电池健康状态的估算系统及方法与流程

本申请涉及电池管理技术领域，特别是涉及一种电池组健康状态soh的估算系统。

背景技术：

电池芯或电池组健康状态(soh：stateofhealth)是电池的性能与新电池性能的比较差异。soh主要参数为：内阻、交流阻抗、最大可用容量、自放电和循环次数等。一般的单体电池芯soh估算方法有：容量法定义法、内阻法、电化学阻抗法、soh在线估计算法等。电池电量状态(soc：stateofcharge)，定义为电池可释出电量与充电完成后可释出电量的比值。

目前一般的电池soh的估算方法中，容量法需要慢充满放，工作条件较为严苛；内阻、交流阻抗法及电压曲线拟合法，前期需要投入大量的人力物力进行老化试验得到需要参数；支持向量机和神经网络法，需要大量数据进行学习；滑膜观察法及粒子滤波法等对处理大量数据的硬件要求较高；卡尔曼滤波算法对模型准确性要求较高。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种电池组健康状态的估算系统，解决现有技术中对电池soh估算精度低，运算复杂的问题。技术方案具体如下：

本一种电池健康状态soh的估算系统，系统包括：

采集单元，与电池电性耦接，用于获取第一次静置状态的soc1和第二次静置状态的soc2；

计容单元，与采集单元电性耦接，用于根据soc1和soc2生成电池当前状态的最大电池容量cmax；

运算单元，与所述计容单元电性耦接，用于根据最大电池容量cmax以及电池出厂标准电量值cn两者的比值，生成电池健康状态soh的估算值；其中。

soc是电池当前状态下电池容量百分比值，cn是电池在全新状态时的电池容量。

在上述实现过程中，估算电池的健康状态soh只需要获取第一次静置状态的soc1和以电流i放电t时间后的第二次静置状态的soc2，根据获取的soc值以及计算公式、关系式即可得到soh值，数据易得计算简单，准确率高。

在一实施例中，采集单元包括：

采集模块，与所述电池电性耦接，用于采集电池第一次放电前的平均单体电压在静置状态下的soc1值socave-first与电池最后一次放电后的平均单体电压在静置状态下的soc2值socave-last；

计流模块，分别与采集模块及电池电性耦接，用于获取电池第一次放电至最后一次放电之间的放电累计容量δsoc；

等效模块，与采集模块电性耦接，等效模块用于根据预设的ocv-soc曲线表，匹配socave-first及socave-last在25℃时的等效soc值socave-first-25及socave-last-25。

在上述实现过程中，电池电量最充足的状态为第一次放电前的静止状态，电池电量最少的状态为最后一次放电后的静止状态，这两者的电池容量百分比差值最能反映电池的实际容量，同时，将两次静置状态下的soc等效至一个统一的标准温度下提高soh计算时的精准度。

在一实施例中，计容单元包括：

判断模块，与计流模块电性耦接，用于判断δsoc是否累计超过所述预设值；

第一容量计算模块，与判断模块电性耦接，用于若δah累计未超过预设值，则根据soc1和soc2生成cmax；

第二容量计算模块，与判断模块电性耦接，用于若δah累计超过预设值，则根据δah与soc1、soc2生成cmax；其中，

cch为电池最大充电容量，cdis为电池最大放电容量。

在上述实现过程中，为避免在计算单体soh时造成的采样精度造成的误差，需要减少δsoc在计算单体soh的权重，对于当前的采样精度，累计的δsoc超过预设值时进行当前状态的电池容量cmax的计算。

在一实施例中，第一容量计算模块包括：

最大充电容量计算子模块，与判断模块电性耦接，用于当电池处于第一次放电前的静置状态时，根据电容量计算式c＝cn(1-soc)以及socave-first-25生成最大充电容量cch；

最大放电容量计算子模块，与所判断模块电性耦接，用于当电池处于最后一次放电的静置状态时，根据电容量计算式c＝cnsoc以及socave-last-25，生成最大放电容量cdis；

