CN109061482B - 电池健康度预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种电池健康度估算方法及装置，所述方法包括：获取电池充电过程中多个测量时刻的电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度，并根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度获得本时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值，从而根据所述单位可用容量、充电稳定度和异常状态值采用估算公式获得电池的健康度估算值，实现在电池充电过程中对电池健康度进行估算，预测精度高，实用性好。

Description

电池健康度预测方法及装置

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种电池健康度预测方法及装置。

背景技术

现有锂离子电池健康度均以大量的实验数据为基础，通过实验方法建立各种数学模型或者评估方法，通过实验获得的经验对实验数据进行计算处理，最终得到电池健康度。比如通过对电池内阻进行计算处理，建立内阻健康度对关系；或者通过建立电池初次使用到最新一次使用对健康度数据；或者利用内阻、放电功率等做为健康度指标进行估算；或者以soc对变化建立健康度与soc变化关系。

现有技术存在的问题主要有以下几方面：

1、现有电池健康度模型存在局限性。电池健康度是一个与电池材料、制作、成组、使用及环境等多参数强耦合的复杂指标，尤其是电池使用的过程对健康度影响很大，通过某一个参数难以表征电池健康度；

2、现有电池健康度模型实用性较差，难以在实际工程中应用。现有大部分电池健康度模型都是基于实验数据和结果进行建立，对于模型所需对数据维度与精度均需要达到实验室要求，但是在实际电池使用中，这些数据往往采集不到或者精度不够，从而无法作为模型对输入参数。

3、现有对电池健康度的估算往往适用范围窄，即使对某一类型电池估算有效，但其模型或算法也很难适配其他类型的电池，对于电池模型的优化改进，也需要大量的实验或重新计算，维护成本高。

发明内容

本发明提供一种电池健康度估算方法及装置，用于解决现有技术对电池健康度估算实用性不高的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种电池健康度估算方法，包括：

获取电池充电过程中测量时间段内的多个测量时刻的电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度；

根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值；

根据所述单位可用容量、充电稳定度和异常状态值采用测量公式获得电池的健康度。

可选地，根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量获得测量时间段内的单位可用容量，包括：

获取测量时间段内的首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量；

根据首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量采用第一计算公式获得测量时间段内的单位可用容量；

第一计算公式包括：

其中，e为单位可用容量，U为电池总电压，I为电池总电流，Δsoc为首次测量时刻和末次测量时刻之间的剩余电量之差，t1为首次测量时刻，t2为末次测量时刻。

可选地，根据所述电池总电压、电池总电流、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的充电稳定度，包括：

获取测量时间段内的电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值；

根据电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值采用第二计算公式获得测量时间段内的充电稳定度；

第二计算公式包括：

s是充电稳定度，x_i是第i个元素，ω_i为第i个元素对应的权重，元素包括电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值；n为元素个数。

可选地，根据所述电池总电压、电池总电流、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的异常状态值，包括：

获取测量时间段内电池总电压超过总电压阈值的第一次数；

获取测量时间段内电池总电流超过总电流阈值的第二次数；

获取测量时间段内电池单体电压超过单体电压阈值的第三次数；

获取测量时间段内电池温度超过温度阈值的第四次数；

根据第一次数、第二次数、第三次数和第四次数以及各次数对应的次数与异常状态值的对应关系获得各次数对应的异常状态值；

根据各次数对应的异常状态值获得测量时间段内的异常状态值。

可选地，所述估算模型包括：

其中，y是电池的健康度估算值，z_i是第i个元素，ε_i是第i个元素的权重，元素包括单位可用容量、充电稳定度和异常状态值，n是元素个数，θ是预设系数。

第二方面，本发明实施例提供一种电池健康度估算装置，包括：

获取模块，用于获取电池充电过程中测量时间段内的多个测量时刻的电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度；

处理模块，用于根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值；

预测模块，用于根据所述单位可用容量、充电稳定度和异常状态值采用估算模型获得电池的健康度。

可选地，所述处理模块具体用于：

获取测量时间段内的首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量；

根据首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量采用第一计算公式获得测量时间段内的单位可用容量；

第一计算公式包括：

其中，e为单位可用容量，U为电池总电压，I为电池总电流，Δsoc为首次测量时刻和末次测量时刻之间的剩余电量之差，t1为首次测量时刻，t2为末次测量时刻。

可选地，所述处理模块具体用于：

获取测量时间段内的电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值；

根据电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值采用第二计算公式获得测量时间段内的充电稳定度；

第二计算公式包括：

s是充电稳定度，x_i是第i个元素，ω_i为第i个元素对应的权重，元素包括电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值；n为元素个数。

