CN104931891B - 能源系统的寿命预测方法及车载能源系统的寿命评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能源系统的寿命预测方法及车载能源系统的寿命评估方法，本发明在进行能源系统寿命预测时，以循环充放电X小时、搁置Y小时为周期进行循环测试，该方法在寿命测试中考虑日历对能源系统寿命的影响，所预测出的寿命更加符合实际工况。同时，本发明还提供了一种车载能源系统的寿命评估方法，该评估方法首先预测出高温下的车载能源系统工况寿命，分别在上述高温和待求温度下对车载能源系统进行循环充放电设定次数以得到寿命影响因子，高温下的工况寿命乘以该寿命影响因子，得到的值即为车载能源系统待求温度下的工况寿命，整个过程既符合车载能源系统的实际工况，又能缩短寿命的测试时间，实现对车载能源系统寿命又快又准的评估。

Description

能源系统的寿命预测方法及车载能源系统的寿命评估方法

技术领域

本发明涉及一种能源系统的寿命预测方法及车载能源系统的寿命评估方法，属于车载能源系统技术领域。

背景技术

车载能源系统作为新能源车辆的关键零部件，其寿命对整车的经济性和动力性影响显著，影响电池寿命的因素主要有两个，一个是电池的充放电次数，另一个是电池的闲置时间(日历)，而目前对于电池寿命的测试大都忽略日历的影响，仅仅考虑充放电次数，通过循环充放电的方式进行寿命测试，所测试的结果并符合实际工况，导致其寿命测试结果不够准确。如申请号为201110113495.5的专利文件公开了一种电池系统在线寿命预测方法，该方法基于电池系统使用过程中的恒功率充、放电性能总体衰减的趋势，对待测电池进行恒功率充、放电，然后利用衰减充、放电功率的充、放电维持时间来评估电池系统的当前寿命，整个过程既没有考虑日历的影响，所预测的寿命与实际工况的寿命情况差别比较大，准确性低。

当电池在进行寿命测试时，若按照实际工况进行测试，需要考率日历影响，导致整个测试过程耗时长，不利于产品快速投入市场，因此就需要一种又准又快的车载能源系统的寿命评估方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种能源系统的寿命预测方法，以解决目前能源系统寿命预测中未考虑日历影响所导致的预测准确性差的问题；本发明还提供了一种车载能源系统的寿命评估方法，以实现对车载能源系统寿命准确、快速的评估。

本发明为解决上述技术问题而提供一种能源系统的寿命预测方法，该测试方法包括以下步骤：

1)将待测的能源系统升温至设定温度下，在该设定温度下以循环充放电X小时、搁置Y小时作为一个周期进行循环测试；

2)以设定的周期为间隔记录能源系统的容量与对应的测试时长，并将得到的数据进行拟合，确定测试时长与能源系统容量之间的关系；

3)以设定容量作为能源系统寿命截止条件，将该设定容量带入步骤2)中所确定关系进行求解，待求解出的时长即为该能源系统在设定温度下的工况寿命。

所述步骤1)中X和Y的和为24。

所述步骤2)中拟合所采用的公式为：

y＝C1-a*x^b

其中y为实测容量值，x为测试天数，C1为待测能源系统的初始容量，a、b为常数，由实验数据拟合确定。

所述步骤2)在进行拟合时采用的工具为Matlab。

本发明还提供了一种基于实车工况的车载能源系统的寿命评估方法，该寿命评估方法包括以下步骤：

1)将待测的车载能源系统升温至其工作温度范围的高温，在该高温下以循环充放电X小时、搁置Y小时作为一个周期进行循环测试；

2)以设定的周期为间隔记录车载能源系统的容量与对应的测试时长，并将得到的数据进行拟合，确定测试时长与车载能源系统容量之间的关系；

3)以设定容量作为寿命截止条件，将该设定容量带入步骤2)中所确定关系进行求解，待求解出的时长即为该车载能源系统在上述高温下的工况寿命；

4)将车载能源系统在上述高温下进行循环充放电测试设定次数，得到能源系统在高温下的寿命，将车载能源系统在待求温度下进行循环充放电测试设定次数，得到能源系统在待求温度下的寿命；