容量核算子模块，分别与最大充电容量计算子模块及最大放电容量计算子模块电性耦接，用于根据计算式cmax＝cch-cdis、以及电池最大充电容量cch和电池最大放电容量cdis生成电池当前状态的电池容量cmax。

在上述实现过程中，在δsoc未超过预设值时为保证精度，直接通过计算放电前的电池容量和放电后的电池容量的差值，该差值即为电池当前的最大电池容量。

在一实施例中，运算单元包括：

误差运算模块，分别电性耦接于采集单元和计容单元，用于根据soc1和soc2生成电量误差值△soc；

结果运算模块，分别与误差运算模块及第一容量计算模块电性耦接，用于根据电池健康程度计算公式以及sohtotal＝soh+δsoc生成总体电池健康程度sohtotal。

在上述实现过程中，在放电过程中存在放电损耗以及其他采样误差，该误差值受电流的采样精度以及电压采集的采样精度造成的soc的误差精度，计算该误差值δsoh，并将其算入soh估算结果，得到更精确的soh估算值。

本申请实施例还提供一种电池健康状态的估算方法，方法包括：

步骤s100：采集单元获取所述电池在第一次静置状态的soc1和所述电池在第二次静置状态的soc2；

步骤s200：计容单元根据soc1和soc2生成电池当前状态的最大电池容量cmax；

步骤s300：运算单元根据电池容量cmax以及电池出厂标准电量值cn两者的比值，生成电池健康状态soh的估算值。

其中，soc是电池当前状态下电池容量百分比值，cn是电池在全新状态时的电池容量。

在上述实现过程中，估算电池的健康状态soh只需要获取第一次静置ocv状态的soc1和以电流i放电t时间后的第二次静置状态的soc2，根据获取的soc值以及计算公式、关系式即可得到soh值，数据易得计算简单，准确率高。

在一实施例中，步骤s100包括：

步骤110：采集模块采集电池第一次放电前的平均单体电压在静置状态下的soc1值socave-first与电池最后一次放电后的平均单体电压在静置状态下的soc2值socave-last；

步骤120：计流模块获取电池第一次放电至最后一次放电之间的放电累计容量δah；

步骤130：等效模块根据预设的ocv-soc曲线表，匹配socave-first及socave-last在25℃时的等效soc值socave-first-25及socave-last-25。

在上述实现过程中，电池电量最充足的状态为第一次放电前的静止状态，电池电量最少的状态为最后一次放电后的静止状态，这两者的电池容量百分比差值最能反映电池的实际容量，同时，将两次静置状态下的soc等效至一个统一的标准温度下提高soh计算时的精准度。

在一实施例中，步骤200包括：

步骤210：判断模块判断δah是否累计超过预设值；

步骤220：若δah累计未超过预设值，则第一容量计算模块根据soc1和soc2生成cmax；

步骤230：若δah累计超过预设值，则第二容量计算模块根据△ah与soc1、soc2生成cmax；其中，cch为最大充电后容量，cdis为最大放电后容量。

在上述实现过程中，为避免在计算单体soh时造成的采样精度造成的误差，需要减少δah在计算单体soh的权重，对于当前的采样精度，累计的δah超过预设值时进行当前状态的电池容量cmax的计算。

在一实施例中，步骤220包括：

步骤221：当电池处于第一次放电前的静置状态时，最大充电容量计算子模块根据电容量计算式c＝cn(1-soc)以及socave-first-25生成最大充电容量cch；

步骤222：当电池处于最后一次放电的静置状态时，最大放电容量计算子模块根据电容量计算式c＝cnsoc以及socave-last-25，生成最大放电容量cdis；

步骤223：容量核算子模块根据计算式cmax＝cch+cdis以及最大充电后容量cch和最大放电后容量cdis生成电池当前状态的电池容量cmax。

在上述实现过程中，在δah未超过预设值时为保证精度，直接通过计算放电前的电池容量和放电后的电池容量的差值，该差值即为电池当前的最大电池容量。

在一实施例中，步骤300包括：

步骤310：藉由误差运算模块根据soc1和soc2的差生成电容量误差值△soc。

步骤320：藉由结果运算模块根据电池健康程度计算公式以及sohtotal＝soh+δsoc生成总体电池健康程度sohtotal。

在上述实现过程中，在放电过程中存在放电损耗以及其他采样误差，该误差值受电流的采样精度以及电压采集的采样精度造成的soc的误差精度，计算该误差值δsoc，并将其算入soh估算结果，得到更精确的soh估算值。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种电池健康状态的估算系统示意图；

