一种BMS的锂电池SOH检测方法与流程

一种bms的锂电池soh检测方法
技术领域
1.本发明涉及一种锂电池检测方法，具体为一种bms的锂电池soh检测方法，属于新能源锂电池储能行业技术领域。


背景技术：

2.随着国家对新能源行业的政策倾斜，锂电池及bms系统被大量应用在诸多领域。其中锂电池soh作为反映电池健康程度的一项重要指标，及时测量电池soh状态，能够及时发现老化电池，规避可能引发的风险。
3.通常情况下，储能系统中的锂电池soh在出厂时为100％，后续随着电池老化而逐渐降低，但同城情况下是bms系统根据电池容量的损失估算，无法通过直接测量判断，所以在通常的bms系统中soh数据并不精确。有些bms设备可以根据采集到的电压电流数据，通过计算电池容量来估计锂电池的soh，但估算值可能误差较大，并且精确到单电池的复杂计算对bms设备算力要求较高。
4.通常对锂电池soh的测量方法是将电池慢充后再满放，通过测量电池容量，与电池额定容量比较来估算电池soh。但这总测量方法仅仅是通过电池的外部表现，间接的计算锂电池soh，并不是直接测量，评估电池的老化程度，估算精度较低。
5.在锂电池的出厂测试中，厂家会提供的电池在不同频率下的交流小信号阻抗曲线，当电池老化后，其电化学特性改变会在交流小信号阻抗曲线明显体现，所以可以通过该曲线的改变，精确到判断电池的健康程度。
6.内阻增大是电池老化的主要表现，老化电池更易发热，容量更小，往往更容易充满或放完，发热也容易与其他电池比更大。但锂电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻，他们在不同频率中的交流小信号阻抗是不同的。同时随着电池老化，其曲线各部分曲率会随着电池化学性质变化而改变，这能够有效的帮助电池soh的判断。


