一種蓄電池組劣化單體電池檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種蓄電池組中劣化單體電池的在線檢測方法，屬于電池檢測技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電池組在長期使用后可能出現(xiàn)失效，表現(xiàn)為電池組不能放出額定安時數(shù)的有效電 池容量。在失效的初期，電池組發(fā)生劣化的主要標志就是若干單體電池首先發(fā)生劣化，這些 劣化的單體電池的電壓下降得很快，并影響到周圍電池的正常工作。隨著劣化電池的擴散， 會導(dǎo)致電池組不均勻性增大，最終導(dǎo)致整組電池性能下降。
[0003] 因此，劣化電池的檢測對維持整個電池組的性能具有重要意義。故有必須要從電 池組中將這些劣化的單體電池檢測出來，用新的單體電池替換，以保證電池組的正常工作。
[0004] 目前，對于單體電池劣化檢測的方法還未見公開報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種能夠從電池組中準確地找出劣化電池，簡單、高效，成 本低，無需昂貴儀器設(shè)備的蓄電池組劣化單體電池檢測方法。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明的蓄電池組劣化單體電池檢測方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :對電池組進行核對性放電試驗，記錄電池組的每個單體電池放電過程中 在設(shè)定的各時間點的電壓；
[0008] 步驟2 :將所述步驟1核對性放電實驗中記錄的各個單體電池最后一個時間點的 電壓值記為樣本a，判斷所述樣本a是否呈正態(tài)分布，如是，則直接轉(zhuǎn)入步驟3 ;否則，對樣本 a進行非線性變換，使其呈正態(tài)分布后再轉(zhuǎn)入步驟3 ;
[0009] 步驟3 :找出樣本a的正態(tài)分布均值y的置信區(qū)間，取該置信區(qū)間的下限為標準， 所述樣本a低于這個標準的單體電池則為劣化電池。
[0010] 進一步的，所述步驟2中，判斷樣本a是否呈正態(tài)分布的方法為：計算樣本a的偏 斜系數(shù)sc，當(dāng)計算出來的偏斜系數(shù)sc介于-0. 5~0. 5之間時，認為樣本a呈正態(tài)分布；否 貝1J，認為樣本a不滿足正態(tài)分布；
[0011] 所述偏斜系數(shù)sc的計算公式如下：
[0012]
[0013] 其中，樣本a= (XpXfx/uxJ，N為蓄電池組中單體電池的個數(shù)，也即樣本a里 記錄的單體電池電壓值個數(shù)；X;為樣本a里第i個單體電池電壓值，i= 1、2......N;i和 〇 (x)分別為樣本a中各個電壓值的均值和標準偏差，采用如下公式進行計算： CN105005005A 說明書 2/5 頁
[0016] 進一步的，所述步驟2中，判斷樣本a是否呈正態(tài)分布的方法為：采用MATLAB軟件 中自帶的參數(shù)檢驗命令對樣本a進行檢驗，所述的參數(shù)檢驗命命令如下：
[0017]"h=sum(a)/(length(a))
[0018] hi=ttest(a,h，alpha) "
[0019] 其中，sum(a)表示樣本a中所有電壓值的總和，length(a)表示樣本a中電池的個 數(shù)，h表示樣本a中各個電壓值的均值，ttest(a,h,alpha)表示在顯著性水平為alpha的情 況下對樣本a進行正態(tài)分布檢驗的結(jié)果；alpha是一個[01]范圍內(nèi)的值，由置信區(qū)間寬度 決定；
[0020] 若hi= 0,則判定樣本a滿足正態(tài)分布；若hi= 1，則判定樣本a不滿足正態(tài)分 布。
[0021] 進一步的，所述步驟3中，用矩陣實驗室軟件中自帶的參數(shù)命令找出樣本a的置信 區(qū)間，所述參數(shù)命令為：
[0022] " [muhat,sigmahat,muci,sigmaci] =normfit(a，alpha) '，
[0023] 其中，函數(shù)normfit(a，alpha)表示在顯著性水平為alpha的情況下對樣本 a進行正態(tài)分布的參數(shù)估計；alpha是一個[01]范圍內(nèi)的值，由置信區(qū)間寬度決定； muhat,sigmahat分別為樣本a的正態(tài)分布均值y的估計值和標準差〇的估計值，muci表 示y的置信度為alpha的置信區(qū)間，sigmaci表示〇的置信度為alpha的置信區(qū)間；
[0024] 進一步的，所述步驟2中，對樣本a進行非線性變換的方法為：對各電壓值進行求 冪、開根號、倒數(shù)、指數(shù)或取對數(shù)
[0025] 有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：
