CN103308864A - 二次电池soh值估算和剩余寿命测试方法 - Google Patents

Abstract

二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法，它涉及一种二次电池剩余寿命预测方法，它的预测方法包括以下步骤：实时采集二次电池的性能退化协变量数据；建立二次电池退化协变量状态过程模型并实时估计模型参数；计算二次电池的退化量值；实时计算结果及电池出厂数据，实时估算二次电池当前SOH值；建立二次电池应力-退化联合模型，并估计模型参数；根据二次电池的预置使用标准，实时计算二次电池不同使用工况下的电池剩余寿命。它能够提高二次电池健康状态SOH估算、剩余寿命预测的精度和可信度，改善电池的使用和维护效率，延长电池的使用时间。

Description

二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法

技术领域：

本发明涉及一种二次电池剩余寿命预测方法，具体涉及一种基于退化协变量的二次电池剩余循环寿命和剩余日历寿命的预测方法。

背景技术：

二次电池是电动汽车、通信基站、手机、笔记本电脑等产品的关键部件，其剩余寿命预测的精确性，将直接影响此类产品成本和使用性能的发挥。二次电池在应用中具有两个明显特征：(1)非连续工作，静置和充放电使用状态交替出现；(2)存在多个与二次电池性能退化（容量衰减、内阻变大）相关且可直接或间接监测的变量，即性能退化协变量。按照与二次电池性能退化的关系，退化协变量分为环境协变量和响应协变量，环境协变量（如，电池充放电电流和电压、环境温湿度、盐雾度等）的变化会导致二次电池性能退化率发生变化；响应协变量（如，电解液成分、电极中活性物质含量等）的变化受电池性能退化率的影响。进一步，按作用方式的不同，环境协变量又可分为连续性协变量（如，温度，电动汽车的动力电池，不论处于使用状态还是贮存状态，其容量的变化均受到温度的影响，且温度会随时间发生连续变化，具有类似于温度这种变量特点的协变量，称之为连续型协变量）和冲击型协变量（如，电池输出功率变化，电动汽车的动力电池在使用状态，随着汽车的增速或减速，其放电率会发生变化，从而引起电池容量的变化。而电池输出功率发生变化的时刻是随机出现的，且每次变化的幅度也是随机的，具有类似于车速这种变量特点的协变量，称之为冲击型协变量）。对于二次电池而言，这些退化协变量在电池使用期间具有显然的随机性和时变性。现有的二次电池寿命预测方法，不论是基于寿命数据的方法，还是基于性能退化数据的方法，一般是在二次电池始终处于工作状态或贮存状态、应力剖面给定的假设下提出的，其预测精度和适用性很不足。

发明内容：

本发明的目的是提供二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法，它能够提高二次电池健康状态SOH估算、剩余寿命预测的精度和可信度，改善电池的使用和维护效率，延长电池的使用时间。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它的预测方法包括以下步骤：（1）利用温度、电压、电流、湿度、盐雾、振动、电阻等传感器实时采集二次电池的性能退化协变量数据；（2）利用实时采集的二次电池性能退化协变量数据建立二次电池退化协变量状态过程模型并实时估计模型参数；（3）利用实时采集的二次电池性能退化协变量数据分析计算二次电池的最大可用容量、最大能量、最大输出功率、内阻等退化量值；（4）利用二次电池性能退化量实时计算结果及电池出厂数据（额定容量、额定能量、充电截止电压、放电截止电压、平台电压等），实时估算二次电池当前SOH值；（5）根据二次电池退化协变量状态过程模型及二次电池退化量实时计算结果建立二次电池应力-退化联合模型，并估计模型参数；（6）根据二次电池的预置使用标准（绝对阈值、相对阈值、随机阈值），实时计算二次电池不同使用工况下的电池剩余寿命。

所述的二次电池为可充放电循环使用的化学蓄电池单体、可充放电循环使用的化学蓄电池单体按串并联方式组合而成的二次电池组，以及由二次电池组按模块搭组方式建构而成的二次电池系统。

