一種鋰離子電池包健康狀態(tài)評(píng)估方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池包健康狀態(tài)評(píng)估方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 世界石油危機(jī)和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，各國對(duì)改善環(huán)境、節(jié)約能源的呼聲日益高漲， 對(duì)傳統(tǒng)汽車的排放等強(qiáng)制性指標(biāo)實(shí)行逐年加嚴(yán)措施。與傳統(tǒng)汽車以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力相比，電 動(dòng)汽車則采用蓄電池組作儲(chǔ)能動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)電機(jī)使車輛行駛。電動(dòng)汽車是新能源汽車未來 的發(fā)展方向，而動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的核心。鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、重 量輕、體積小、自放電率小、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無記憶效應(yīng)、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，成為當(dāng)前電動(dòng)汽 車動(dòng)力電池的首選。
[0003] 單體鋰離子電池提供的動(dòng)力是有限的，因此要滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力需求勢(shì)必要將 眾多的單體鋰離子電池采用串/并聯(lián)的方式連接成組，將成組的鋰離子電池作為電動(dòng)汽車 的動(dòng)力源。但電池在成組前后有很大的差異性，成組應(yīng)用時(shí)的問題相比單體更為復(fù)雜和突 出，由于連接方式、單體不一致性、均衡系統(tǒng)性能以及環(huán)境條件的差異性等因素的影響使得 電池組的比能量、比功率等各項(xiàng)性能參數(shù)往往達(dá)不到單體原有水平，更為嚴(yán)重的是使用壽 命較單體電池明顯縮短，原因是電池組的健康狀況是由串/并聯(lián)的各個(gè)單體電池的健康狀 況決定的，當(dāng)某個(gè)或某些電池的健康狀態(tài)出現(xiàn)急劇惡化時(shí)，整個(gè)電池組的健康狀況也會(huì)受 到影響。
[0004] 電池的健康狀況（SOH，State of Health)，是指在一定條件下，電池所能充入或放 出電量與電池標(biāo)稱容量的百分比。S0H以百分比的形式表現(xiàn)了當(dāng)前電池的容量能力，對(duì)一塊 新的電池來說，其S0H值一般是大于等于100%的，隨著電池的使用，電池在不斷老化，S0H 逐漸降低。準(zhǔn)確估算動(dòng)力電池 S0H可以提高電池荷電狀態(tài)估算精度，對(duì)于整車控制性能提 高和續(xù)駛里程的預(yù)測(cè)具有重要意義；動(dòng)力電池的S0H可以為動(dòng)力電池組均衡技術(shù)研發(fā)提供 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。電池間均衡的標(biāo)準(zhǔn)有電壓、內(nèi)阻、容量等，S0H能夠準(zhǔn)確反映出電池當(dāng)前容量能 力，因此S0H精確估算可為電池間的均衡控制策略的制定提供依據(jù)；最后還根據(jù)電池的S0H 可以預(yù)估電池的剩余循環(huán)次數(shù)，及時(shí)通知用戶和電池廠家做好更換電池的準(zhǔn)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池包健康狀態(tài)的評(píng)估方法，具有全面、準(zhǔn)確的 特點(diǎn)，使維護(hù)人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除電池包隱患，保證正常運(yùn)行。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠準(zhǔn)確評(píng)測(cè)鋰離子電池包健康狀態(tài)的評(píng)估系 統(tǒng)。
[0007] -種鋰離子電池包健康狀態(tài)評(píng)估方法，包括以下步驟：
[0008] S1，預(yù)設(shè)一電池電壓閥值判定條件，讀取電池包各串電池的電壓數(shù)據(jù)，若讀取的電 壓數(shù)據(jù)不符合判定條件，則判定電池包已處于非健康狀態(tài)；若讀取的電壓數(shù)據(jù)符合判定條 件，則進(jìn)行下一步；
[0009] S2,
[0010] S21，讀取電池包最后一次滿放電的數(shù)據(jù)，包括放電時(shí)間td和放電電流Id，滿放電 的定義為：從電池包S0C為100%的狀態(tài)放電至S0C為0%的狀態(tài)。
