本發(fā)明涉及一種估算方法，具體是一種電池健康度SOH估算方法。

背景技術(shù)：

在經(jīng)濟(jì)、交通高速發(fā)展的同時(shí)，也引發(fā)了能源緊缺、石油漲價(jià)、城市污染嚴(yán)重等問題。為了滿足人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的最終能源選擇，代替煤炭、石油的新能源的開發(fā)被越來越多國(guó)家政府所重視。而作為新能源體系不可或缺的重要組成部分，蓄電池受到大型電動(dòng)車輛、電動(dòng)工具、太陽能及風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能設(shè)備、UPS、醫(yī)療儀器設(shè)備等市場(chǎng)越來越多的關(guān)注。但是當(dāng)前蓄電池存在諸多問題，如：快速充放電性能差、價(jià)格過高和過充放電保護(hù)問題，在過充或?yàn)E用的情況下，電池可能發(fā)生火災(zāi)或者爆炸。因此，為確保電池性能良好、延長(zhǎng)電池的使用壽命和優(yōu)化匹配系統(tǒng)動(dòng)力參數(shù)，必須對(duì)電池性能壽命進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而確保各種設(shè)備正常、可靠、安全的運(yùn)行。

如今UPS電源的蓄電池大多數(shù)為閥控鉛酸電池（VRLA），現(xiàn)有的電氣設(shè)備只能監(jiān)測(cè)蓄電池的總電壓和總電流，均無法監(jiān)測(cè)單體電池的電壓、容量、內(nèi)阻等參數(shù)，無法判斷哪只電池出現(xiàn)過充、過放、短路、容量低等故障，出現(xiàn)故障后也不能提供報(bào)警信息。

并且由于蓄電池的劣化是緩慢的長(zhǎng)周期的老化積累過程,如何在線檢測(cè)蓄電池的劣化程度(State of health—SOH)是用戶最為關(guān)心的問題，如果蓄電池劣化損壞，未能提醒工作人員及時(shí)更換，將無法確保UPS系統(tǒng)正常工作，給企業(yè)造成的損失也十分嚴(yán)重。因此，需要實(shí)施控制系統(tǒng)UPS電源在線監(jiān)測(cè)，通過遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)蓄電池的工作狀態(tài)、劣化程度（SOH）和故障報(bào)警等功能，以延長(zhǎng)UPS蓄電池的使用壽命。

目前研究電池SOH的意義重大，電池的健康狀況(State-of-Health,SOH)估計(jì)是目前研究的薄弱環(huán)節(jié)，已經(jīng)成為當(dāng)前電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最大缺陷，直接影響了電池容量的有效發(fā)揮,降低了電池使用的安全性和可靠性,并且影響了電池均衡系統(tǒng)的功能發(fā)揮,使得電池充放電控制缺乏足夠參考依據(jù),最終會(huì)影響到電池的性能和使用壽命。

隨著電池在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電池的性能監(jiān)測(cè)也逐漸被重視，電池的SOC和SOH是電池兩個(gè)重要的性能監(jiān)測(cè)指標(biāo)，然而與SOC的研究相比，有關(guān)SOH的研究相對(duì)滯后，估計(jì)方法也不太成熟，所以SOH的精確估算是當(dāng)前研究的熱門與難點(diǎn)。目前有關(guān)SOH的估計(jì)方法主要集中在傳統(tǒng)方法，傳統(tǒng)的方法主要是以電池循環(huán)充放電試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)電池特性的變化情況進(jìn)行分析，從而估計(jì)電池的SOH，缺點(diǎn)是造成浪費(fèi)、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、不能在線實(shí)時(shí)測(cè)量等。

電池內(nèi)阻作為電池最為重要的參數(shù)之一，也是電池健康度狀態(tài)的重要指標(biāo)。在一般情況下，相同的電池內(nèi)阻小的電池放電能力強(qiáng)，內(nèi)阻大的放電能力相對(duì)弱。目前多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究表明，電池內(nèi)阻與電池SOH 之間存在密切關(guān)聯(lián)。所以電池健康度SOH主要是基于內(nèi)阻來預(yù)測(cè)，同時(shí)內(nèi)阻也受電壓與SOC值的影響，間接也影響了SOH。可見電池內(nèi)阻、電壓等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)SOH精確估算的重要，從而測(cè)量電池內(nèi)阻、電壓這些參數(shù)也就有了很重要的實(shí)際意義

