CN106959422B - 一种电池寿命预警装置的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池寿命预警装置的检测方法，包括有电流信号检验模块，ECU控制器及报警装置。电流信号检验模块对电动汽车行驶过程中电流信号进行的检测处理，通过ECU控制器预测估算每一个过程，即每小时行驶工况下对电池造成的不可逆循环损耗。累加每阶段循环寿命损耗，得出电池的总循环损耗。以此为依据估计电池的剩余寿命，并在电池总循环损耗达到某预定值时进行报警。本发明直接观察电流循环对电池寿命的影响，不仅算法简单，而且与传统的方法相比对MCU的占用较少，由于精确到每个电流循环，相对地估计结果也更为精确，降低了电动汽车的行驶风险，提高了电动汽车的可靠性。

Description

一种电池寿命预警装置的检测方法
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种汽车电池寿命估计系统及其监控方法。
背景技术
全球大概三分之一的能源用在人类的出行上，在经济全球化和可持续发展的迫切需求下，世界汽车工业的发展重心正在发生着转移。当前，发展节能与新能源汽车已经成为了汽车业界的共识，而电动汽车正是这一发展方向上的排头兵。其中动力电池作为电动汽车的供能组件，其性能的好坏将直接影响电动汽车的性能和发展。
动力电池的寿命是主要性能指标。当前为了研究电池的寿命，一般通过一些充放电实验进行，具体的方案一般是对动力电池进行若干次的恒流充放电，并伴随着动力电池的容量衰减来研究动力电池的寿命。而实际放电过程并非一直处于恒流的理想条件下，实验的有效性较差。因此，建立新的电池寿命评价方法是十分必要的。
申请号为201510404799.5的发明专利，其公开一种电池寿命评价方法，监测电动汽车的行驶工况，以此制定放电策略；重复多次对动力电池进行恒流充电，根据动力电池放电策略进行放电；在循环充放电过程中，若动力电池的当前容量衰减到占初始额定容量的某一预设百分比时，确定该动力电池的循环次数，并以该循环次数作为动力电池的循环寿命；该方法虽然一定程度上克服了恒流放电有效性较差的缺点，但无法说明汽车在不同放电策略下车载动力电池的寿命问题。申请号为201610068805.9的发明专利，通过模拟整车使用环境来跟踪电池性能衰减规律，通过对容量C和内阻R的跟踪分析和仿真，来预测电池在整车全寿命周期内性能衰减的情况；虽然贴合实际工程应用，但前期汽车使用工况调研及内阻等参数的仿真算法复杂，对内存的占用较大，对MCU的要求较高。
发明内容
本发明的目的是进行电池寿命的预测，同时提供了一种电动汽车领域动力电池的寿命预测技术及报警装置。主要是建立了电流循环和电池循环损伤之间的关系，通过对电流循环按大小及周期进行分类技术处理，以及结合电流循环和周期对电池寿命的影响来实现电池寿命的估算和预测。
本发明的技术方案是：一种电池寿命预警装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤1，采集并处理电流信号；
ECU控制器输入模块在汽车行驶过程中通过电流信号采集器，采集电流信号，将电流信号输入ECU控制器，并在ECU控制器中经过处理后将电流信号的曲线图转化为折线图形，再把电流-时间历程数据记录转过90°，时间坐标轴竖直向下；
步骤2，进行雨流计数：运算模块在电流信号折线图形的基础上再采用雨流法处理该信号，进行雨流计数；
步骤3，统计雨流计数结果：通过ECU控制器将电流从0A开始并以一定的间隔分成若干等级，统计雨流计数结果，记为Ni-j，其中i指该循环初始及终了时的电流等级，j指该循环过程峰值或谷值的电流等级；
步骤4，在雨流计数统计数据基础上计算电流循环损伤：通过ECU控制器依据以上计数统计结果，计算电池的循环损伤，对某一特定电流循环幅度下所造成的损伤记为Si-j，则其中Ci-j为实验数据，按起始及终了电流等级为i，峰值电流等级为j，j≥i，或谷值电流等级为j，j≤i，以一定的周期工况下进行循环实验，直到电池容量只有额定容量的一定比例时停止实验，记下循环次数Ci-j，由于Ci-j与Cj-i所分别对应的实验为同一工况，可认为二者相等不必重复实验；
