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電池的壽命估算方法與流程

來源:泰然健康網(wǎng) 時(shí)間:2025年07月16日 18:33

本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域,尤其是涉及一種電池的壽命估算方法。

背景技術(shù):

隨著消費(fèi)者對(duì)新能源汽車安全性和壽命關(guān)注的日益加深,作為新能源汽車動(dòng)力源的鋰離子電池壽命估算成為鋰離子電池狀態(tài)估算的重點(diǎn)。

相關(guān)技術(shù)中,車用鋰離子電池壽命要求是8年12萬公里,進(jìn)行壽命實(shí)驗(yàn)周期長、成本高。以壽命實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的鋰離子電池估算方法通常在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行加速壽命實(shí)驗(yàn),并以此實(shí)驗(yàn)結(jié)果來建立壽命模型。然而壽命實(shí)驗(yàn)中,一方面壽命實(shí)驗(yàn)很難全面覆蓋鋰離子電池壽命的影響因素,另一方面因素水平的設(shè)置很容易造成鋰離子電池濫用,干擾、破壞鋰離子電池原本的衰老軌跡,最后,實(shí)驗(yàn)室壽命工況跟實(shí)際車用工況會(huì)有較大區(qū)別。鋰離子電池壽命估計(jì)的另一個(gè)方法是基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),該方法對(duì)訓(xùn)練樣本的大小和選取具有較高的依賴性,且計(jì)算復(fù)雜,實(shí)施有難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此,本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種電池的壽命估算方法,該電池的壽命估算方法可以快速估算出電池的使用壽命,并且,該壽命估算方法的成本較低、易于實(shí)施。

根據(jù)本發(fā)明的電池的壽命估算方法包括以下步驟:s1、從所述電池的恒流初始充電曲線上選取電池電壓v隨soc呈線性相關(guān)的電壓區(qū)間[vr1,vr2],v∈[vr1,vr2];s2、按照電壓區(qū)間[vr1,vr2]選取所述電池使用過程中適合做soh估算的充電段;s3、計(jì)算soh估計(jì)所述充電段的充入電量qch;s4、根據(jù)soh估計(jì)所述充電段始末電壓,按照所建立的充電曲線計(jì)算充電段荷電狀態(tài)差異△socv;s5、估算電池當(dāng)前容量qc;根據(jù)qc=qch/△socv,利用公式soh=qc/qn=qch/(△socv*qn)估算出所述電池壽命。

根據(jù)本發(fā)明的電池的壽命估算方法,通過步驟s1、s2、s3、s4和s5配合,能夠快速估算出電池的使用壽命,可以判斷出電池的狀態(tài),從而可以為電池的使用、維護(hù)及更換提供參考依據(jù),并且,該壽命估算方法的成本較低、易于實(shí)施。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s1還包括,所述初始充電曲線為所述電池慢充工況下的所述初始充電曲線。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s1還包括,在所述電壓區(qū)間[vr1,vr2]內(nèi),soc滿足關(guān)系式:soc=a*v+b,其中,a,b為擬合參數(shù)。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s1還包括,在向所述電池充電時(shí),記錄所述電池充電開始時(shí)刻電壓v1、剩余電量soc1、電流i1。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s1還包括,在選取所述電壓區(qū)間時(shí),判斷充電初始位置:若v1<vr1,記錄所述電池充電到電壓等于vr1時(shí)刻的電壓vr1,剩余電量soc2、電流i2;若v1>vr2,則該次充電不符合soh估算;若vr1≤v1<vr2,則soh估算段初始值為充電開始時(shí)刻數(shù)據(jù),即vs=v1,socs=soc1,is=i1。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s2還包括:當(dāng)所述電池充電終止或充電電壓到達(dá)soh估算所述充電段上限vr2,記錄電壓v2,剩余電量soc3,電流i3。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s2還包括:設(shè)定恒流電流差值閾值為ir、充入電量導(dǎo)致soc變化最低閾值為socr,若|is-ie|<ir、soce-socs≥socr,則根據(jù)電壓選取出的充電段符合測(cè)量要求,執(zhí)行步驟s4;若|is-ie|≥ir和/或soce-socs<socr,則根據(jù)電壓選取出的充電段不符合測(cè)量要求,結(jié)束。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s1還包括:獲取車輛離線數(shù)據(jù)電流、電壓、充電狀態(tài)、電池剩余電量。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s1還包括:記錄充電開始數(shù)據(jù)位置socicon1、充電結(jié)束數(shù)據(jù)位置socicon2,根據(jù)位置信息socicon1,socicon2讀取充電開始數(shù)據(jù)v3、充電結(jié)束數(shù)據(jù)v4。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s2還包括:根據(jù)[v3,v4]選取屬于[vr1,vr2]區(qū)間內(nèi)的充電段,記錄與v5對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位置socicon11、與v6對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位置socicon22。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s2還包括:根據(jù)充電段的始末位置socicon11、socicon22找出與socicon11對(duì)應(yīng)的電流i11和soc11、與socicon22對(duì)應(yīng)的電流i22和soc22,設(shè)定恒流電流差值閾值為ir、充入電量導(dǎo)致soc變化最低閾值為socr,篩選出|i11-i22|<ir且△soc1=|soc22-soc11|≥socr的充電段,并記錄對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)始末位置[socicon111,socicon222]。