5)将步骤4)中待求温度下的寿命比上高温下的寿命，以得到比值作为寿命影响因子，并将步骤3)中得到的高温下的工况寿命乘以该寿命影响因子，得到值即为车载能源系统待求温度下的工况寿命。

所述X和Y的和为24。

所述步骤2)中拟合所采用的公式为：

y＝C1-a*x^b

其中y为实测容量值，x为测试天数，C1为待测车载能源系统的初始容量，a、b为常数，由实验数据拟合确定。

所述步骤2)在进行拟合时采用的工具为Matlab。

本发明的有益效果是:本发明充分考虑了日历对能源系统寿命的影响，在进行能源系统寿命预测时，以循环充放电X小时、搁置Y小时为周期进行循环测试，对测试过程中的测试数据进行拟合，确定能源系统容量与测试时间的关系，根据该关系即可预测出能源系统的寿命，该方法在寿命测试中考虑日历对能源系统寿命的影响，所预测出的寿命更加符合实际工况。

同时，本发明还提供了一种车载能源系统的寿命评估方法，该评估方法通过将电池升温至高温(接近电池工作温度的最高温度)，在该高温下以循环充放电X小时、搁置Y小时为周期进行循环测试，以得到高温下的车载能源系统工况寿命，分别在上述高温和待求温度下对车载能源系统进行循环充放电设定次数以得到各自寿命，将待求温度下的寿命比上高温下的寿命，以得到比值作为寿命影响因子，并将得到的高温下的工况寿命乘以该寿命影响因子，得到的值即为车载能源系统待求温度下的工况寿命，整个过程既符合车载能源系统的实际工况，又能缩短寿命的测试时间，实现对车载能源系统寿命又快又准的评估。

附图说明

图1是本发明能源系统的寿命测试方法中循环工况测试流程图；

图2是本发明能源系统的寿命测试方法中采用Matlab进行拟合的天数数据输入示意图；

图3是本发明能源系统的寿命测试方法中采用Matlab进行拟合的实测容量值数据输入示意图；

图4是本发明能源系统的寿命测试方法中采用Matlab进行拟合的示意图；

图5是本发明能源系统的寿命测试方法中采用Matlab的拟合过程示意图；

图6是本发明能源系统的寿命测试方法中采用Matlab的拟合过程示意图；

图7是本发明能源系统的寿命测试方法中采用Matlab的拟合结果示意图；

图8是本发明车载能源系统的寿命评估方法实施例中循环工况测试流程图；

图9是本发明车载能源系统的寿命评估方法实施例中不同温度下的影响因子测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明的一种能源系统的寿命测试方法的实施例

本发明的能源系统的寿命测试方法充分考虑了影响其寿命的两个因素，一是充放电次数，二是日历，因此本发明在对能源系统进行寿命测试时，首先将待测的能源系统升温至设定温度，然后采用循环充放电X小时，搁置Y小时作为一个周期进行循环测试，并以设定的周期记录测试天数与能源系统的容量，对所记录的数据进行拟合，以此确定能源系统容量与测试天数的关系，根据得到的关系即可预测出该能源系统在设定温度下的寿命，其流程如图1所示。具体实施步骤如下：

1.在常温25℃时对待测的能源系统的容量进行测试，以该测试容量作为待测能源系统的初始容量C1。

2.将待测的能源系统升温至设定温度，这里的设定温度可根据实际工况进行调整，在该设定温度下采用充放电X小时，搁置Y小时的方式作为一个周期进行循环测试，X和Y之和为24小时，X和Y的大小可根据能源系统使用时的实际情况进行调整，本实施例中X和Y均为12小时。