所述的电池剩余寿命包括以日历时间（年、月、日、分钟、秒）为计的电池剩余日历寿命、以充放电次数为计的剩余循环寿命。

在退化协变量数据实时采集过程中，采集内容可包括温度、电压、电流、湿度、盐雾、振动等中的一种或多种。

在建立二次电池应力-退化联合模型过程中，应力主要指温度、电压、电流、湿度、盐雾、振动等中的一种或多种，退化主要指电池最大容量、最大能量、最大输出功率、或电池内阻随时间或充放电次数的衰减。应力-退化联合模型描述了二次电池退化量随应力的衰减规律。

二次电池的使用标准包括二次电池退化量与二次电池初始退化量的绝对差值符合要求范围、二次电池退化量与二次电池初始退化量的相对比值符合要求范围、二次电池退化量与二次电池初始退化量的绝对差值满足一定的随机分布要求、二次电池退化量与二次电池初始退化量的相对比值满足一定的随机分布要求。

实时计算出的二次电池健康度指电池最大可用容量与电池额定容量的比值，或者电池最大输出功率与电池额定最大输出功率的比值，或者电池最大输出能量与电池额定输出能量的比值。

计算出的二次电池不同使用工况下的剩余循环寿命和剩余日历寿命结果包括：给定使用工况下的剩余循环寿命平均值（平均循环寿命）的点估计和一定置信度下的置信区间、剩余循环寿命分位值（可靠循环寿命）的点估计和一定置信度下的置信区间、剩余日历寿命平均值（平均日历寿命）的点估计和一定置信度下的置信区间、剩余日历寿命分位值（可靠日历寿命）的点估计和一定置信度下的置信区间。此处使用工况包括：二次电池环境温度、湿度、盐雾度、振动频率和幅值，以及二次电池充放电电流和电压。

本发明能够提高二次电池健康状态SOH估算、剩余寿命预测的精度和可信度，改善电池的使用和维护效率，延长电池的使用时间。

附图说明：

图1为本发明的预测方法流程图。

具体实施方式：

参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：它的预测方法包括以下步骤：（1）利用温度、电压、电流、湿度、盐雾、振动、电阻等传感器实时采集二次电池的性能退化协变量数据；（2）利用实时采集的二次电池性能退化协变量数据建立二次电池退化协变量状态过程模型并实时估计模型参数；（3）利用实时采集的二次电池性能退化协变量数据分析计算二次电池的最大可用容量、最大能量、最大输出功率、内阻等退化量值；（4）利用二次电池性能退化量实时计算结果及电池出厂数据（额定容量、额定能量、充电截止电压、放电截止电压、平台电压等），实时估算二次电池当前SOH值；（5）根据二次电池退化协变量状态过程模型及二次电池退化量实时计算结果建立二次电池应力-退化联合模型，并估计模型参数；（6）根据二次电池的预置使用标准（绝对阈值、相对阈值、随机阈值），实时计算二次电池不同使用工况下的电池剩余寿命。

所述的二次电池为可充放电循环使用的化学蓄电池单体、可充放电循环使用的化学蓄电池单体按串并联方式组合而成的二次电池组，以及由二次电池组按模块搭组方式建构而成的二次电池系统。

所述的电池剩余寿命包括以日历时间（年、月、日、分钟、秒）为计的电池剩余日历寿命、以充放电次数为计的剩余循环寿命。

在退化协变量数据实时采集过程中，采集内容可包括温度、电压、电流、湿度、盐雾、振动等中的一种或多种。

在建立二次电池应力-退化联合模型过程中，应力主要指温度、电压、电流、湿度、盐雾、振动等中的一种或多种，退化主要指电池最大容量、最大能量、最大输出功率、或电池内阻随时间或充放电次数的衰减。应力-退化联合模型描述了二次电池退化量随应力的衰减规律。

二次电池的使用标准包括二次电池退化量与二次电池初始退化量的绝对差值符合要求范围、二次电池退化量与二次电池初始退化量的相对比值符合要求范围、二次电池退化量与二次电池初始退化量的绝对差值满足一定的随机分布要求、二次电池退化量与二次电池初始退化量的相对比值满足一定的随机分布要求。