在本發(fā)明的一些示例中,所述步驟s3還包括:根據(jù)篩選出的充電段的數(shù)據(jù)始末位置[socicon111,socicon222]獲取充電段始末電壓[v111,v222],通過標(biāo)準(zhǔn)充電v-soc曲線獲得對(duì)應(yīng)的剩余電量vsoc1和vsoc2,則從標(biāo)準(zhǔn)曲線上獲得的剩余電量變化△soc2=|vsoc1-vsoc2|。

在本發(fā)明的一些示例中,充入電量qch=qn*△soc1,或者,根據(jù)充電段的數(shù)據(jù)始末位置[socicon111,socicon222],截取出對(duì)應(yīng)的充電數(shù)據(jù)i-t安時(shí)積分計(jì)算充入電量qch。

在本發(fā)明的一些示例中,qc=qch/△soc2,最終,根據(jù)公式soh=qc/qn,計(jì)算出所述電池的壽命。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解,其中:

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池壽命初始充電曲線;

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池不同壽命時(shí)刻充電曲線上對(duì)應(yīng)soh估計(jì)充電段;

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池的壽命估算方法的流程圖;

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池的壽命估算方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖;

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池的壽命估算方法的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例,所述實(shí)施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的,僅用于解釋本發(fā)明,而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面參考圖1-圖5描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池的壽命估算方法。

如圖1-圖5所示,根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壽命估算方法包括以下步驟:s1、s2、s3、s4和s5。s1、從電池的恒流初始充電曲線上選取電池電壓v隨soc(stateofcharge-荷電狀態(tài))呈線性相關(guān)的電壓區(qū)間[vr1,vr2],v∈[vr1,vr2],選取區(qū)間以電壓為限定條件而不是以soc為限定條件的原因是為了避免車輛長期運(yùn)行中soc估算有累積誤差。

s2、按照電壓區(qū)間[vr1,vr2]選取電池使用過程中適合做soh(stateofhealth-健康狀態(tài)、壽命)估算的充電段,需要說明的是,如圖2所示,適合估算soh的充電段具有如下要求:(1)、根據(jù)充電電壓判斷位于標(biāo)準(zhǔn)曲線線性段內(nèi);(2)、電池的充電電量不小于某一設(shè)定值,例如:電池的充電電量不小于初始容量的百分之十五,該設(shè)定是為了確保電池容量的估計(jì)精度;(3)、充電段內(nèi)充電電流為恒定值,且電流大小與標(biāo)準(zhǔn)曲線電流一致。

s3、計(jì)算soh估計(jì)充電段的充入電量qch,qch表示電池的充入電量,qch計(jì)算方式有兩種:第一種是安時(shí)積分方法,t是指時(shí)間,i是指電流,ts、te分別是充電始末時(shí)刻;第一種是根據(jù)系統(tǒng)輸出的soc,通過soc差異△soc計(jì)算。qch=qn*△soc,qn表示電池壽命初始的容量,△soc就是充電段始末的soc差,△soc=soc末-soc始。