[0026] 現(xiàn)有技術(shù)一般通過測量蓄電池組單體電池內(nèi)阻來判斷單體電池是否劣化。專業(yè) 的內(nèi)阻測量儀器非常昂貴，只適合于實驗室測量，傳感器復(fù)雜、成本高，而且判斷準確率低。 對于大量蓄電池的在線內(nèi)阻測量，是在電池施加一個固定頻率和固定電流（目前一般使用 1KHZ頻率，50mA小電流），然后對其電壓進行采樣，經(jīng)過整流、濾波等一系列處理后通過運 放電路計算出該電池的內(nèi)阻值。大量的科研文獻和現(xiàn)場試驗表明，劣化的單體電池內(nèi)阻會 升高，但是內(nèi)阻升高并不表示單體電池劣化，因此內(nèi)阻測量技術(shù)準確率低，經(jīng)常存在誤判的 情況，各大通信公司以及電力行業(yè)，都把核對性放電試驗作為衡量電池組性能的最終依據(jù)。 經(jīng)常存在誤判的情況。本發(fā)明僅通過測量單體電池放電狀態(tài)下的電壓，通過正態(tài)分布檢驗 的方法判斷，成本低，易于實現(xiàn)，不存在誤判的情況，且傳感器的復(fù)雜度和成本都大大降低， 易于實現(xiàn)，非常適合應(yīng)用大量蓄電池組的在線性能檢測。本發(fā)明提供的方法可以從電池組 中準確地找出劣化的單體電池，方法簡單、高效，成本低，在一定程度上可以替代某些昂貴 的電池測試儀表。
【附圖說明】
[0027]圖1為24個單體電池各個時間點的電壓測試值的曲線圖。其中實線為非落后電 池的放電曲線。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合實施例和說明書附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0029] 本發(fā)明主要應(yīng)用于大量蓄電池組的在線自動性能檢測，以替代傳統(tǒng)的內(nèi)阻測量和 人工評估。實施時，在蓄電池組的每個單體電池上加裝電壓傳感器，在蓄電池組的供電電纜 上安裝直流互感器。當(dāng)蓄電池組對外供電時（即放電狀態(tài)），直流互感器上可以檢測到電流 的變化，觸發(fā)軟件系統(tǒng)自動記錄蓄電池組每個單體電池電壓的變化過程，并在放電結(jié)束時 有軟件系統(tǒng)自動應(yīng)用本發(fā)明中的算法進行劣化電池檢測。
[0030] 本發(fā)明檢測方法的具體實現(xiàn)過程通過下述的兩個實施案例來說明。
[0031] 實施例1 :
[0032] 本發(fā)明的蓄電池組劣化單體電池檢測方法，步驟如下：
[0033] 步驟1 :對電池組進行核對性放電試驗；
[0034] 按照《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程》(DL/T724-2000)的 要求進行。電池組由24節(jié)單體電池組成，在每個單體電池兩側(cè)加裝傳感器，記錄放電過程 中每個時間點（此時間點可根據(jù)需要自由設(shè)定）單體電池的電壓、電流、平均溫度等數(shù)據(jù)， 以備后續(xù)處理。
[0035] 具體的核對性放電實驗的原則是要求放出蓄電池組容量的30%~40%，具體的 檢測標準是提前設(shè)定終止電壓，一旦放電電壓掉到設(shè)定的終止電壓以下，則放電終止。
[0036] 大量實驗表明，蓄電池組一般能放出額定容量的80%，因此經(jīng)過核對性放電試驗 后，蓄電池組尚余40%~50%的容量。假設(shè)后備時間約為3h，那么電池組仍然還能放電2h， 也就是放電終止時，市電停電，蓄電池組還能繼續(xù)放電2h。注意在整個放電過程中，盡量保 持放電電流在一個相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)。
[0037] 步驟2:取核對性放電實驗中記錄的最后一個時間點的放電數(shù)據(jù)，包括24節(jié)單體 電池的最后時刻傳感器記錄的電壓值，記錄為樣本a;判斷樣本a是否呈正態(tài)分布采用隨機 分布中的假設(shè)檢驗的方法。如果樣本a呈正態(tài)分布，則轉(zhuǎn)步驟3;否則，對樣本a進行非線 性變換，使其呈正態(tài)分布。
[0038] 假設(shè)檢驗的基本思想是小概率思想。顧名思義，所謂小概率思想是指小概率事件 在一次試驗中基本上不會發(fā)生。置信區(qū)間是是本方法所關(guān)注的重點，在統(tǒng)計學(xué)中，一個概率 樣本的置信區(qū)間（Confidenceinterval)是對這個樣本的某個總體參數(shù)的區(qū)間估計，展現(xiàn) 的是這個參數(shù)的真實值有一定概率落在測量結(jié)果的周圍的程度。
[0039] 結(jié)合實際問題，在統(tǒng)計學(xué)上來看，電壓在某一時刻的分布范圍有95% (假設(shè)顯著 性水平為0. 05)的可能性落在該置信區(qū)間的范圍內(nèi)，而如果在這一時刻，數(shù)據(jù)記錄得到的 電壓數(shù)據(jù)，偏離尤其是小于置信區(qū)間的下限，有充分的理由認為這節(jié)電池已經(jīng)出現(xiàn)了劣化。
[0040] 具體方法如下：
[0041] 假設(shè)樣本a是滿足正態(tài)分布或者t分布（由統(tǒng)計學(xué)知識可以知道，t分布在樣本 足夠多的情況下是十分接近正態(tài)分布的）。樣本a的具體值如表1所示。
[0042] 表1樣本a內(nèi)的各個單體電池的電壓值
[0043]
[0044] 用MAT