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CN111562511B - 一种用于确定退役动力电池的健康状态的方法及系统 - Google Patents

一种用于确定退役动力电池的健康状态的方法及系统 Download PDF

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CN111562511B CN202010259879.7A CN202010259879A CN111562511B CN 111562511 B CN111562511 B CN 111562511B CN 202010259879 A CN202010259879 A CN 202010259879A CN 111562511 B CN111562511 B CN 111562511B
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State Grid Jibei Electric Power Co Ltd
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State Grid Xinyuan Zhangjiakou Wind Solar Storage Demonstration Power Station Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种用于确定退役动力电池的健康状态的方法及系统,对退役动力电池不同频率范围下的阻抗值进行测量,并与新电池同频率范围下的阻抗值进行对比,并根据对比结果确定退役动力电池健康状态,实现了退役动力电池健康状态的快速准确地评估,大幅度缩短了退役动力电池健康状态评估的时间,节约了电池健康状态评估的成本,提升了动力电池梯次利用技术的经济性;另外,本发明所采用的方法在工程实施中都比较容易实现,具有较高的应用价值,能够为退役动力电池的分选重组、系统集成和运维等提供数据支撑,在电动汽车、电化学储能、动力电池梯次利用等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种用于确定退役动力电池的健康状态的方法及系统
技术领域
本发明涉及电动汽车和储能技术领域,并且更具体地,涉及一种用于确定退役动力电池的健康状态的方法及系统。
背景技术
目前,新能源汽车主要以锂离子动力电池作为动力来源,随着新能源汽车的持续使用,动力电池性能不断衰退,同时,电池之间的性能差异越越来越大。当电池性能不能满足新能源汽车的应用需求时,就要从车上退役下来。新能源汽车对电池的性能要求较高,在退役动力电池中,很大一部分还具有较高的剩余能量,这些电池经过重新的评估、分选重组,有可能应用于对电池性能要求较低的场合,从而实现动力电池的梯次利用。
与新电池相比,退役动力电池在经过长期车载使用后,性能明显衰退,同时由于电池在退役时的容量、内阻等状态未知,因此,在梯次利用之前,需要对退役动力电池的健康状态进行评估,以确定那些退役动力电池符合应用场景的要求,可以进行梯次利用。
目前,针对电池健康状态的评估主要有两种方法,一种是基于电池容量的健康状态评估,用退役动力电池的容量除以新电池的容量,即为电池当前的健康状态;这种方法虽然能较准确的表征电池的健康状态,当需要对退役动力电池的容量进行测试,通常需要几个小时到十几个小时,评估时间长,工程化应用成本高,大大降低了动力电池梯次利用的经济性。另一种是基于电池内阻的健康状态评估,用新电池的欧姆内阻(通常是1000Hz 下的内阻)除以退役动力电池的欧姆内阻,即为电池当前的健康状态,这种方法虽然能够非常快速的得到退役动力电池当前的健康状态,但由于电池的内阻是一个复杂的构成,除了高频区的欧姆内阻以为,还包括中频区的电荷转移阻抗和低频区的扩散阻抗,因此仅有欧姆内阻来表征电池的健康状态不够准确。
因此,需要一种能够快速准确地确定退役动力电池的健康状态的方法。
发明内容
本发明提出一种用于确定退役动力电池的健康状态的方法及系统,以解决如何确定退役动力电池的健康状态的问题。
为了解决上述问题,根据本发明的一个方面,提供了一种用于确定退役动力电池的健康状态的方法,所述方法包括:
对获取的退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值;
对与所述退役动力电池型号相同的新动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述新动力电池在不同频率范围下的阻抗值;
根据相同频率范围下所述新动力电池的阻抗值和所述退役动力电池的阻抗值,确定所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值;
根据所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值和不同频率范围对应的权重值进行加权求和,以确定所述退役动力电池的健康状态总值,并根据所述健康状态总值确定退役动力电池的健康状态。
优选地,其中所述对获取的退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值,包括:
确定每个频率范围内的至少一个测量点,对所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值;
根据所述退役动力电池在同一个频率范围内所有测量点下的阻抗值进行均值计算,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值。
优选地,其中所述不同频率范围包括:高频率范围、第一中间频率范围、中频率范围、第二中间频率范围和低频率范围。
优选地,其中所述高频率范围内的测量点包括1000Hz,所述第一中间频率范围内的测量点包括100Hz,所述中频率范围内的测量点包括10Hz,所述第二中间频率范围内的测量点包括1Hz,所述低频率范围内的测量点包括0.1Hz。
优选地,其中所述根据相同频率范围下所述新动力电池的阻抗值和所述退役动力电池的阻抗值,确定所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值,包括:
SOHi=RNEW-i/ROLD-i
其中,SOHi为所述退役动力电池在第i个频率范围下的健康状态分值; RNEW-i为所述新动力电池在第i个频率范围下的阻抗值;ROLD-i为所述退役动力电池在第i个频率范围下的阻抗值。