3.以设定的周期为间隔记录能源系统的容量，本实施例中以4天为间隔进行采样，即每4个周期采样一次，当循环测试达到4天时，记录该能源系统在25℃时的容量以及对应的测试天数，本实施中得到相应数据如表1所示。

表1

4.对步骤3中得到的数据进行拟合，确定测试天数与实测容量值之间的关系。

本实施例采用的Matlab7.8.0进行拟合，如图2所示，首先输入天数x＝[0,4,8,12…]，然后输入实测容量值y＝[C1,C2,C3,C4…]，如图3所示，使用Matlab中的cftool工具进行拟合，如图4所示，拟合过程如图5和图6所示，选用设定公式y＝C1-a*x^b进行拟合，其中y为实测容量值，x为测试天数，C1为待测车载能源系统的初始容量，a、b为起始点为0的常数，^代表乘方。

利用表1中的数据进行拟合，求得a值和b值。方程两边同时除以C1(初始容量)后，左边y值从绝对容量变成容量保持率，此时a值变为a/C1，b值不变，y＝1-a/C1*x^b。

5.根据步骤4所确定的关系式预测能源系统的寿命。

如果以75％初始容量为该能源系统寿命截止条件，那么即y＝0.75，将带入公式中，即可计算出此时x的值，计算出的x值即为本发明所预测的能源系统的工况寿命。

本发明的一种车载能源系统的寿命评估方法的实施例

本实施例针对的是车载能源系统的寿命，车载能源系统作为一种能源系统，其寿命也同时受到充放电和日历的影响，且车载能源系统工作时的工况温度相差大，不同温度下的寿命差异大，若采用上个实施例中的方式预测各个工况温度下的车载能源系统的寿命则耗费的时间长，而温度影响因子来自单体恒温恒压试验，通过试验验证只要保持电容内部温度不变，那么电容寿命和电流无关不同温度、不同电压线电容寿命不同，因此当其他条件相同时，温度越高，电池寿命越短，为了缩短时间，本发明提供了一种车载能源系统的寿命评估方法，该方法首先预测出高温下的车载能源系统工况寿命，如图8所示，然后分别在上述高温和待求温度下对车载能源系统进行循环充放电设定次数以得到寿命影响因子，再将高温下的工况寿命乘以该寿命影响因子，得到的值即为车载能源系统待求温度下的工况寿命，该过程的具体实施步骤如下：

1.在常温25℃时对待测的车载能源系统的容量进行测试，以该测试容量作为待测车载能源系统的初始容量C1。

2.将待测的车载能源系统升温至高温，这里高温指的是接近车载能源系统正常工作的最高温度，若车载能源系统正常工作的最高温度为60度，这里的高温温度就可以选择55度，本实施例中的选择的高温为55度，在该高温下采用充放电X小时，搁置Y小时为一个周期进行循环测试，X和Y之和为24小时，X和Y的大小可根据车载能源系统使用时的实际情况进行调整，本实施例中X和Y均为12小时。

3.以设定的周期为间隔记录能源系统的容量，本实施例中以4天为间隔进行采样，即采样间隔为4个周期，当循环测试达到4天时，记录该能源系统在25℃时的容量以及对应的测试天数，本实施中得到相应数据如表1所示。

4.步骤3中得到的数据进行拟合，确定测试天数与实测容量值之间的关系，并根据所确定的关系预测出高温下(55度)车载能源系统的工况寿命。具体过程与上个实施例中的步骤4和5一样，这里不再重复赘述。

5.将车载能源系统在上述高温下进行循环充放电测试设定次数，得到能源系统在高温下的寿命，将车载能源系统在待求温度下进行循环充放电测试设定次数，得到能源系统在待求温度下的寿命。该过程如图9所示，本实施例中待求温度为45度和35度，同时在55度、45度和35度下对车载能源系统进行寿命测试，每个温度下的寿命测试过程完全一样，下面55度的寿命测试为例进行说明，首先记录车载能源系统在常温25度的容量作为初始容量，然后将该车载能源系统升温至55度，进行高温下的循环测试每达到设定的充放电次数时，本实施例中为50次，记录其寿命测试结果，同样的方式可得到待求各个温度下的寿命测试结果。