技术实现要素：

7.本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种bms的锂电池soh检测方法。
8.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种bms的锂电池soh检测方法，包括以下步骤
9.步骤一、利用锂电池交流小信号频域响应特性，通过扫描施加特定频率激励，分别检测锂电池在特定频率下的交流小信号电压响应和电流响应；
10.步骤二、再与该激励信号进行叠加解算，获得锂电池该频率下的交流小信号阻抗数据；
11.步骤三、通过对多组频率下的阻抗数据分析，即可拟合出电池在一段频率内的交流小信号阻抗奈奎斯特图；
12.步骤四、比对电池出厂时的阻抗图与多次充放电后的阻抗图，即可得出电池的老
化情况，即soh；
13.其中，用于对锂电池soh检测的电路包括：
14.电池包，其由若干个电池串联构成，且所述电池包电性连接有用于存储电池均衡能量的主动均衡电路、用于发出不同正弦交流信号的正弦激励电路、用于进行电压检测的电压检测电路、用于进行电流检测的电流检测电路，所述主动均衡电路和正弦激励电路均通过单机片进行控制，所述电压检测电路和电流检测电路的检测信号传输至单机片。
15.作为本发明再进一步的方案：所述锂电池的整个soh检测电路集成在bms系统采样从板中。
16.作为本发明再进一步的方案：所述步骤二中，对锂电池进行抗阻检测时，在充放电结束后检测锂电池内阻。
17.作为本发明再进一步的方案：所述电池包的连接电路上连接有主动均衡的开关矩阵。
18.作为本发明再进一步的方案：所述电池包的电池正极负极均连接有隔直耦合电容。
19.作为本发明再进一步的方案：所述锂电池的soh检测电路在初始检测时，先确定线路电阻。
20.本发明的有益效果是：
21.1、整个soh检测系统集成在bms系统采样从板中，能够定时检测电池soh状态。并且不同于通过数据间接估算，板载电路是检测电池一段频率内的阻抗的实际值，误差极小；
22.2、由于电池阻抗会随电池的充放电容量变化而微小变化，在充放电结束后检测电池内阻，能够辅助标定电池soc状况。同时也能及时发现阻抗偏离平均值较大的电池，提前预警，及时更换；
23.3、采用交流小信号检测电池阻抗从而判断电池soh的方法体积小成本低易实现，同时配合主动均衡电路，易于改造；
24.4、由于检测电路借用了主动均衡电路，需要经过若干继电器，并且检测电路较长，所以为了精确检测电池阻抗，需要在初始时估计线路电阻，排除干扰。
附图说明
25.图1为本发明soh检测电路原理示意图；
26.图2为本发明soh检测功能原理示意图；
27.图3为本发明电池交流小信号阻抗奈奎斯特图；
28.图4为本发明电池老化交流小信号阻抗奈奎斯特图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例一
31.如图1所示，一种bms的锂电池soh检测方法，bat1～bat4为锂电池，此处表示电池包内个个串联电池，实际情况中往往需要十几个电池串联，k1～k8为开关矩阵，分别为正极开关(与电池正极相连)、负极开关(与电池负极相连)；k9、k10为主动均衡开关，用于将主动均衡接入电路。l1为主动均衡储能电感，当k9、k10闭合时，用于存储电池均衡能量，此处不解释主动均衡原理；k11、k12为阻抗检测开关；当需要检测电池阻抗时，断开k9、k10闭合k11、k12；c1、c2为隔直耦合电容，连接在电池正极，c1另一端连接正弦交流激励电路，c2另一端连接电压检测电路。正弦交流激励电路由u1电压跟随器，r4～r7、c5～c7组成带通滤波器，u2为正弦信号发生器，此处配置其产生48组从0.1hz到10khz的交流信号，u2与u13通讯，u13为单片机，控制u2产生不同频率的正弦信号；电压检测电路由u3、u4、u5三个集成运放组成，负责将电池两端的交流小信号电压响应放大，并向之后的鉴相器传输；k12为电池负极开关，连接激励源虚拟地和电流检测电路。u6为运算放大器，由于其虚断特性的高阻抗，构成虚拟地；u7、u8、u9三个集成运放构成电流检测电路，r20为电流检测电阻，r20将电流信号转换为两侧的电压降，通过u7、u8、u9放大，向之后的鉴相器传输。sw1为模拟开关，通过单片机u13控制，用于选择电压检测和电流检测。模拟开关后连接带通滤波器，用于滤除高次谐波；之后连接半波鉴相器，鉴相器将激励信号与电压或电流信号相乘，并检测其幅值与相位信号检测出来，传输进单片机，由单片机解算电池阻抗。
32.实施例二
33.如图1至图4所示，一种bms的锂电池soh检测方法，包括以下步骤
34.步骤一、利用锂电池交流小信号频域响应特性，通过扫描施加特定频率激励，分别检测锂电池在特定频率下的交流小信号电压响应和电流响应；
35.步骤二、再与该激励信号进行叠加解算，获得锂电池该频率下的交流小信号阻抗数据；
36.步骤三、通过对多组频率下的阻抗数据分析，即可拟合出电池在一段频率内的交流小信号阻抗奈奎斯特图；
37.步骤四、比对电池出厂时的阻抗图与多次充放电后的阻抗图，即可得出电池的老化情况，即soh；
38.其中，用于对锂电池soh检测的电路包括：
39.电池包，其由若干个电池串联构成，且所述电池包电性连接有用于存储电池均衡能量的主动均衡电路、用于发出不同正弦交流信号的正弦激励电路、用于进行电压检测的电压检测电路、用于进行电流检测的电流检测电路，所述主动均衡电路和正弦激励电路均通过单机片进行控制，所述电压检测电路和电流检测电路的检测信号传输至单机片。
40.在本发明实施例中，所述锂电池的整个soh检测电路集成在bms系统采样从板中，能够定时检测电池soh状态，并且不同于通过数据间接估算，板载电路是检测电池一段频率内的阻抗的实际值，误差极小。
41.在本发明实施例中，所述步骤二中，对锂电池进行抗阻检测时，在充放电结束后检测锂电池内阻，阻抗会随电池的充放电容量变化而微小变化，能够辅助标定电池soh状况，同时也能及时发现阻抗偏离平均值较大的电池，提前预警，及时更换。
42.在本发明实施例中，所述电池包的连接电路上连接有主动均衡的开关矩阵，能够将任意电池接入内阻检测电路。
43.在本发明实施例中，所述电池包的电池正极负极均连接有隔直耦合电容，以确保电池直流信号不对电路造成影响。
44.在本发明实施例中，所述锂电池的soh检测电路在初始检测时，先确定线路电阻，由于检测电路借用了主动均衡电路，需要经过若干继电器，并且检测电路较长，所以为了精确检测电池阻抗，需要在初始时估计线路电阻，排除干扰。
45.其中，图3为电池交流小信号阻抗奈奎斯特图，纵轴为虚部，由图中可见，电池在不同频率中的阻抗曲线，其中曲线与横轴相交的位置为电池欧姆内阻，相交位置右侧的曲线会叠加电化学反应各阶段所产生的的极化内阻。随着多次充放电后，电池内部欧姆内阻、极化内阻均会随着电池老化而改变；
46.图4为电池老化交流小信号阻抗奈奎斯特图，其中个曲线为老化程度不同的电池，显然，根据曲线表现出的不同特征，能够计算电池soh。
47.工作原理：利用主动均衡的开关矩阵，能够将任意电池接入内阻检测电路；由于电池正极负极均有隔直耦合电容，所以电池直流信号并不对电路造成影响；首先通过正弦发生器，分别向电池施加48个从0.1hz到10khz的正弦交流信号；每个信号通过控制模拟开关，分别选择检测电压信号或电流信号，此时得到的信号为电池的交流电压响应与交流电流响应；为了得到交流信号的幅值相位信息，需要鉴相器对信号处理；鉴相器首先将对应频率的参考信号与电压、电流响应相乘，得到4个带有2倍角频率，1倍角频率，及相位信息的方程；使用低通滤波器滤除2倍频分量，即可得出电压与电流的直流分量；此时只需用电压幅值除以电流幅值即可得出电池阻抗；每个电池均扫描其0.1hz到10khz的交流小信号响应，即可得到其阻抗奈奎塞特图；通过对比实时检测的阻抗图与电池出厂时的阻抗图，即可计算得出电池soh。
48.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
49.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。