根据本发明的另一个方面,提供了一种用于确定退役动力电池的健康状态的系统,所述系统包括:
退役动力电池的阻抗值确定单元,用于对获取的退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值;
新动力电池的阻抗值确定单元,用于对与所述退役动力电池型号相同的新动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述新动力电池在不同频率范围下的阻抗值;
健康状态分值确定单元,用于根据相同频率范围下所述新动力电池的阻抗值和所述退役动力电池的阻抗值,确定所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值;
健康状态确定单元,用于根据所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值和不同频率范围对应的权重值进行加权求和,以确定所述退役动力电池的健康状态总值,并根据所述健康状态总值确定退役动力电池的健康状态。
优选地,其中所述退役动力电池的阻抗值确定单元,具体用于::
确定每个频率范围内的至少一个测量点,对所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值;
根据所述退役动力电池在同一个频率范围内所有测量点下的阻抗值进行均值计算,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值。
优选地,其中所述不同频率范围包括:高频率范围、第一中间频率范围、中频率范围、第二中间频率范围和低频率范围。
优选地,其中所述高频率范围内的测量点包括1000Hz,所述第一中间频率范围内的测量点包括100Hz,所述中频率范围内的测量点包括10Hz,所述第二中间频率范围内的测量点包括1Hz,所述低频率范围内的测量点包括0.1Hz。
优选地,其中所述健康状态分值确定单元,具体用于按照下述公式确定健康状态分值:
SOHi=RNEW-i/ROLD-i
其中,SOHi为所述退役动力电池在第i个频率范围下的健康状态分值; RNEW-i为所述新动力电池在第i个频率范围下的阻抗值;ROLD-i为所述退役动力电池在第i个频率范围下的阻抗值。
本发明提供了一种用于确定退役动力电池的健康状态的方法及系统,对退役动力电池不同频率范围下的阻抗值进行测量,并与新电池同频率范围下的阻抗值进行对比,并根据对比结果确定退役动力电池健康状态,实现了退役动力电池健康状态的快速准确地评估,大幅度缩短了退役动力电池健康状态评估的时间,节约了电池健康状态评估的成本,提升了动力电池梯次利用技术的经济性;另外,本发明所采用的方法在工程实施中都比较容易实现,具有较高的应用价值,能够为退役动力电池的分选重组、系统集成和运维等提供数据支撑,在电动汽车、电化学储能、动力电池梯次利用等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
通过参考下面的附图,可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式:
图1为根据本发明实施方式的用于确定退役动力电池的健康状态的方法100的流程图;
图2为根据本发明实施方式的用于确定退役动力电池的健康状态的系统200的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式,然而,本发明可以用许多不同的形式来实施,并且不局限于此处描述的实施例,提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明,并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中,相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明,此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外,可以理解的是,以通常使用的词典限定的术语,应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义,而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的用于确定退役动力电池的健康状态的方法100的流程图。如图1所示,本发明实施方式提供的用于确定退役动力电池的健康状态的方法,对退役动力电池不同频率范围下的阻抗值进行测量,并与新电池同频率范围下的阻抗值进行对比,并根据对比结果确定退役动力电池健康状态,实现了退役动力电池健康状态的快速准确地评估,大幅度缩短了退役动力电池健康状态评估的时间,节约了电池健康状态评估的成本,提升了动力电池梯次利用技术的经济性;另外,本发明所采用的方法在工程实施中都比较容易实现,具有较高的应用价值,能够为退役动力电池的分选重组、系统集成和运维等提供数据支撑,在电动汽车、电化学储能、动力电池梯次利用等领域具有广泛的应用前景。本发明实施方式提供的用于确定退役动力电池的健康状态的方法100,从步骤101处开始,在步骤101对获取的退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值。
优选地,其中所述对获取的退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值,包括:
确定每个频率范围内的至少一个测量点,对所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值;
根据所述退役动力电池在同一个频率范围内所有测量点下的阻抗值进行均值计算,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值。
优选地,其中所述不同频率范围包括:高频率范围、第一中间频率范围、中频率范围、第二中间频率范围和低频率范围。
优选地,其中所述高频率范围内的测量点包括1000Hz,所述第一中间频率范围内的测量点包括100Hz,所述中频率范围内的测量点包括10Hz,所述第二中间频率范围内的测量点包括1Hz,所述低频率范围内的测量点包括0.1Hz。
