[发明专利]一种检测锂离子电池荷电状态的方法和装置

说明书

本发明公开了一种检测锂离子电池荷电状态的方法和装置，属于锂电池领域，对待检测的锂离子电池施加超声脉冲信号，以产生能够穿透锂离子电池的超声波，在施加超声脉冲信号的一侧收集穿过待检测电池后又被反射回来的超声信号，与此同时，在施加超声脉冲信号的相对一侧收集透射过待检测电池的超声信号，通过对穿透待检测电池的透射超声信号和被反射回来的反射超声信号进行全面收集，最大可能的采集携带待检测电池荷电状态的超声信号，对超声信号进行处理，实现对锂电池荷电状态的检测。本发明还公开其测量装置。本发明方法和装置能十分准确并且方便地检测锂离子电池荷电状态。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种可检测锂离子电池荷电状态的方法和装置。

背景技术

自上世纪九十年代索尼公司推出第一款商业化锂离子电池以来，锂离子电池便因其高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优点在过去的二十年里得到了广泛的应用，尤其是在便携式电子产品等领域得到了长足的发展。对于一个智能的用电设备，应具备完善的对电池状态的控制和监控能力，即配备必要的电池管理系统，以实现电池优化运行与安全管理。而荷电状态作为表征电池剩余容量的一个状态量，其精确估算是电池管理系统中最核心的技术之一，也是控制电池储能系统能量平衡的基础，其准确估算不仅可以有效预防过充和过放，同时也是电池合理使用和有效维护的主要依据。

然而，由于电池在使用过程中其内部化学反应极为复杂，使得电池的荷电状态不能直接被测量得到，只能通过测量其他物理量来间接估计，加之影响电池荷电状态的因素众多，因此如何估计得到电池荷电状态的准确值便成为限制电池管理系统技术进一步发展的一项难题。当前，对与锂电池荷电状态的测量主要分为离线和在线两种模式。

离线模式下，通常将电池同工作电路断开，用恒定的电流对电池进行放电至放电结束，通过统计放电量来获知电池的荷电状态。虽然这种方法能够非常精确的获知电池的荷电状态，但是这种方法存在着实施过程中，电池无法对外工作；测试结束即意味着电池电量耗尽；测量耗时长；需要专业的昂贵的设备来进行精确的恒流充放电等缺点，因此只适用于实验室条件下或工厂中电池出厂时的容量标定过程。

在实际应用过程中，在线模式下电池的荷电状态测量才有意义，当前在线模式下电池荷电状态的测量方法主要有电压法、内阻法、电流积分法、卡尔曼滤波法、神经网络法等方法。

电压法利用不同电量下，电池电压随荷电状态单调变化的规律来实现。通过对比已知的充放电电压荷电状态曲线，将电压值转换为电池的荷电状态。但是与铅酸电池、镍氢蓄电池等传统的电池不同，锂离子电池充放电过程中存在一个电压稳定的充放电平台，在这个平台范围内，电池电压随电池荷电状态变化的幅度很小，同时锂离子电池电压受电流、温度、寿命的影响非常大。这导致了通过电压的变化测量锂离子电池荷电状态得出的结果误差非常大。虽然电压法可以通过引入电流、温度修正系数等方法提高精确度，但精确度依然不高。

电流积分法又称为安时积分法，其原理是测量电池工作中每时每刻的电流，通过将电流对时间积分来计算电池的电荷量的变化量，结合初始标定的荷电状态的获得当前荷电状态。相比于电压法，这种方法获得的电池荷电状态不受电流与温度的影响。然而，这种方法也存在许多缺点，首先这种方法对初始误差不具备修正功能，对初始标定值的准确度要求很高；其次，这种方法需要高精度电流传感器，极大的增加了测量成本；而且，这种方法缺乏参照点，无法测得电池因为自放电而产生的容量衰减；不仅如此，由于电池充电效率并非100％，导致积分得到的电荷量的变化量同电池实际电荷量的变化量间存在差异；同时，这种方法的误差具有累积性，会随着时间的增加而逐渐增大。因此电流积分法一般要同其他方法混合使用，且需要定期做标定。

电池内阻有交流内阻和直流内阻之分，它们都与电池荷电状态有密切关系。内阻法利用电池内阻同电池荷电状态的变化规律对电池荷电状态进行预测。例如对于铅蓄电池在放电后期，直流内阻明显增大，可用来估计电池荷电状态；但是锂离子电池直流内阻变化规律与铅蓄电池不同，变化不明显，应用较少。