可选地，所述处理模块具体用于：

获取测量时间段内电池总电压超过总电压阈值的第一次数；

获取测量时间段内电池总电流超过总电流阈值的第二次数；

获取测量时间段内电池单体电压超过单体电压阈值的第三次数；

获取测量时间段内电池温度超过温度阈值的第四次数；

根据第一次数、第二次数、第三次数和第四次数以及各次数对应的次数与异常状态值的对应关系获得各次数对应的异常状态值；

根据各次数对应的异常状态值获得测量时间段内的异常状态值。

可选地，所述估算模型包括：

其中，y是电池的健康度估算值，z_i是第i个元素，ε_i是第i个元素的权重，元素包括单位可用容量、充电稳定度和异常状态值，n是元素个数，θ是预设系数。

由上述技术方案可知，本发明实施例提供的一种电池健康度估算方法及装置，通过获取电池充电过程中测量时间段内的多个测量时刻的电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度，并根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值，从而根据所述单位可用容量、充电稳定度和异常状态值采用预测公式获得电池的健康度估算值，实现在电池充电过程中对电池健康度进行估算，预测精度高，实用性好。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的电池健康度预测方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的电池健康度预测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了本发明一实施例提供一种电池健康度估算方法，包括：

S11、获取电池充电过程中测量时间段内的多个测量时刻的电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度；

S12、根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值；

S13、根据所述单位可用容量、充电稳定度和异常状态值采用估算模型获得电池的健康度。

针对上述步骤S11-步骤S13，需要说明的是，在本发明实施例中，估算电池的健康度，可以是对单体电池的健康度进行估算，也可以是对组合电池(多个电池组合在一起)的健康度进行预测。

本发明实施例中。需要依据电池在充电过程中的测量数据对电池健康度进行估算。预测过程中，会选取电池的一段充电时间。如电池从充电开始到充电结束。

在电池充电过程中，可按一定的间隔时间对电池进行数据测量。因此，会在测量时间段内产生很多的测量时刻，以及测量时刻对应的测量数据。在本实施例中，测量数据可包括电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度。

在本发明实施例中，根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量获得测量时间段内的单位可用容量，包括：

a、获取测量时间段内的首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量；

b、根据首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量采用第一计算公式获得测量时间段内的单位可用容量；

第一计算公式包括：

其中，e为单位可用容量，U为电池总电压，I为电池总电流，Δsoc为首次测量时刻和末次测量时刻之间的剩余电量之差，t1为首次测量时刻，t2为末次测量时刻。

针对步骤a-步骤b，需要说明的是，在本发明实施例中，电池充电开始后，获取首次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量，以及充电结束前，获取末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量。

根据首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量采用上述的第一计算公式获得测量时间段内的单位可用容量。

在本发明实施例中，根据所述电池总电压、电池总电流、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的充电稳定度，包括：

c、获取测量时间段内的电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值；

d、根据电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值采用第二计算公式获得测量时间段内的充电稳定度；

第二计算公式包括：

s是充电稳定度，x_i是第i个元素，ω_i为第i个元素对应的权重，元素包括电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值；n为元素个数。

针对步骤c和步骤d，需要说明的是，在本发明实施例中，根据每个测量时刻的电池总电压、电池总电流、电池单体电压、电池温度，能够得到电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值。上述计算标准差和最大值属于成熟技术手段，在此不再赘述。

在本发明实施例中，每个标准差和每个最大值均表示一个元素，其具有预设的对应权重。采用上述第二计算公式，可以得到充电稳定度。

在本发明实施例中，根据所述电池总电压、电池总电流、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的异常状态值，包括：

1)、获取测量时间段内电池总电压超过总电压阈值的第一次数；

2)、获取测量时间段内电池总电流超过总电流阈值的第二次数；

3)、获取测量时间段内电池单体电压超过单体电压阈值的第三次数；

4)、获取测量时间段内电池温度超过温度阈值的第四次数；

5)、根据第一次数、第二次数、第三次数和第四次数以及各次数对应的次数与异常状态值的对应关系获得各次数对应的异常状态值；

6)、根据各次数对应的异常状态值获得测量时间段内的异常状态值。

针对步骤1)-步骤6)，需要说明的是，在本发明实施例中，根据每个测量时刻的电池总电压、电池总电流、电池单体电压、电池温度，可以统计出测量时间段内电池总电压超过总电压阈值的第一次数；获取测量时间段内电池总电流超过总电流阈值的第二次数；获取测量时间段内电池单体电压超过单体电压阈值的第三次数；获取测量时间段内电池温度超过温度阈值的第四次数。