作為監(jiān)測(cè)電池性能的監(jiān)測(cè)平臺(tái)也順勢(shì)變成了國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)主要研究的問題，全球各大科研單位、企業(yè)紛紛加入了對(duì)電池性能監(jiān)測(cè)平臺(tái)的研發(fā)當(dāng)中來。蓄電池對(duì)后備直流電源系統(tǒng)能否安全工作起到了舉足輕重的作用。在國(guó)外，從二十世紀(jì)三十年代，阿道夫德斯勒發(fā)明了第一個(gè)免維護(hù)密閉鉛酸蓄電池的原型后，美、德、日、韓等都加入了對(duì)電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)隊(duì)伍當(dāng)中來。電池監(jiān)測(cè)平臺(tái)不光是采集測(cè)量電壓、充電電流、溫度及電池內(nèi)阻等參數(shù)，并且至關(guān)重要的是我們能夠依據(jù)采集的電池?cái)?shù)據(jù)對(duì)電池性能進(jìn)行分析處理，進(jìn)而能夠更好的對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)^[20-21]。

對(duì)于國(guó)內(nèi)來說，由于國(guó)內(nèi)的科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，本國(guó)的電池每年生產(chǎn)的數(shù)量目前占據(jù)了世界總量的三分之一。但是對(duì)于電池的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，我國(guó)目前還是依照傳統(tǒng)的單體測(cè)量形式對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)。最近幾年在嵌入式和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展的情況下，國(guó)內(nèi)也呈現(xiàn)了一部分智能化的電池監(jiān)測(cè)方法，并使監(jiān)測(cè)的平臺(tái)也變得多樣化^[23]。例如，巨能科技公司致力研發(fā)的蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還包括易斯特公司生產(chǎn)的有關(guān)UPS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)外電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總結(jié)，目前電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所用的平臺(tái)有以下幾種：

1．LabVFEW軟件平臺(tái)

采用NI公司的LabVFEW8.6作為監(jiān)控平臺(tái)軟件的開發(fā)平臺(tái)，既能很方便的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)需要的功能，又能使軟件設(shè)計(jì)變得直觀、快捷。按照實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的前面板和程序流程圖，前面板是儀器使用者與操作系統(tǒng)的橋梁，而程序框圖則是數(shù)據(jù)流與命令流程的結(jié)合。

2．以傳感器模塊化的硬件平臺(tái)

有以LEM公司蓄電池傳感器Sentinel模塊為基礎(chǔ)的蓄電池在線監(jiān)測(cè)硬件平臺(tái)的構(gòu)成,用基于ARM9來完成蓄電池在線監(jiān)測(cè)，通過數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)合蓄電池參數(shù)的人機(jī)交互，方便用戶在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)觀測(cè)蓄電池組整體電壓，電流以及各單體電池的阻抗，電壓和溫度^[24]。

3．VB軟件平臺(tái)

VB軟件環(huán)境下的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，它提供的開發(fā)環(huán)境引入了面向?qū)ο蟮木幊虣C(jī)制,巧妙地將Windows編程的復(fù)雜性封裝起來, 使用窗體和控件等可視化界面設(shè)計(jì)用戶程序, 提高了應(yīng)用程序的開發(fā)效率。另外, VB 還提供了一個(gè)非常方便的串行通信控件Mscomm , 它既可以使用查詢方式,也可以使用事件驅(qū)動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)串行通信^[25-26]。

4．工控軟件MFC平臺(tái)