图2是本申请实施例提供的电池静置状态下ovc-soc曲线图；

图3是图1所示采集单元的示意图；

图4是图1所示计容单元的示意图；

图5是图4所示第一容量计算模块的示意图；

图6是图1所示运算单元的示意图；

图7是本申请实施例提供的一种电池健康状态soh的估算方法流程图；

图8是图7所示步骤s100的具体流程框图；

图9是图7所示步骤200的具体流程框图；

图10是图9所示步骤220的具体流程框图；

图11是图7所示步骤300的具体流程框图。

其中，估算系统10、采集单元100、采集模块110、计流模块120、等效模块130；

计容单元200、判断模块210、第一容量计算模块220、最大充电容量计算子模块221、最大放电容量计算子模块222、容量核算子模块223、第二容量计算模块230；

运算单元300、误差运算模块310、结果运算模块320；

电池400。

具体实施方式

在本案说明书全文及权利要求中所使用的「耦接」一词可指任何直接或间接的耦接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接耦接于该第二装置，或者该第一装置可以透过其他装置或某种耦接手段而间接地耦接至该第二装置。另外，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的组件/构件/步骤可以相互参照相关说明。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1是本申请实施例提供的一种电池健康状态的估算系统示意图，估算系统10用于与电池400电性耦接，估算系统10包括：采集单元100、计容单元200、运算单元300。计容单元200分别与采集单元100和运算单元300电性耦接。采集单元100与电池400电性耦接。

于一实施例中，电池400可以是单一的单体电池芯，也可以是多个单体电池芯组合而成的电池组。电池组可以由单体电池芯以及电池管理系统组成也可以由电池组以及电池管理系统组成。

采集单元100用于：采集电池400的状态数据；计容单元200用于：计算电池400在充放电过程中，充放电的容量变化值或充放电流量变化值；运算单元300可以预先设置运算式，并用于：根据从采集单元100和计容单元200所生成的各项电池400参数进行运算，得出电池400的soh估算值。

采集单元100：用于获取第一次静置状态时，开路电压(ocv：opencircuitvoltate)的第一剩余电量百分比(soc1)和第二次静置状态时的第二剩余电量百分比(soc2)；计容单元200：用于根据soc1和soc2获取电池400当前状态的电池400容量cmax；运算单元300：用于根据电池400的充饱电时的容量(cmax)以及电池出厂标准电量值(cn)，并藉由电池健康程度计算公式生成电池健康状态soh的估算值。

于一实施例中，采集单元100还可以获取第一次静置状态时，单体电池芯或电池组的最高开路电压的剩余电量百分比sochigh，以及单体电池芯或电池组的最低开路电压的剩余电量百分比soclow。

静置状态表示：任一单体电池芯或电池组以一恒定电流i持续时间t放电，当t满足一定条件时，既可以判定该单体电池芯或电池组进入静置状态。ocv表示：单体电池芯或电池组的开路电压。

cmax表示：单体电池芯或电池组目前状态下充满电后的最大电池容量值，cn是电池400出厂是满电静置状态下的标称电池容量值，二者的比值即为体现电池健康状态的soh。

图2曲线表示：单体电池芯或电池组的ocv与单体电池芯或电池组的当前状态的soc的关系曲线。于一实施例中，该曲线图可以是提前在实验室中针对单个电池芯或电池组，按照不同温度下ocv-soc标定试验所得出。由於ocv是电池400的固有特性，因此不会随着电池400老化对soc的估算造成太大的影响。

图3是采集单元100的示意图，采集单元100包括：采集模块110、计流模块120和等效模块130。等效模块130与采集模块110电性耦接；采集模块110和计流模块120分别与电池400电性耦接。