s4、根據(jù)soh估計(jì)充電段始末電壓,按照所建立的充電曲線計(jì)算充電段荷電狀態(tài)差異△socv,△socv=socm-socs,socm=(a*vm+b),socs=(a*vs+b)=a*(vm-vs),△socv表示充電段荷電狀態(tài)差異,socm、socs分別是充電段對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線上充電末端、初始soc,vm、vs分別是充電段對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線上充電末端、初始電壓。s5、估算電池當(dāng)前容量qc。根據(jù)qch=qn*△soc,利用公式soh=qc/qn=qch/(△socv*qn)估算出電池壽命。

其中,本申請(qǐng)壽命估算方法的成本較低、方法便捷、易于實(shí)施,并且,通過步驟s1、s2、s3、s4和s5配合,能夠快速估算出電池的使用壽命,可以判斷出電池的狀態(tài),從而可以為電池的使用、維護(hù)及更換提供參考依據(jù)。

另外,由于該壽命估算方法是基于鋰離子電池恒流充電過程電壓與soc線性相關(guān)段,因此不適用于磷酸鐵鋰體系鋰離子電池(該體系電池恒流充電電壓有較明顯的平臺(tái)電壓),但是適用于含固溶體的鋰離子電池體系,例如三元體系:鎳鈷錳、鎳鈷鋁等。

由此,通過步驟s1、s2、s3、s4和s5配合,能夠快速估算出電池的使用壽命,可以判斷出電池的狀態(tài),從而可以為電池的使用、維護(hù)及更換提供參考依據(jù),并且,該壽命估算方法的成本較低、易于實(shí)施。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,步驟s1還可以包括,初始充電曲線為電池慢充工況下的初始充電曲線,例如:電流小于0.5c,這樣設(shè)置能夠使電流較小,可以在一定程度上緩解極化對(duì)電壓的影響,從而可以提升電池全壽命周期的壽命估算精度。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,步驟s1還包括,在電壓區(qū)間[vr1,vr2]內(nèi),soc滿足關(guān)系式:soc=a*v+b,其中,a,b為擬合參數(shù),如此設(shè)置可以算出soc的值,從而可以保證順利完成對(duì)電池的壽命估算工作。

如圖4所示,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例,該實(shí)施例是在線估算電池的壽命方法,步驟s1還可以包括,在向電池充電時(shí),記錄電池充電開始時(shí)刻電壓v1、剩余電量soc1、電流i1。需要解釋的是,判斷電池充電開始,判斷依據(jù)可以是充電狀態(tài)、插槍信號(hào)、充電電壓、充電電流中的任意一種。具體使用某種信號(hào)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。例如,充電狀態(tài)從0變?yōu)榉?,可以斷定充電開始,充電電壓從0變?yōu)榉?,同樣也可以斷定充電開始。斷定電池充電開始后,記錄電池充電開始時(shí)刻電壓v1、剩余電量soc1、電流i1。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,如圖4所示,步驟s1還可以包括,在選取電壓區(qū)間時(shí),判斷充電初始位置:若v1<vr1,記錄電池充電到電壓等于vr1時(shí)刻的電壓vr1,剩余電量soc2、電流i2,則soh估算段初始值為該時(shí)刻數(shù)據(jù),即vs=vr1,socs=soc2,is=i2,如果若v1>vr2,則該次充電不符合soh估算,結(jié)束,若vr1≤v1<vr2,則soh估算段初始值為充電開始時(shí)刻數(shù)據(jù),即vs=v1、socs=soc1、is=i1,這樣設(shè)置可以判斷出電池的充電初始點(diǎn)是否在標(biāo)準(zhǔn)曲線上的電壓區(qū)間[vr1,vr2]內(nèi)。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,如圖4所示,步驟s2還可以包括:當(dāng)電池充電終止或者充電電壓到達(dá)soh估算充電段上限vr2時(shí),記錄電壓v2、剩余電量soc3、電流i3,且該點(diǎn)數(shù)據(jù)為用于soh估計(jì)的充電段末端數(shù)據(jù)ve=v2、soce=soc3、ie=i3,如此設(shè)置可以判斷出電池的充電末端。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,如圖4所示,步驟s2還可以包括:設(shè)定恒流電流差值閾值為ir、充入電量導(dǎo)致soc變化最低閾值為socr,若|is-ie|<ir、soce-socs≥socr,則根據(jù)電壓選取出的充電段符合測(cè)量要求,執(zhí)行步驟s4。若|is-ie|≥ir和/或soce-socs<socr,則根據(jù)電壓選取出的充電段不符合測(cè)量要求,結(jié)束,需要說明的是,|is-ie|≥ir和/或soce-socs<socr可以指同時(shí)滿足關(guān)系式:|is-ie|≥ir、soce-socs<socr,也可以指滿足|is-ie|≥ir、soce-socs<socr中的一個(gè)關(guān)系式。這樣設(shè)置可以判斷出電池是否為恒流充電,也可以判斷出電池是否充入足夠電量。