由于动力电池的阻抗主要由高频区的欧姆阻抗、中频区的电荷转移阻抗和低频区的扩散阻抗等构成,同时在某些频率范围还存在欧姆阻抗和电荷转移阻抗共同存在、以及电荷转移阻抗和扩散阻抗共同存在。因此,在本发明的实施方式中,选取了5个频率范围进行阻抗值的测量,这样就能够包括上述的几种阻抗,从而使评估结果能够更准确的反映退役动力电池的健康状态;其中,五个频率范围包括:高频率范围、第一中间频率范围、中频率范围、第二中间频率范围和低频率范围。在每一个频率范围内,分别选取了至少一个测量点进行退役动力电池阻抗值的测试,然后计算每一个频率范围内的所有测量点下的阻抗值的均值,以获取退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值。例如,若在高频率范围、第一中间频率范围、中频率范围、第二中间频率范围和低频率范围内的选取的测量点的频率分别为:1000Hz、100Hz、10Hz、1Hz和0.1Hz,测量得到的阻抗值分别为 Rold-1000、Rold-100、Rold-10、Rold-1、和Rold-0.1,因为只有一个测量点,所以则直接将上述阻抗值作为退役动力电池在不同频率范围i下的阻抗值ROLD-i
在步骤102,对与所述退役动力电池型号相同的新动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述新动力电池在不同频率范围下的阻抗值。
在本发明的实施方式中,与获取退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值的方法类似,以获取相同型号的新动力电池在不同频率范围下的阻抗值。例如,对同型号新动力电池,依次测量其在1000Hz、100Hz、10Hz、 1Hz和0.1Hz频率下的阻抗值,测量结果分别记为Rnew-1000、Rnew-100、Rnew-10、 Rnew-1、和Rnew-0.1,即为新动力电池在不同频率范围i下的阻抗值RNEW-i
在步骤103,根据相同频率范围下所述新动力电池的阻抗值和所述退役动力电池的阻抗值,确定所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值。
优选地,其中所述根据相同频率范围下所述新动力电池的阻抗值和所述退役动力电池的阻抗值,确定所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值,包括:
SOHi=RNEW-i/ROLD-i
其中,SOHi为所述退役动力电池在第i个频率范围下的健康状态分值; RNEW-i为所述新动力电池在第i个频率范围下的阻抗值;ROLD-i为所述退役动力电池在第i个频率范围下的阻抗值。
在本发明的实施方式中,将相同频率范围下新电池的阻抗值除以退役动力电池的阻抗值,作为退役动力电池在用该频率范围下的健康状态分值 (State of Health,SOH)。因此,可以得到退役动力电池在每个频率范围下的健康状态分值为:
SOH1=RNEW-1/ROLD-1=Rnew-1000/Rold-1000
SOH2=RNEW-2/ROLD-2=Rnew-100/Rold-100
SOH3=RNEW-3/ROLD-3=Rnew-10/Rold-10
SOH4=RNEW-4/ROLD-4=Rnew-1/Rold-1
SOH5=RNEW-5/ROLD-5=Rnew-0.1/Rold-0.1
在步骤104,根据所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值和不同频率范围对应的权重值进行加权求和,以确定所述退役动力电池的健康状态总值,并根据所述健康状态总值确定退役动力电池的健康状态。
在本发明的实施方式中,对用不同频率范围表示的健康状态分值赋予权重,然后计算该退役动力电池的健康状态总值。计算公式为:SOH=a* SOH1+b*SOH2+c*SOH3+d*SOH4+e*SOH5;其中a、b、c、d、e分别为SOH1、 SOH2、SOH3、SOH4、SOH5的权重,a+b+c+d+e=1,且0<a≤0.5、0<b≤0.3、0 <c≤0.5、0<d≤0.3、0<e≤0.3。
本发明实施方式提供的确定退役动力电池的健康状态的方法,根据退役动力电池不同频率点下的阻抗值对其健康状态进行评估,可在1分钟内完成,实现了退役动力电池健康状态的快速评估,大幅度缩短了退役动力电池健康状态评估的时间,从而提升动力电池梯次利用技术经济性,并且实现方法在工程实施中都比较容易,具有较高的应用价值。
图2为根据本发明实施方式的用于确定退役动力电池的健康状态的系统200的结构示意图。如图2所示,本发明实施方式提供的用于确定退役动力电池的健康状态的系统200,包括:退役动力电池的阻抗值确定单元 201、新动力电池的阻抗值确定单元202、健康状态分值确定单元203和健康状态确定单元204。
优选地,所述退役动力电池的阻抗值确定单元201,用于对获取的退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值。
优选地,其中所述退役动力电池的阻抗值确定单元201,具体用于:
确定每个频率范围内的至少一个测量点,对所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值;
根据所述退役动力电池在同一个频率范围内所有测量点下的阻抗值进行均值计算,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值。
优选地,其中所述不同频率范围包括:高频率范围、第一中间频率范围、中频率范围、第二中间频率范围和低频率范围。
优选地,其中所述高频率范围内的测量点包括1000Hz,所述第一中间频率范围内的测量点包括100Hz,所述中频率范围内的测量点包括10Hz,所述第二中间频率范围内的测量点包括1Hz,所述低频率范围内的测量点包括0.1Hz。
新动力电池的阻抗值确定单元202,用于对与所述退役动力电池型号相同的新动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述新动力电池在不同频率范围下的阻抗值。
优选地,所述健康状态分值确定单元203,用于根据相同频率范围下所述新动力电池的阻抗值和所述退役动力电池的阻抗值,确定所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值。
优选地,其中所述健康状态分值确定单元203,具体用于按照下述公式确定健康状态分值:
SOHi=RNEW-i/ROLD-i
