[发明专利]锂离子电池健康状态估算系统及使用该系统对锂离子电池健康状态估算的方法

说明书

技术领域

本发明涉及估算系统，特别是涉及锂离子电池健康状态估算系统。 

本发明还涉及利用上述系统对锂离子电池健康状态估算的方法。 

背景技术

国际电工协会(IEEE1118-1996)为蓄电池维护制定了以定期测试内阻预测蓄电池寿命的标准以来，中国信息产业部邮电工业产品质量监督检验中心对YD/799-2002也进行了内阻规范的增补。随着国内经济的发展和社会信息的普及、通讯电源、网络供能、动力机组、发电配电，以及各行各业使用的蓄电池组数量激增。作为后备电源最后一个环节，做到对蓄电池在线质量状态的准确了解不仅是使蓄电池能够提供稳定后备支持能力的重要保证和依据，而且有利于蓄电池资源进行优化整合。 

锂离子动力电池随着使用时间和循环次数的增加，都会逐步的老化，其老化原因主要是由于电极集流体氧化、电解液分解、活性物质脱落等，造成电池无法继续保持良好的电量输出。通过电池健康状态的估算，为电池的维护更换提供依据。 

国际电工协会(IEEE1118-1996)规定，当电池的容量下降到电池标称容量的80％时为落后电池，就需要更换电池，健康状态用SOH表示，其计算公式为SOH＝(当前容量-标称容量)/标称容量。 

由于容量测试方法耗时较长，国际电工协会在(IEEE1118-2005)中规定，明显的电池内阻值变化意味着电池的性能变坏。其计算公式为SOH＝(当前的动态内阻值-初始内部阻值)/初始内部阻值。 

目前电池健康状态的主要测试方法和系统包括一下几种： 

(1)内阻测试方法。内阻与容量的相关性是：当电池的内阻大于初始值(基值)的25％时，电池将无法通过容量测试。当电池的内阻大于初始值的2倍时，电池的容量将在其额定容量的80％以下。基于此推出的蓄电池内阻测试仪主要采用了国际流行的异频法(交流测试法)测试，通过给蓄电池加一特定交流信号(I)，然后用高性能带通滤波器检测蓄电池内阻上的压降(U)，R＝U/I。内阻方法测试方便，不论蓄电池是否充满电，均可测试。可以在线测试，也可以离线测试，测试速度快，适于大范围测试。 

但该方法测试所得的内阻和容量的关系参数，是基于铅酸蓄电池，不是针对锂离子动力电池，该测试参数不适合于锂离子动力电池。内阻测试方法测试得到的，只是电池的内部集流体金属导体之间的电阻，不能得到锂离子动力电池内部的实际集流体和活性物质材料之间的阻值，活性物质材料和电解液之间的阻值，电解液和隔膜之间的阻值，锂离子在电解液工作过程中的迁移阻值。故该方法不能准确的测得锂离子动力电池的实际内部阻值大小。 

(2)实际容量测试方法。通过一定的电流(I)对蓄电池进行放电到蓄电池的最低允许电压所用的时间(T)，Q＝I*T推算出蓄电池的实际容量。通过电池的实际容量和初始容量的比值来推算电池的健康状态。该方法只能离线测试，要拆下蓄电池工作量很大；测试过程中，首先必须使待测蓄电池先充满电，然后才能开始放电测试，充电和放电过程中需要大量的时间。该方法不适合锂离子动力电池健康状态的在线测量，且不适合快速测量。 

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，本发明的目的是提供结构简单、专门针对锂离子电池、可以准确地在线快速测定锂离子动力电池实际内部阻值和内部各化学组分的阻抗并确定锂离子电池实际状况的锂离子电池健康状态估算系统。 

本发明的锂离子电池健康状态估算系统，包括单片机中央控制模块、输出交流脉冲的交流脉冲输出模块、电池模块和显示模块，所述单片机中央控制模块分别与交流脉冲输出模块、电池模块和显示模块连接，所述交流脉冲 输出模块和所述电池模块连接，所述电池模块为锂离子动力电池。 

本发明的锂离子电池健康状态估算系统还可以是： 

所述交流脉冲输出模块分别对与其连接的电池模块输出两种频率的交流脉冲信号。

所述交流脉冲输出模块分别对与其连接的电池模块输出5963Hz和3Hz频率的交流脉冲信号。 

所述单片机中央控制模块包括数据接收部分、数据分析部分、数据处理部分和结果发送部分，所述数据接收部分与电池模块连接用于接收电池模块针对交流脉冲输出的交流脉冲信号作出的响应信号数据，所述数据分析部分与所述数据接收部分连接用于分析接收到的响应信号数据，所述数据处理部分与所述数据分析部分连接用于对分析后响应信号数据进行处理，所述结果发送部分分别与数据处理部分和显示模块连接用于将数据处理的结果显示在显示模块中。