其中,判斷根據(jù)電壓選取出的充電段是否同時(shí)符合以下條件:a)電池為恒流充電,即充電段始末電流差值的絕對(duì)值小于設(shè)定值ir,|is-ie|<ir。b)充電電量始末電量差值不小于某一設(shè)定值socr,soce-socs≥soc,通過上述步驟可以選取出符合要求的充電段。

并且,充電段充入電量qch=(soce-socs)*qn,當(dāng)電壓、電流、電量判斷均合格后,按照所建立的標(biāo)準(zhǔn)充電曲線計(jì)算該充電段荷電狀態(tài)差異△socv,△socv=socve-socvs=(a*ve+b)-(a*vs+b)=a*(ve-vs),然后估算電池當(dāng)前容量qc=qch/△socv,則soh=qc/qn=(soce-socs)/△socv,從而可以準(zhǔn)確估算出電池的使用壽命,進(jìn)而可以為電池的使用、維護(hù)及更換提供參考依據(jù)。

如圖5所示,根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例,該實(shí)施例是離線分析電池的壽命方法,例如離線獲取車載鋰離子電池?cái)?shù)據(jù),進(jìn)行soh估算。具體的方法為,在步驟s1中還可以包括:獲取車輛離線數(shù)據(jù)電流、電壓、充電狀態(tài)、電池剩余電量,然后判斷電池的充電過程,若電池的充電狀態(tài)從0變?yōu)榉?,則表示電池充電開始,若電池的充電狀態(tài)從非0變?yōu)?,則表示電池充電結(jié)束。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,如圖5所示,在步驟s1中還可以包括:記錄充電開始數(shù)據(jù)位置socicon1、充電結(jié)束數(shù)據(jù)位置socicon2,根據(jù)位置信息socicon1,socicon2讀取充電開始數(shù)據(jù)v3、充電結(jié)束數(shù)據(jù)v4。需要解釋的是,獲取車輛離線數(shù)據(jù)電流、電壓、充電狀態(tài)、電池剩余電量,然后判斷電池的充電過程后,記錄充電開始數(shù)據(jù)socicon1、充電結(jié)束數(shù)據(jù)socicon2、充電開始數(shù)據(jù)v3、充電結(jié)束數(shù)據(jù)v4。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,如圖5所示,在步驟s2中還可以包括:獲取車輛離線數(shù)據(jù)電流、電壓、充電狀態(tài)、電池剩余電量,然后判斷電池的充電過程,然后記錄充電開始數(shù)據(jù)位置socicon1、充電結(jié)束數(shù)據(jù)位置socicon2、充電開始數(shù)據(jù)v3、充電結(jié)束數(shù)據(jù)v4,然后根據(jù)[v3,v4]選取屬于[vr1,vr2]區(qū)間內(nèi)的充電段[v5,v6],記錄與v5對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位置socicon11、與v6對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位置socicon22,這樣設(shè)置可以選出合適的充電段。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,如圖5所示,在步驟s2中還可以包括:獲取車輛離線數(shù)據(jù)電流、電壓、充電狀態(tài)、電池剩余電量,然后判斷電池的充電過程,然后記錄充電開始數(shù)據(jù)位置socicon1、充電結(jié)束數(shù)據(jù)位置socicon2、充電開始數(shù)據(jù)v3、充電結(jié)束數(shù)據(jù)v4,然后根據(jù)[v3,v4]選取屬于[vr1,vr2]區(qū)間內(nèi)的充電段[v5,v6],記錄與v5對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位置socicon11、與v6對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位置socicon22,這樣設(shè)置可以選出合適的充電段,然后根據(jù)充電段的始末位置socicon11、socicon22找出與socicon11對(duì)應(yīng)的電流i11和soc11、與socicon22對(duì)應(yīng)的電流i22和soc22,設(shè)定恒流電流差值閾值為ir、充入電量導(dǎo)致soc變化最低閾值為socr,篩選出|i11-i22|<ir且△soc1=|soc22-soc11|≥socr的充電段,并記錄對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)始末位置[socicon111,socicon222],如此設(shè)置可以進(jìn)一步篩選出符合要求的充電段,從而可以提升電池壽命估算的精確度。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,如圖5所示,在步驟s3還可以包括:根據(jù)篩選出的充電段的數(shù)據(jù)始末位置[socicon111,socicon222]獲取充電段始末電壓[v111,v222],通過標(biāo)準(zhǔn)充電v-soc曲線獲得對(duì)應(yīng)的剩余電量vsoc1和vsoc2,則從標(biāo)準(zhǔn)曲線上獲得的剩余電量變化△soc2=|vsoc1-vsoc2|。