步骤5，依据电池的电流循环损伤计算剩余寿命并进行预警：每一次循环进行损伤Hn值的计算，将结果累加到之前循环损伤的总和当中，若∑Hn＝1，则代表电池寿命终止；或者依据1-∑Hn的值来判断电池的当前健康状况，并依此做出合理决策。
进一步，所述电池寿命预警装置主要包括：电流信号检验模块，ECU控制器及报警装置；
所述的电流信号检验模块包括车载72V电池，车载设备及电流传感器；所述ECU控制器分为输入模块，运算模块以及输出模块；所述车载72V电池，车载设备及电流传感器均与ECU控制器输入端相连；ECU控制器输出端分别和车载12v电池及继电器连接，继电器和报警装置相连。
进一步，所述雨流计数规则如下：
1)雨流依次从电流时间历程的峰值位置的内侧沿斜坡往下流；
2)雨流从某一个峰值点开始流动，当遇到比其起始峰值更大的峰值时要停止流动；
3)雨流开始流动后，遇到上面流下的雨流时必须停止流动；
4)取出所有的全循环，记下每个循环的幅度；
5)将第一阶段计数后剩下的发散收敛载荷时间历程等效为一个收敛发散型的载荷时间历程，进行第二阶段的雨流计数，计数循环的总数等于两个计数阶段的计数循环之和。
进一步，所述步骤3中，通过ECU控制器对电流循环Ni-j按周期进一步进行计数统计，即以0.1s为标准按电流循环的周期将Ni-j又分为其中右上标表示周期为0.1s的倍数。
进一步，所述步骤4中，实际操作过程中每隔一个小时进行一次雨流计数统计，计算出各个Si-j值，然后将各个Si-j值累加起来，为该时段内的循环损伤Hn，即Hn＝∑Si-j。
进一步，所述步骤5中，ECU控制器根据运算模块所得结果控制继电器，当∑Hn＝1时继电器闭合，报警灯启动，提醒驾驶员尽快维护或更换电池，同时由输出模块输出的∑Hn，根据公式1-∑Hn还可直观得判断电池的剩余寿命，让驾驶员提前预知电池状况，让驾驶员提前避免危险工况的产生。
本发明的有益效果是：
1、本发明直接考察电流循环对电池寿命的影响，是对影响电池寿命因素的一次化繁为简的探索过程；
2、本发明运算模块算法简单，而且数据保留与计算一次，与传统方法相比对MCU以及内存的占用较少，降低了成本；
3、由于精确到每个电流循环，相对地估计结果也更为精确，降低了电动汽车的行驶风险，提高了电动汽车的可靠性；
4、剩余寿命可根据公式1-∑Hn直接获得，为驾驶员提供了良好的汽车动力性能指标。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图
图2为电池寿命估算流程图
图1中，1、车载72v电池；2、电流传感器；3、电子控制单元；4、继电器；5、报警装置；6、车载设备；7、车载12v电源；
具体实施方式
下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1-2所示一种电池寿命预警装置及其检测方法，主要包括：电流信号检验模块，ECU控制器及报警装置。
所述的电流信号检验模块包括车载72v电池，车载设备及电流传感器；
所述的报警装置可以为报警灯；
所述的ECU控制器(电子控制单元)分为输入模块，运算模块以及输出模块；所述的输入模块接受电流传感器检测的电流信号，经过专业处理后将电流信号的曲线图转化为折线图形。所述的运算模块在电流信号折线图形的基础上再采用雨流法处理该信号，得出一个个的电流循环，同时将电流大小等分成若干等级，依据电流循环的幅度采用雨流计数，记为Ni-j(其中i指该循环初始及终了时的电流等级，j指该循环过程峰值或谷值的电流等级)。同时以0.1s为标准按电流循环的周期将Ni-j又分为(其中右上标表示周期为0.1s的倍数)，其中一定有即，将数据处理后可得到不同电流循环幅度及该循环幅度下不同周期的循环次数。