其中,SOHi为所述退役动力电池在第i个频率范围下的健康状态分值; RNEW-i为所述新动力电池在第i个频率范围下的阻抗值;ROLD-i为所述退役动力电池在第i个频率范围下的阻抗值。
优选地,所述健康状态确定单元204,用于根据所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值和不同频率范围对应的权重值进行加权求和,以确定所述退役动力电池的健康状态总值,并根据所述健康状态总值确定退役动力电池的健康状态。
本发明的实施例的用于确定退役动力电池的健康状态的系统200与本发明的另一个实施例的用于确定退役动力电池的健康状态的方法100相对应,在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而,本领域技术人员所公知的,正如附带的专利权利要求所限定的,除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地,在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释,除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该 [装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例,除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行,除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于确定退役动力电池的健康状态的方法,其特征在于,所述方法包括:
对获取的退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值;
对与所述退役动力电池型号相同的新动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述新动力电池在不同频率范围下的阻抗值;
根据相同频率范围下所述新动力电池的阻抗值和所述退役动力电池的阻抗值,确定所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值;
根据所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值和不同频率范围对应的权重值进行加权求和,以确定所述退役动力电池的健康状态总值,并根据所述健康状态总值确定退役动力电池的健康状态;
其中,所述不同频率范围包括:高频率范围、第一中间频率范围、中频率范围、第二中间频率范围和低频率范围;所述高频率范围内的测量点包括1000Hz,所述第一中间频率范围内的测量点包括100Hz,所述中频率范围内的测量点包括10Hz,所述第二中间频率范围内的测量点包括1Hz,所述低频率范围内的测量点包括0.1Hz。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对获取的退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值,包括:
确定每个频率范围内的至少一个测量点,对所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值;
根据所述退役动力电池在同一个频率范围内所有测量点下的阻抗值进行均值计算,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据相同频率范围下所述新动力电池的阻抗值和所述退役动力电池的阻抗值,确定所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值,包括:
SOHi=RNEW-i/ROLD-i
其中,SOHi为所述退役动力电池在第i个频率范围下的健康状态分值;RNEW-i为所述新动力电池在第i个频率范围下的阻抗值;ROLD-i为所述退役动力电池在第i个频率范围下的阻抗值。
4.一种用于确定退役动力电池的健康状态的系统,其特征在于,所述系统包括:
退役动力电池的阻抗值确定单元,用于对获取的退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值;
新动力电池的阻抗值确定单元,用于对与所述退役动力电池型号相同的新动力电池在不同频率范围下的阻抗值进行测量,以获取所述新动力电池在不同频率范围下的阻抗值;
健康状态分值确定单元,用于根据相同频率范围下所述新动力电池的阻抗值和所述退役动力电池的阻抗值,确定所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值;
健康状态确定单元,用于根据所述退役动力电池在不同频率范围下的健康状态分值和不同频率范围对应的权重值进行加权求和,以确定所述退役动力电池的健康状态总值,并根据所述健康状态总值确定退役动力电池的健康状态;
其中,所述不同频率范围包括:高频率范围、第一中间频率范围、中频率范围、第二中间频率范围和低频率范围;所述高频率范围内的测量点包括1000Hz,所述第一中间频率范围内的测量点包括100Hz,所述中频率范围内的测量点包括10Hz,所述第二中间频率范围内的测量点包括1Hz,所述低频率范围内的测量点包括0.1Hz。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述退役动力电池的阻抗值确定单元,具体用于:
确定每个频率范围内的至少一个测量点,对所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值进行测量,以获取所述退役动力电池在每个测量点下的阻抗值;
根据所述退役动力电池在同一个频率范围内所有测量点下的阻抗值进行均值计算,以获取所述退役动力电池在不同频率范围下的阻抗值。
6.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述健康状态分值确定单元,具体用于按照下述公式确定健康状态分值:
SOHi=RNEW-i/ROLD-i
其中,SOHi为所述退役动力电池在第i个频率范围下的健康状态分值;RNEW-i为所述新动力电池在第i个频率范围下的阻抗值;ROLD-i为所述退役动力电池在第i个频率范围下的阻抗值。
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