需要解釋的是,獲取車輛離線數(shù)據(jù)電流、電壓、充電狀態(tài)、電池剩余電量,然后判斷電池的充電過程,然后記錄充電開始數(shù)據(jù)位置socicon1、充電結(jié)束數(shù)據(jù)位置socicon2,根據(jù)位置信息socicon1、socicon2讀取充電開始數(shù)據(jù)v3、充電結(jié)束數(shù)據(jù)v4,然后根據(jù)[v3,v4]選取屬于[vr1,vr2]區(qū)間內(nèi)的充電段[v5,v6],記錄與v5對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位置socicon11、與v6對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位置socicon22,這樣設(shè)置可以選出合適的充電段,然后根據(jù)充電段的始末位置socicon11、socicon22找出與socicon11對(duì)應(yīng)的電流i11和soc11、與socicon22對(duì)應(yīng)的電流i22和soc22,設(shè)定恒流電流差值閾值為ir、充入電量導(dǎo)致soc變化最低閾值為socr,篩選出|i11-i22|<ir且△soc1=|soc22-soc11|≥socr的充電段,并記錄對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)始末位置[socicon111,socicon222]。根據(jù)篩選出的充電段的數(shù)據(jù)始末位置[socicon111,socicon222]獲取充電段始末電壓[v111,v222],通過標(biāo)準(zhǔn)充電v-soc曲線獲得對(duì)應(yīng)的剩余電量vsoc1和vsoc2,則剩從標(biāo)準(zhǔn)曲線上獲得的余電量變化△soc2=|vsoc1-vsoc2|,這樣設(shè)置可以獲取剩余電量變化△soc2的值。

充入電量qch=qn*△soc1,或者根據(jù)充電段的數(shù)據(jù)始末位置[socicon111,socicon222],截取出對(duì)應(yīng)的充電數(shù)據(jù)i-t安時(shí)積分計(jì)算充入電量qch。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,如圖5所示,qc=qch/△soc2,最終,根據(jù)公式:soh=△soc1/△soc2,計(jì)算出電池的壽命,通過上述步驟配合,能夠更加快速地估算出電池的使用壽命,并且,該壽命估算方法的成本較低、易于實(shí)施,可以進(jìn)一步降低實(shí)驗(yàn)成本。

在本說明書的描述中,參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中,對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且,描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型,本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。

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