采集模块110用于：采集电池400第一次放电前的静止状态下平均soc1值(socave-first)与电池400最后一次放电后的静止状态的平均soc2值(socave-last)；计流模块120用于：获取电池400第一次放电至最后一次放电之间的放电累计容量δsoc；等效模块130用于：根据预设的ocv-soc曲线表，匹配socave-first及socave-last在一预设温度时的等效soc值socave-first-pre及socave-last-pre。于一实施例中，预设温度可以是25℃。

于一实施例中，采集模块110采集单体电池芯或电池组的最高开路电压的剩余电量百分比sochigh，以及单体电池芯或电池组的最低开路电压的剩余电量百分比soclow，等效模块130根据采集模块110采集的sochigh以及soclowocv-soc曲线表，将sochigh和soclow等效至25℃生成sochigh-25和soclow-25。

电池400电量最充足的状态为第一次放电前的静置状态，电池400电量最少的状态为最后一次放电后的静置状态，这两者的电池400容量百分比差值可以用於反映电池400的实际容量。由于，电池400的放电过程受其放电环境影响，放电环境影响因素主要由温度构成，在不同的温度环境中电池400在同一soc时的开路电压ocv具有差异。电池400在开始放电时的温度环境至放电结束时的温度环境也可能存在差异，所以在计算放电起始以及放电结束的soc时，可以将两者的温度同一，使电池400在放电过程中的变化量只有ocv和soc。因此，将两次静置状态下的soc等效至一个统一的标准温度下时，可以提高soh计算时的精准度。

图4是计容单元200的示意图，计容单元200包括：判断模块210、第一容量计算模块220以及第二容量计算模块230。计流模块120与判断模块210电性耦接，判断模块210分别与第一容量计算模块220和第二容量计算模块230电性耦接。

判断模块210用于：判断δah是否累计超过预设值，于一实施例中，预设值可以是0.63；第一容量计算模块220用于：若δah累计未超过预设值，则根据计算式cmax＝cch+cdis，生成cmax，其中cch为最大充电后容量，cdis为最大放电后容量；第二容量计算模块230用于：若δah累计超过预设值，则根据所述△ah与所述soc1、soc2生成cmax。为避免在计算单体电池芯或电池组soh时由采样精度造成的误差，需要减少δah在计算soh的权重，对于当前的采样精度，累计的δah超过预设值时，进行当前状态的电池容量cmax的计算。

获取电池400第一次放电至最后一次放电之间的放电累计容量δah，电池400按照电流i放电t时间所放出的电量为而soc是当前电量占电池400总电量的百分比，δah是第一次放电至最后一次放电之间的电量百分比变化，所以在电流i、放电时间t已知的情况下，获取δah即可获知原电池400的充满时的最大电池容量。

图5是图4所示第一容量计算模块220的示意图，第一容量计算模块220包括：最大充电容量计算子模块221、最大放电容量计算子模块222以及容量核算子模块223。判断模块210分别与最大充电容量计算子模块221、最大放电容量计算子模块222电性耦接，容量核算子模块223分别与最大充电容量计算子模块221、最大放电容量计算子模块222电性耦接。

最大充电容量计算子模块221用于：当电池400处于第一次放电前的静置状态时，根据电容量计算式c＝cn(1-soc)以及socave-first-25，生成最大充电容量cch；最大放电容量计算子模块222用于：当电池400处于最后一次放电的静置状态时，根据电容量计算式c＝cnsoc以及socave-last-25，生成最大放电容量cdis；容量核算子模块223用于：根据计算式cmax＝cch+cdis、最大充电容量cch和最大放电容量cdis，生成电池400当前状态的电池容量cmax。

于一实施例中，在δah未超过预设值时，直接通过计算放电前的电池容量和放电后的电池容量的差值，该差值即为电池400当前的最大电池容量。

图6是图1所示运算单元300的示意图，运算单元300包括：误差运算模块310、结果运算模块320。误差运算模块310与结果运算模块320电性耦接，结果运算模块320电性耦接于第一容量计算模块220以及第二容量计算模块230。