[0011] S22,依據(jù)計(jì)算公式：
計(jì)算電池包滿放電的放電容量Qd,
[0012] 323，依據(jù)計(jì)算公式：30!1 = 〇/〇。\100%得到電池包的30知，〇。為電池包的初始額 定容量，
[0013] S24,若S0Hfd < 80%，則判定電池包已處于非健康狀態(tài)；若S0Hfd彡80%，則進(jìn)行 下一步；
[0014] S3,讀取電池包的當(dāng)前S0C，
[0015] 若S0C < 50%，則通過內(nèi)阻測(cè)試法、恒壓放電測(cè)試法和容量比對(duì)測(cè)試法三種方法 分別計(jì)算得出電池包的健康狀態(tài)值S0HR、S0H VD和S0He，然后取三者最小值作為電池包的S0H 值；
[0016] 若S0C > 50%，則通過內(nèi)阻測(cè)試法、恒壓充電測(cè)試法和容量比對(duì)測(cè)試法三種方法 分別計(jì)算得出電池包的健康狀態(tài)值S0HR、S0H vjP S0He，然后取三者最小值作為電池包的S0H 值；
[0017] S4,根據(jù)S3得出的電池包的S0H值，
[0018] 若S0H < 80%，則判定電池包處于非健康狀態(tài)；
[0019] 若80 %彡S0H < 90%，則判定電池包處于二級(jí)健康狀態(tài)；
[0020] 若90 %彡S0H彡100%，則判定電池包處于一級(jí)健康狀態(tài)；
[0021 ] 內(nèi)阻測(cè)試法S0HR的評(píng)估方式為：
[0022] 計(jì)算Ra = Λ U/I，其中，在恒定的電流下，采集標(biāo)準(zhǔn)電位下電壓的變化值，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 為500ms或者更短時(shí)間采集數(shù)據(jù)與標(biāo)稱阻值進(jìn)行計(jì)算A = Ra/R。，其中艮表示當(dāng)前電池阻 值，R。表示標(biāo)稱電池阻值。
[0023] 若 A > 2,則 S0HR < 80% ;
[0024] 若 1 < A 彡 2,則 80%彡 S0HR < 90% ;
[0025] 若 A 彡 1，則 90%彡 S0HR 彡 100%。
[0026] 容量比對(duì)法的S0Hc評(píng)估方式為：
[0027] S0Hc = K* (CT/CTRUE) *100 %，
[0028] 其中，K為放電效率，計(jì)算公式為K = CENe/CBMS，CENe為電機(jī)最大輸出功率由整車記 錄儀提供數(shù)據(jù)，C BMS為電池輸入最大功率，由電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。K值的確定范圍： 0.85~1. 1，如K值不在此范圍則默認(rèn)為1。
[0029] 4為電池放電容量，計(jì)算公式為
Id為放電電流，t。為初始時(shí)間， td為放電截止時(shí)間。
[0030] cTRUE = (socQ-socF)*CR，CR為電池的額定容量，S0C F為電池放電結(jié)束時(shí)所顯示的 S0C狀態(tài)，S0C。為電池放電前所顯示的S0C狀態(tài)。
[0031 ] S0He計(jì)算取值4次，結(jié)果取平均值。
[0032] 恒壓充電法的S0Hvc評(píng)估方式為：
[0033] 以電池的某一電位為基準(zhǔn)，給定標(biāo)準(zhǔn)電壓下進(jìn)行充電當(dāng)電流減小到設(shè)定值（1A或 者更小）或達(dá)到設(shè)定截止值一定時(shí)間即認(rèn)為充電完成，計(jì)算充電時(shí)間T vc。
[0034] 若 Tvc > 2h，則 S0Hvc < 80% ;
[0035] 若 lh < Tvc 彡 2h，則 80 % 彡 S0Hvc < 90 % ;
[0036] 若 Tvc 彡 lh，則 90 % 彡 S0Hvc 彡 100 %。
[0037] 恒壓放電法的S0HVD評(píng)估方式為：
[0038] 以電池的某一電位為基準(zhǔn)，給定標(biāo)準(zhǔn)電壓下進(jìn)行放電當(dāng)電流減小到設(shè)定值（例如 1A或者更小）即認(rèn)為放電完成，計(jì)算放電時(shí)間T VD。
[0039] 若 TVD < 30min，則 S0HVD < 80% ;
[0040] 若 30min 彡 TVD < 45min，則 80 % 彡 S0HVD < 90 % ;
[0041] 若 TVD 彡 45min，則 90 % 彡 S0HVD 彡 100 %。
[0042] 優(yōu)選的，在步驟S1中，所述電池電壓閥值為單體電池電壓的最大閥值和單體電池 電壓的最小閥值，若讀取的電池包各串單體電池電壓數(shù)據(jù)全部介于所述單體電池電壓最大 閥值和所述單體電池電壓最小閥值之間，則為電壓數(shù)據(jù)符合判定條件；否則，為電壓數(shù)據(jù)不 符合判定條件。
[0043] 優(yōu)選的，在步驟S1中，對(duì)于磷酸鐵鋰鋰離子電池包，所述單體電池電壓最大閥值 為3. 85V~4. 2V，所述單體電池電壓最小閥值為1. 5V~1. 8V。
[0044] 優(yōu)選的，在步驟S1中，所述電池電壓閥值為一電壓差值閥值，