实时计算出的二次电池健康度指电池最大可用容量与电池额定容量的比值，或者电池最大输出功率与电池额定最大输出功率的比值，或者电池最大输出能量与电池额定输出能量的比值。

计算出的二次电池不同使用工况下的剩余循环寿命和剩余日历寿命结果包括：给定使用工况下的剩余循环寿命平均值（平均循环寿命）的点估计和一定置信度下的置信区间、剩余循环寿命分位值（可靠循环寿命）的点估计和一定置信度下的置信区间、剩余日历寿命平均值（平均日历寿命）的点估计和一定置信度下的置信区间、剩余日历寿命分位值（可靠日历寿命）的点估计和一定置信度下的置信区间。此处使用工况包括：二次电池环境温度、湿度、盐雾度、振动频率和幅值，以及二次电池充放电电流和电压。

本具体实施方式能够提高二次电池健康状态SOH估算、剩余寿命预测的精度和可信度，改善电池的使用和维护效率，延长电池的使用时间。

Claims (8)

1.二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法，其特征在于它的预测方法包括以下步骤：（1）利用温度、电压、电流、湿度、盐雾、振动、电阻传感器实时采集二次电池的性能退化协变量数据；（2）利用实时采集的二次电池性能退化协变量数据建立二次电池退化协变量状态过程模型并实时估计模型参数；（3）利用实时采集的二次电池性能退化协变量数据分析计算二次电池的最大可用容量、最大能量、最大输出功率、内阻退化量值；（4）利用二次电池性能退化量实时计算结果及电池出厂数据，实时估算二次电池当前SOH值；（5）根据二次电池退化协变量状态过程模型及二次电池退化量实时计算结果建立二次电池应力-退化联合模型，并估计模型参数；（6）根据二次电池的预置使用标准，实时计算二次电池不同使用工况下的电池剩余寿命。

2.根据权利要求1所述的二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法，其特征在于所述的二次电池为可充放电循环使用的化学蓄电池单体、可充放电循环使用的化学蓄电池单体按串并联方式组合而成的二次电池组，以及由二次电池组按模块搭组方式建构而成的二次电池系统。

3.根据权利要求1所述的二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法，其特征在于所述的步骤(6)中，电池剩余寿命包括以日历时间为计的电池剩余日历寿命、以充放电次数为计的剩余循环寿命。

4.根据权利要求1所述的二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法，其特征在于在退化协变量数据实时采集过程中，采集内容可包括温度、电压、电流、湿度、盐雾、振动中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法，其特征在于在建立二次电池应力-退化联合模型过程中，应力主要指温度、电压、电流、湿度、盐雾、振动中的一种或多种，退化主要指电池最大容量、最大能量、最大输出功率、或电池内阻随时间、充放电次数的衰减，应力-退化联合模型描述了二次电池退化量随应力的衰减规律。

6.根据权利要求1所述的二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法，其特征在于二次电池的使用标准包括二次电池退化量与二次电池初始退化量的绝对差值符合要求范围、二次电池退化量与二次电池初始退化量的相对比值符合要求范围、二次电池退化量与二次电池初始退化量的绝对差值满足一定的随机分布要求、二次电池退化量与二次电池初始退化量的相对比值满足一定的随机分布要求。

7.根据权利要求1所述的二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法，其特征在于实时计算出的二次电池健康度指电池最大可用容量与电池额定容量的比值，电池最大输出功率与电池额定最大输出功率的比值，电池最大输出能量与电池额定输出能量的比值。

8.根据权利要求1所述的二次电池SOH值估算和剩余寿命测试方法，其特征在于计算出的二次电池不同使用工况下的剩余循环寿命和剩余日历寿命结果包括：给定使用工况下的剩余循环寿命平均值的点估计和一定置信度下的置信区间、剩余循环寿命分位值的点估计和一定置信度下的置信区间、剩余日历寿命平均值的点估计和一定置信度下的置信区间、剩余日历寿命分位值的点估计和一定置信度下的置信区间。

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