误差运算模块310用于：根据soc1和soc2生成电容量误差值△soc。

结果运算模块320用于：根据电池健康状态计算公式以及sohtotal＝soh+δsoc生成总体电池健康程度sohtotal。

在一实施例中，soc1是单体电池芯或电池组的最高开路电压的剩余电量百分比sochigh等效至25℃生成的sochigh-25，soc2是单体电池芯或电池组的最低开路电压的剩余电量百分比soclow等效至25℃生成的soclow-25。则电容量误差△soc＝sochigh-25-soclow-25。

上述电池健康状态soh的估算系统可以根据下述估算方法进行soh估算的。

图7是本申请实施例提供的一种电池健康状态soh的估算方法流程图，如图7所示，本方法包括以下步骤：

步骤s100：采集单元100获取电池在第一次静置状态的soc1和电池在第二次静置状态的soc2。

步骤s200：计容单元200根据soc1和soc2获取电池400当前状态的最大电池容量cmax。

步骤s300：运算单元300根据电池容量cmax以及电池出厂标准电量值cn两者的比值，生成电池健康状态soh的估算值。

结合图1，计容单元200根据步骤s100中采集单元100获取电池400的soc参数，计算电池400在充放电过程中充放电的容量变化值或充放电流量变化值，以此得出电池在当前状态下的最大电池容量cmax。

运算单元300可以预先设置运算式，并根据步骤200得到的电池在当前状态下的最大电池容量cmax进行运算，得出电池400的soh估算值。

其中，soc是电池400当前状态下电池容量百分比值，cn是电池400在全新状态时的电池容量。

电池400的静置状态是指电池或电池组在放电状态下，上下电时间是否大于一个小时或者上电状态下电流小于2a持续一个小时，判定电池或电池组满足静置状态。

对进入静置状态的单体电池芯或电池组执行步骤s100:获取第一次静置状态的soc1和第二次静置状态的soc2。

在一实施例中，电池400以电流i放电t时间可以算出电池400在放电状态下，t时间内一共放了多少电容量，比对放电前后的电容量百分比soc的差值，反推出该单体电池芯或电池组在当前状态下的电池容量cmax。

图8是图7所示步骤s100的流程框图，如图8所示，步骤100包括以下步骤：

步骤110：采集模块110采集电池400第一次放电前的平均电压在静置状态下的soc1值socave-first与电池400最后一次放电的平均单体电压在静置状态下的soc2值socave-last。

步骤120：计流模块120获取电池400第一次放电至最后一次放电之间的放电累计容量δah。

步骤130：等效模块130根据预设的ocv-soc曲线表，匹配socave-first及socave-last在25℃时的等效soc值socave-first-25及socave-last-25。

结合图3，采集模块100采集电池400的socave-first以及socave-last，socave-first与socave-last是电池组内或多个单体电池芯在统一的采集时刻下的平均soc数据结果。

等效模块130将步骤110中获取的电容量百分比进行等效至25℃。

计流模块120统计电池400开始放电后的放电量百分比的变化值，放电量百分比的变化值是指电池400在一次充电结束后，一次放电开始前的电容量百分比与下一次充电开始前的电容量百分比的差值。

电池400的充放电环境因素中，温度对电池400的影响最高，温度下降，电极的反应速率也下降。假设电池400电压保持恒定，放电电流降低，电池400的功率输出也会下降；如果温度上升则相反，即锂聚合物电池400输出功率会上升。温度也影响电解液的传送速度，温度上升则加快，传送温度下降，传送减慢，电池400充放电性能也会受到影响。但温度太高，超过45℃，会破坏电池400内的化学平衡，导致副反应。

在一实施例中，在同一温度环境下，采集电池400第一次放电前的平均单体电压在静止ocv状态下的soc1值socave-first与电池400最后一次放电的平均单体电压在静置状态下的soc2值socave-last，影响soc的参数中，电流固定为i，温度为当前温度，该当前温度是电池400放电时的温度，由于放电时间为t，电池400在第一次放电时的温度在经过t时间后会发生不同程度的变化，所以在采集静置状态下的soc值后，将soc对应ocv-soc曲线图找到电池400在常温状态下，即25℃时的对应soc值。