MFC平臺(tái)在C++語言環(huán)境下實(shí)現(xiàn)軟件的編譯，采用以太網(wǎng)與設(shè)備通信，MFC軟件平臺(tái)目前廣泛用于工控軟件編程，同時(shí)C++比其他編程語言也有好多優(yōu)點(diǎn)，C++以繼承與模板為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)庫，同時(shí)允許類的多繼承，編程更為簡(jiǎn)潔，使平臺(tái)和語言環(huán)境的銜接更為緊密，相比其他平臺(tái)而言更簡(jiǎn)單穩(wěn)定，也是本發(fā)明主要應(yīng)用的平臺(tái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電池健康度SOH估算方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種電池健康度SOH估算方法，通過電池循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)得到SOH受內(nèi)阻、容量、SOC參數(shù)的影響，并把內(nèi)阻作為研究標(biāo)準(zhǔn)，為接下來的算法研究提供對(duì)象；以內(nèi)組為研究對(duì)象，建立電池等效電路模型，并在模型的基礎(chǔ)上采用D-EKF對(duì)電池的健康度進(jìn)行估算；在windows環(huán)境下，設(shè)計(jì)以VC++為開發(fā)內(nèi)核的測(cè)試軟件，將D-EKF算法打包進(jìn)軟件測(cè)試平臺(tái)完成對(duì)單體電池SOH的估算，同時(shí)設(shè)計(jì)電池主要參數(shù)的顯示界面，完成對(duì)各單體電池狀態(tài)參數(shù)與SOH的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過電池循環(huán)放電得出的真實(shí)數(shù)據(jù)與測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比，從而測(cè)試SOH數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與D-EKF算法的可行性。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：在電池等效電路模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用擴(kuò)展卡爾曼濾波EKF算法估算SOH，針對(duì)SOH在線估計(jì)時(shí)電池模型的初始參數(shù)受SOC初始值影響會(huì)誤差增大的情況，在估計(jì)電池的SOH之前保證在一定的SOC區(qū)間內(nèi)，進(jìn)而引入雙擴(kuò)展卡爾曼濾波D-EKF算法，同時(shí)估算SOC與SOH。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：在windows環(huán)境下，設(shè)計(jì)以VC++為開發(fā)內(nèi)核的圖形化語言界面MFC，作為電池的軟件測(cè)試平臺(tái)，把從監(jiān)測(cè)儀采集到單體電壓、電流、內(nèi)阻和溫度數(shù)據(jù)通過通信協(xié)議傳入到監(jiān)測(cè)平臺(tái)的軟件上，監(jiān)測(cè)軟件通過D-EKF算法計(jì)算SOH并顯示在監(jiān)測(cè)軟件界面上，實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)對(duì)電池目前壽命狀態(tài)的實(shí)時(shí)測(cè)試，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)與電池循環(huán)放電數(shù)據(jù)對(duì)比表明該測(cè)試平臺(tái)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)精度準(zhǔn)確。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明針對(duì)各單體蓄電池的壽命狀態(tài)無法預(yù)測(cè)估算的問題，通過對(duì)電池健康度SOH研究，采用D-EKF方法對(duì)電池健康度SOH進(jìn)行估算，同時(shí)，設(shè)計(jì)了基于VC 軟件環(huán)境下的測(cè)試平臺(tái)，通過這個(gè)測(cè)試平臺(tái)來測(cè)試內(nèi)阻值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和D-EKF方法估算電池健康度的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為電池健康度SOH估算方法的軟件測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)總體框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例中，一種電池健康度SOH估算方法，通過電池循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)得到SOH受內(nèi)阻、容量、SOC參數(shù)的影響，并把內(nèi)阻作為研究標(biāo)準(zhǔn)，為接下來的算法研究提供對(duì)象；以內(nèi)組為研究對(duì)象，建立電池等效電路模型，并在模型的基礎(chǔ)上采用D-EKF對(duì)電池的健康度進(jìn)行估算；在windows環(huán)境下，設(shè)計(jì)以VC++為開發(fā)內(nèi)核的測(cè)試軟件，將D-EKF算法打包進(jìn)軟件測(cè)試平臺(tái)完成對(duì)單體電池SOH的估算，同時(shí)設(shè)計(jì)電池主要參數(shù)的顯示界面，完成對(duì)各單體電池狀態(tài)參數(shù)與SOH的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過電池循環(huán)放電得出的真實(shí)數(shù)據(jù)與測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比，從而測(cè)試SOH數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與D-EKF算法的可行性。在電池等效電路模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用擴(kuò)展卡爾曼濾波EKF算法估算SOH，針對(duì)SOH在線估計(jì)時(shí)電池模型的初始參數(shù)受SOC初始值影響會(huì)誤差增大的情況，在估計(jì)電池的SOH之前保證在一定的SOC區(qū)間內(nèi)，進(jìn)而引入雙擴(kuò)展卡爾曼濾波D-EKF算法，同時(shí)估算SOC與SOH。在windows環(huán)境下，設(shè)計(jì)以VC++為開發(fā)內(nèi)核的圖形化語言界面MFC，作為電池的軟件測(cè)試平臺(tái)，把從監(jiān)測(cè)儀采集到單體電壓、電流、內(nèi)阻和溫度數(shù)據(jù)通過通信協(xié)議傳入到監(jiān)測(cè)平臺(tái)的軟件上，監(jiān)測(cè)軟件通過D-EKF算法計(jì)算SOH并顯示在監(jiān)測(cè)軟件界面上，實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)對(duì)電池目前壽命狀態(tài)的實(shí)時(shí)測(cè)試，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)與電池循環(huán)放電數(shù)據(jù)對(duì)比表明該測(cè)試平臺(tái)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)精度準(zhǔn)確。選用的D-EKF估算方法同時(shí)估算SOC與SOH，如果SOH的測(cè)試值與真實(shí)值的精度大于5%，需要用SOC對(duì)其進(jìn)行修正。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。