6.将步骤5中得到的待求温度下的寿命测试结果比上高温下的寿命测试结果，以得到比值作为寿命影响因子，并将步骤4中得到的高温下的工况寿命乘以该寿命影响因子，得到值即为车载能源系统待求温度下的工况寿命。

因为工况电压分散到电容单体上的平均电压约为2.2V，下面以2.2V情况为例：45度的寿命影响因子H1为45度2.2V单体寿命除以55度2.2V单体寿命，35度的寿命影响因子H2为35度2.2V单体寿命除以55度2.2V单体寿命，即如果我们从拟合曲线上推断55度2.2V的工况寿命为a，那么45度下工况寿命应该为H1乘以a，35度下工况寿命应该为H2乘以a。

Claims (8)

1.一种能源系统的寿命预测方法，其特征在于，该预测方法包括以下步骤：

1)将待测的能源系统升温至设定温度下，在该设定温度下以循环充放电X小时、自然降温搁置Y小时作为一个周期进行循环测试；

2)以设定的周期为间隔记录能源系统的容量与对应的测试时长，并将得到的数据进行拟合，确定测试时长与能源系统容量之间的关系；

3)以设定容量作为能源系统寿命截止条件，将该设定容量带入步骤2)中所确定关系进行求解，待求解出的时长即为该能源系统在设定温度下的工况寿命。

2.根据权利要求1所述的能源系统的寿命预测方法，其特征在于，所述步骤1)中X和Y的和为24。

3.根据权利要求2所述的能源系统的寿命预测方法，其特征在于，所述步骤2)中拟合所采用的公式为：

y＝C1-a*x^b

其中y为实测容量值，x为测试天数，C1为待测能源系统的初始容量，a、b为常数，由实验数据拟合确定。

4.根据权利要求3所述的能源系统的寿命预测方法，其特征在于，所述步骤2)在进行拟合时采用的工具为Matlab。

5.一种基于实车工况的车载能源系统的寿命评估方法，其特征在于，该寿命评估方法包括以下步骤：

1)将待测的车载能源系统升温至其工作温度范围的高温，在该高温下以循环充放电X小时、自然降温搁置Y小时作为一个周期进行循环测试；

2)以设定的周期为间隔记录车载能源系统的容量与对应的测试时长，并将得到的数据进行拟合，确定测试时长与车载能源系统容量之间的关系；

3)以设定容量作为寿命截止条件，将该设定容量带入步骤2)中所确定关系进行求解，待求解出的时长即为该车载能源系统在上述高温下的工况寿命；

4)将车载能源系统在上述高温下进行循环充放电测试设定次数，得到车载能源系统在高温下的寿命，将车载能源系统在待求温度下进行循环充放电测试设定次数，得到车载能源系统在待求温度下的寿命；

5)将步骤4)中待求温度下的寿命比上高温下的寿命，以得到比值作为寿命影响因子，并将步骤3)中得到的高温下的工况寿命乘以该寿命影响因子，得到值即为车载能源系统待求温度下的工况寿命。

6.根据权利要求5所述的基于实车工况的车载能源系统的寿命评估方法，其特征在于，所述X和Y的和为24。

7.根据权利要求6所述的基于实车工况的车载能源系统的寿命评估方法，其特征在于，所述步骤2)中拟合所采用的公式为：

y＝C1-a*x^b

其中y为实测容量值，x为测试天数，C1为待测车载能源系统的初始容量，a、b为常数，由实验数据拟合确定。

8.根据权利要求7所述的基于实车工况的车载能源系统的寿命评估方法，其特征在于，所述步骤2)在进行拟合时采用的工具为Matlab。