài)SOC、最高/最低電池溫度； (2) 、定義主要參數(shù)及表達式： (2-1)、定義電池循環(huán)次數(shù)為充電或放電過程中，SOC的單向變化范圍需大于20個百分 點時，電池累積循環(huán)次數(shù)加1，設電池額定循環(huán)次數(shù)值為(；，當前電池累積循環(huán)次數(shù)為Cf，為 保證電池正常使用，則C fS Cy并規(guī)定電池額定循環(huán)次數(shù)值(；=20000 ; (2-2)、定義電池使用時長為電池處于正常工作狀態(tài)即與外界存在能量交互的總時間， 設電池使用時長額定值為?；，當前電池累積使用時長為Tf，并規(guī)定電池使用時長額定值?； =3year ； (2-3)、定義電池容量為電池存儲電量的大小，根據(jù)BMS監(jiān)控系統(tǒng)讀取，設電池額定容 量為^，當前電池標稱容量為Df，并規(guī)定電池額定容量1= 100 ; (2-4)、定義短時能量交換次數(shù)為電池向外發(fā)出功率大于3kW且持續(xù)時間大于lmin，至 電池向內吸收功率大于3kW且持續(xù)時間大于lmin，如此循環(huán)η次，短時能量交換次數(shù)加 n， 通過PCS輸出功率獲知，設電池短時能量交換次數(shù)額定值為I，當前電池累積的短時能量交 換次數(shù)為Ef，并規(guī)定短時能量交換次數(shù)額定值民=150000 ; (3) 、歸一化處理： (3-1)、電池循環(huán)次數(shù)標么：; (3-2)、電池使用時長標么： (3-3)、電池容量標么：; (3-4)、電池短時能量交換次數(shù)標么：; (4) 、權重系數(shù)確定： 根據(jù)影響電池使用壽命的指標的重要性以及電池出廠標準，人為權衡規(guī)定權重系數(shù)的 值，設電池循環(huán)次數(shù)權重為λ i，= 〇.電25池使用時長權重為λ 2，電池容量權重為λ 3，電 池短時能量交換權重為λ 4，滿足1 ; (5) 、SOH 計算： 根據(jù)上述定義與參數(shù)設置，采用公式（1)計算電池 SOH值： SOH = λ1·〇+λ2·?+λ3·?+λ4·θ (1)， 此外，當單體電池電壓超出[2. 5, 3. 6]范圍時，SOH = 0 ; (6) 、建立SOH值與電池健康狀態(tài)映射關系： 計算出SOH值后，可根據(jù)不同SOH值范圍下的電池健康狀態(tài)，建立不同SOH值范圍與 電池健康狀態(tài)的對應映射關系表格，根據(jù)對應映射關系表格可進彳丁其他電池的健康狀態(tài)評 估，并對不同健康狀態(tài)的電池做相應的處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電池管理系統(tǒng)的鋰電池健康狀態(tài)評估方法，首先根據(jù)電池管理系統(tǒng)獲得電池基本信息，主要包括電池總工作電壓、每塊電池單體電壓、電池容量、電池荷電狀態(tài)、最高/最低電池溫度等；其次定義一系列與電池健康狀態(tài)相關的參數(shù)并規(guī)定各項性能指標權重；然后采用數(shù)值計算公式得到電池健康狀態(tài)值，并與評估對應表確定電池當前健康狀態(tài)。本發(fā)明提出的電池健康狀態(tài)評估方法，簡單有效，尤其適用于配置了電池管理系統(tǒng)的鋰電池組的健康狀態(tài)評估，可為電池的運行維護提供技術支撐。
【IPC分類】G01R31-36, G06F19-00
【公開號】CN104635166
【申請?zhí)枴緾N201510064604
【發(fā)明人】鄭天文, 王志文, 陳文強, 陳來軍, 黃少偉
【申請人】蕪湖大學科技園發(fā)展有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月6日

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