图9是图7所示步骤200的具体流程框图，如图9所示，步骤200包括以下步骤：

步骤210：判断模块判断δah是否累计超过预设值；

步骤220：若δah累计未超过预设值，则第一容量计算模块220根据soc1和soc2生成cmax。

步骤230：若δah累计超过预设值，则第二容量计算模块230根据△ah与soc1、soc2生成cmax。

结合图4，判断模块210从计流模块120处获取δah，并对δah的大小进行判断，判断δah是否大于预设值。

若判断模块120判断δah小于预设值，则第一容量计算模块220根据电池的最大充电后容量cch和最大放电后容量cdis进行最大电容量cmax计算。

若判断模块120判断δah大于预设值，则第二容量计算模块230根据电池放电的电流i、放电时间t，以及开始放电时的soc1，充电前的soc2计算最大电容量。

受采样精度的影响，电池400在放电时的电流造成的消耗在放电初期占电池400放电容量的比重较大，这一比重与累计放电量成反比，当电池400累计放电一段时间后，如电池400的ah累计变化值超过预设值，则可以将用电流计算累计放电量占总量的比值。

在一实施例中，由步骤s120可知δah，在获取电池400第一次放电至最后一次放电之间的放电累计容量δah，在电流i、放电时间t已知的情况下，获取δah即可获知原电池400的充满时的最大电池容量。

反之，若δsoc累计未超过预设值，则通过计算电池400在放电时的当前时刻的soc值与电池400放电前的soc值的差值，作为该电池400的最大电容量。

图10是图9所示步骤220的具体流程框图，如图10所示，步骤220包括以下步骤：

步骤221：当电池400处于第一次放电前的静止ocv状态时，最大充电容量计算子模块221根据电容量计算式c＝cn(1-soc)以及socave-first-25生成最大充电容量cch；

步骤222：当电池400处于最后一次放电的静止ocv状态时，最大放电容量计算子模块222根据电容量计算式c＝cnsoc以及socave-last-25，生成最大放电容量cdis；

步骤223：容量核算子模块223根据计算式cmax＝cch+cdis以及最大充电后容量cch和最大放电后容量cdis生成电池400当前状态的电池容量cmax。

结合图5，最大充电容量计算子模块221根据放电前的socave-first-25计算出最大充电容量cch，最大放电容量计算子模块222根据充电前的socave-last-25计算出最大充电容量cdis，容量核算子模块223根据cch及cdis算得cmax。

因cn是电池400出厂是满电静置状态下的标称电池容量值，soc是电池400经过某次放电后静置状态下的电池容量百分比，所以计算cn与soc的乘积，即可生成电池400在该次放电后静置状态下的电池容量。

在一实施例中，在电池进行第一次放电前的静置状态下，获取电池在此温度环境下平均电压对应的soc，并将该soc等效至常温状态下的soc值socave-first-25，将socave-first-25代入计算式c＝cn(1-soc)算得电池400的最大充电后容量cch。

在电池400进行最后一次放电后的静置状态下，获取电池400在此温度环境下平均电压对应的soc，并将该soc等效至常温状态下的soc值socave-last-25，将socave-last-25代入计算式c＝cnsoc算得电池400的最大放电后容量cdis。

图11是图7所示步骤300的具体流程框图，如图11所示，步骤300包括以下步骤：

步骤310：藉由误差运算模块310根据soc1和soc2的差生成电量误差值△soc。

步骤320：藉由结果运算模块320根据电池健康程度计算公式以及sohtotal＝soh+δsoc生成总体电池健康程度sohtotal。

结合图6，结果运算单元将误差运算单元算得的δsoc及第一容量计算模块220、第二容量计算模块230算得的cmax与cn的比值soh，算出sohtotal。

在放电过程中存在放电损耗以及其他采样误差，该误差值受电流的采样精度以及电压采集的采样精度造成的soc的误差精度，计算该误差值δsoc，并将其算入soh估算结果。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。