实验室内在不同的电流循环幅度工况下进行实验，周期统一为0.1s，不断进行实验，直到电池容量只有额定容量的80％时停止实验，记下循环次数Ci-j，同时由于Ci-j与Cj-i所分别对应的实验为同一工况，故可认为二者相等不必重复实验。对于某一特定电流循环幅度下所造成的循环损伤记为Si-j，其中
在实际行驶过程中可以每隔一个小时进行一次雨流计数统计，再计算出各个Si-j值，然后将各个Si-j值累加起来，即为该时段内的循环损伤Hn。
再将各个时段内的循环损伤Hn相加，若∑Hn＝1，则代表电池寿命终止。
所述的输出模块与车载12v电池及继电器连接，输出模块根据运算模块所得结果控制继电器，即当∑Hn＝1时继电器闭合，报警灯启动，提醒驾驶员尽快维护或更换电池。同时由输出模块输出的∑Hn，根据公式1-∑Hn还可直观得判断电池的剩余寿命。
步骤1，采集并处理电流信号
所述的输入模块在汽车行驶过程中通过电流信号采集器，采集电流信号，将电流信号输入ECU控制器。并在ECU控制器中经过专业处理后将电流信号的曲线图转化为折线图形，再把电流-时间历程数据记录转过90°，时间坐标轴竖直向下。
步骤2，进行雨流计数
所述的运算模块在电流信号折线图形的基础上再采用雨流法处理该信号，进行雨流计数。
计数规则如下：
1)雨流依次从电流时间历程的峰值位置的内侧沿斜坡往下流；
2)雨流从某一个峰值点开始流动，当遇到比其起始峰值更大的峰值时要停止流动；
3)雨流开始流动后，遇到上面流下的雨流时必须停止流动；
4)取出所有的全循环，记下每个循环的幅度；
5)将第一阶段计数后剩下的发散收敛载荷时间历程等效为一个收敛发散型的载荷时间历程，进行第二阶段的雨流计数，计数循环的总数等于两个计数阶段的计数循环之和。
步骤3，统计雨流计数结果
通过ECU控制器，将电流从0A开始并以5A为间隔分成若干等级，统计雨流计数结果，记为Ni-j(其中i指该循环初始及终了时的电流等级，j指该循环过程峰值或谷值的电流等级)。结果如下：
电流等级 1 2 3 4 ......
1 N<sub>1-1</sub> N<sub>1-2</sub> N<sub>1-3</sub> N<sub>1-4</sub>
2 N<sub>2-1</sub> N<sub>2-2</sub> N<sub>2-3</sub> N<sub>2-4</sub>
3 N<sub>3-1</sub> N<sub>3-2</sub> N<sub>3-3</sub> N<sub>3-4</sub>
4 N<sub>4-1</sub> N<sub>4-2</sub> N<sub>4-3</sub> N<sub>4-4</sub>
......
通过ECU控制器控制器对电流循环Ni-j按周期进一步进行计数统计，即以0.1s为标准按电流循环的周期将Ni-j又分为(其中右上标表示周期为0.1s的倍数)，结果如下：
步骤4，在雨流计数统计数据基础上计算电流循环损伤
通过ECU控制器依据以上计数统计结果，计算电池的循环损伤，对某一特定电流循环幅度下所造成的损伤记为Si-j，则其中Ci-j为实验数据，具体来说，实验室按起始及终了电流等级为i，峰值电流等级为j(j≥i)或谷值电流等级为j(j≤i)，周期为0.1s工况下进行循环实验，直到电池容量只有额定容量的80％时停止实验，记下循环次数Ci-j，由于Ci-j与Cj-i所分别对应的实验为同一工况，故可认为二者相等不必重复实验。
实际操作过程中我们可以每隔一个小时进行一次雨流计数统计，计算出各个Si-j值，然后将各个Si-j值累加起来，为该时段内的循环损伤Hn，即Hn＝∑Si-j。
步骤4，依据电池的电流循环损伤计算剩余寿命并进行预警
每进行一次循环损伤Hn值的计算，就将结果累加到之前循环损伤的总和当中，若∑Hn＝1，则代表电池寿命终止。也可依据1-∑Hn的值来判断电池的当前健康状况，并依此做出合理决策。