[0045] 若讀取的電池包各串單體電池電壓數(shù)據(jù)中最大值與最小值的差值不大于所述電 壓差值閥值，則為電壓數(shù)據(jù)符合判定條件；否則，為電壓數(shù)據(jù)不符合判定條件。
[0046] 優(yōu)選的，在步驟S1中，對(duì)于磷酸鐵鋰鋰離子電池包，所述電壓差值閥值為500mV~ 800mV〇
[0047] -種鋰離子電池包健康狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，包括控制單元（210)、電池充放電單元 (230)、保護(hù)單元（240)和聲光電顯示單元（220);所述電池充放電單元（230)與保護(hù)單元 (240)連接，所述保護(hù)單元（240)與電池包（100)的電池連接；所述控制單元（210)與所述 電池充放電單元（230)連接，所述控制單元（210)與電池包（100)的電池管理系統(tǒng)（BMS) 連接，所述控制單元（210)與所述聲光電顯示單元（220)連接。
[0048] 電池充放電單元（230)，用于對(duì)電池進(jìn)行充電和放電；保護(hù)單元（240)，用于切斷 電池包充電和放電的通路；聲光電顯示單元（220)，用于顯示電池包的狀態(tài)以及測(cè)試結(jié)果。
[0049] 所述控制單元（210)包括：
[0050] 數(shù)據(jù)讀取單元（211)，與所述電池包（100)的BMS連接，用于讀取電池包電池歷史 數(shù)據(jù)及當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)；
[0051] 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元（212)，與所述數(shù)據(jù)讀取單元連接，用于存儲(chǔ)所述數(shù)據(jù)讀取單元讀取 的電池包數(shù)據(jù)；
[0052] 數(shù)據(jù)處理單元（213)，與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元連接，用于分析處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的 電池包數(shù)據(jù)；
[0053] 以及數(shù)據(jù)發(fā)送單元（214)，分別與所述數(shù)據(jù)處理單元（213)以及所述聲光電顯示 單元（220)連接，用于將所述數(shù)據(jù)處理單元處理的數(shù)據(jù)輸出到所述聲光電顯示單元。
[0054] 優(yōu)選的，所述控制單元（210)與所述電池包（100)的BMS連接接口定義包括： CAN-USB、RS232-USB、擴(kuò)展接口 PLC。
[0055] 優(yōu)選的，所述控制單元（210)與所述電池包（100)的BMS通信的通訊協(xié)議包括采 用控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN總線、高速串行總線SPI協(xié)議。
[0056] 本發(fā)明考慮了電池在使用過程中所要面對(duì)的各種復(fù)雜環(huán)境因素，從電池的電壓、 內(nèi)阻、容量和溫度方面綜合評(píng)估電池包的健康狀態(tài)，完成對(duì)電池包內(nèi)電池的健康狀態(tài)的全 面評(píng)測(cè)，提高了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0057] 圖1為本發(fā)明的鋰離子電池包健康狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0058] 圖2為本發(fā)明的鋰離子電池包健康狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)中控制單元的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0059] 圖3為本發(fā)明的鋰離子電池包健康狀態(tài)評(píng)估方法的流程圖。
[0060] 其中，附圖標(biāo)記說明如下：
[0061] 100電池包 200電池包健康狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)
[0062] 210控制單元 220聲光電顯示單元
[0063] 230電池充放電單元240保護(hù)單元
[0064] 211數(shù)據(jù)讀取單元 212數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元
[0065] 213數(shù)據(jù)處理單元 214數(shù)據(jù)發(fā)送單元
【具體實(shí)施方式】
[0066] 如圖3所示本發(fā)明的鋰離子電池包健康狀態(tài)評(píng)估方法流程圖。
[0067] 針對(duì)磷酸鐵鋰鋰離子電池包，本發(fā)明一種鋰離子電池包健康狀態(tài)評(píng)估方法，包括 以下步驟：
[0068] S1，通過電池管理系統(tǒng)讀取電池包各串電池的電壓數(shù)據(jù)，若讀取的電壓數(shù)據(jù) < 1.5V或者> 3.85