所述的输出模块与车载12v电池及继电器连接，输出模块根据运算模块所得结果控制继电器，即当∑Hn＝1时继电器闭合，报警灯启动，提醒驾驶员尽快维护或更换电池。同时由输出模块输出的∑Hn，根据公式1-∑Hn还可直观得判断电池的剩余寿命，让驾驶员提前预知电池状况，可以让驾驶员提前避免危险工况的产生。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种电池寿命预警装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采集并处理电流信号；
ECU控制器输入模块在汽车行驶过程中通过电流信号采集器，采集电流信号，将电流信号输入ECU控制器，并在ECU控制器中经过处理后将电流信号的曲线图转化为折线图形，再把电流-时间历程数据记录转过90°，时间坐标轴竖直向下；
步骤2，进行雨流计数：运算模块在电流信号折线图形的基础上再采用雨流法处理该信号，进行雨流计数；
步骤3，统计雨流计数结果：通过ECU控制器将电流从0A开始并以一定的间隔分成若干等级，统计雨流计数结果，记为计数Ni-j，其中i指循环初始及终了时的电流等级，j指该循环过程峰值或谷值的电流等级；
步骤4，在雨流计数统计数据基础上计算电流循环损伤：通过ECU控制器依据以上计数统计结果，计算电池的循环损伤，对某一特定电流循环幅度下所造成的损伤记为Si-j，则x∈N*，其中Ci-j为实验数据，按起始及终了电流等级为i，峰值电流等级为j，j≥i，或谷值电流等级为j，j≤i，以一定的周期工况下进行循环实验，直到电池容量只有额定容量的一定比例时停止实验，记下循环次数Ci-j，由于Ci-j与Cj-i所分别对应的实验为同一工况，可认为二者相等不必重复实验；
步骤5，依据电池的电流循环损伤计算剩余寿命并进行预警：每一次循环进行损伤Hn值的计算，将结果累加到之前循环损伤的总和当中，若∑Hn＝1，则代表电池寿命终止；或者依据1-∑Hn的值来判断电池的当前健康状况，并依此做出合理决策。
2.根据权利要求1所述的一种电池寿命预警装置的检测方法，其特征在于，所述电池寿命预警装置主要包括：电流信号检验模块，ECU控制器及报警装置；
所述的电流信号检验模块包括车载72V电池，车载设备及电流传感器；所述ECU控制器分为输入模块，运算模块以及输出模块；所述车载72V电池，车载设备及电流传感器均与ECU控制器输入端相连；ECU控制器输出端分别和车载12v电池及继电器连接，继电器和报警装置相连。
3.根据权利要求1所述的一种电池寿命预警装置的检测方法，其特征在于，所述雨流计数规则如下：
1)雨流依次从电流时间历程的峰值位置的内侧沿斜坡往下流；
2)雨流从某一个峰值点开始流动，当遇到比其起始峰值更大的峰值时要停止流动；
3)雨流开始流动后，遇到上面流下的雨流时必须停止流动；
4)取出所有的全循环，记下每个循环的幅度；
5)将第一阶段计数后剩下的发散收敛载荷时间历程等效为一个收敛发散型的载荷时间历程，进行第二阶段的雨流计数，计数循环的总数等于两个计数阶段的计数循环之和。
4.根据权利要求1所述的一种电池寿命预警装置的检测方法，其特征在于，所述步骤3中，通过ECU控制器对电流循环计数Ni-j按周期进一步进行计数统计，即以0.1s为标准按电流循环的周期将计数Ni-j又分为其中右上标表示周期为0.1s的倍数。
5.根据权利要求1所述的一种电池寿命预警装置的检测方法，其特征在于，所述步骤4中，实际操作过程中每隔一个小时进行一次雨流计数统计，计算出各个Si-j值，然后将各个Si-j值累加起来，为时段内的循环损伤Hn，即Hn＝∑Si-j。
6.根据权利要求1所述的一种电池寿命预警装置的检测方法，其特征在于，所述步骤5中，ECU控制器根据运算模块所得结果控制继电器，当∑Hn＝1时继电器闭合，报警装置启动，提醒驾驶员尽快维护或更换电池，同时由输出模块输出的∑Hn，根据公式1-∑Hn还可直观得判断电池的剩余寿命，让驾驶员提前预知电池状况，让驾驶员提前避免危险工况的产生。
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