根据第一次数、第二次数、第三次数和第四次数以及各次数对应的次数与异常状态值的对应关系获得各次数对应的异常状态值。

根据各次数对应的异常状态值进行求和获得测量时间段内的异常状态值。

在本发明实施例中，通过上述过程可以得到电池在测量时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值。

所述预测公式包括：

其中，y是电池的健康度估算值，z_i是第i个元素，ε_i是第i个元素的权重，元素包括单位可用容量、充电稳定度和异常状态值，n是元素个数，θ是预设系数。

采用上述预测公式可以得到电池的健康度。

本发明实施例提供的一种电池健康度估算方法，通过获取电池充电过程中测量时间段内的多个测量时刻的电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度，并根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值，从而根据所述单位可用容量、充电稳定度和异常状态值采用预测公式获得电池的健康度估算值，实现在电池充电过程中对电池健康度进行估算，估算精度高，实用性好。

图2示出了本发明一实施例提供一种电池健康度估算装置，包括获取模块21、处理模块22和预测模块23，其中：

获取模块21，用于获取电池充电过程中测量时间段内的多个测量时刻的电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度；

处理模块22，用于根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值；

预测模块23，用于根据所述单位可用容量、充电稳定度和异常状态值采用估算模型获得电池的健康度估算值。

由于本发明实施例所述装置与上述实施例所述方法的原理相同，对于更加详细的解释内容在此不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例中可以通过硬件处理器(hardware processor)来实现相关功能模块。

本发明实施例提供的一种电池健康度估算装置，通过获取电池充电过程中测量时间段内的多个测量时刻的电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度，并根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值，从而根据所述单位可用容量、充电稳定度和异常状态值采用预测公式获得电池的健康度估算值，实现在电池充电过程中对电池健康度进行估算，估算精度高，实用性好。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种电池健康度估算方法，其特征在于，包括：

获取电池充电过程中测量时间段内的多个测量时刻的电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度；

根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值；

根据所述单位可用容量、充电稳定度和异常状态值采用估算模型获得电池的健康度估算值；

其中，根据所述电池总电压、电池总电流、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的充电稳定度，包括：

获取测量时间段内的电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值；

根据电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值采用第二计算公式获得测量时间段内的充电稳定度；

第二计算公式包括：

s是充电稳定度，x_i是第i个元素，ω_i为第i个元素对应的权重，元素包括电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值；n为元素个数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量获得测量时间段内的单位可用容量，包括：

获取测量时间段内的首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量；

根据首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量采用第一计算公式获得测量时间段内的单位可用容量；

第一计算公式包括：

其中，e为单位可用容量，U为电池总电压，I为电池总电流，Δsoc为首次测量时刻和末次测量时刻之间的剩余电量之差，t1为首次测量时刻，t2为末次测量时刻。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电池总电压、电池总电流、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的异常状态值，包括：

获取测量时间段内电池总电压超过总电压阈值的第一次数；

获取测量时间段内电池总电流超过总电流阈值的第二次数；

获取测量时间段内电池单体电压超过单体电压阈值的第三次数；

获取测量时间段内电池温度超过温度阈值的第四次数；

根据第一次数、第二次数、第三次数和第四次数以及各次数对应的次数与异常状态值的对应关系获得各次数对应的异常状态值；

根据各次数对应的异常状态值获得测量时间段内的异常状态值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述估算模型包括：

其中，y是电池的健康度估算值，z_i是第i个元素，ε_i是第i个元素的权重，元素包括单位可用容量、充电稳定度和异常状态值，n是元素个数，θ是预设系数。

5.一种电池健康度估算装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取电池充电过程中测量时间段内的多个测量时刻的电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度；

处理模块，用于根据所述电池总电压、电池总电流、剩余电量、电池单体电压、电池温度获得测量时间段内的单位可用容量、充电稳定度和异常状态值；

估算模块，用于根据所述单位可用容量、充电稳定度和异常状态值采用估算模型获得电池的健康度；

其中，所述处理模块具体用于：

获取测量时间段内的电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值；

根据电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值采用第二计算公式获得测量时间段内的充电稳定度；

第二计算公式包括：

s是充电稳定度，x_i是第i个元素，ω_i为第i个元素对应的权重，元素包括电池单体电压的标准差和最大值、电池温度的标准差和最大值，电池总电压的一阶差分的标准差和最大值，以及电池总电流的一阶差分的标准差和最大值；n为元素个数。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：

获取测量时间段内的首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量；

根据首次测量时刻和末次测量时刻的电池总电压、电池总电流和剩余电量采用第一计算公式获得测量时间段内的单位可用容量；

第一计算公式包括：

其中，e为单位可用容量，U为电池总电压，I为电池总电流，Δsoc为首次测量时刻和末次测量时刻之间的剩余电量之差，t1为首次测量时刻，t2为末次测量时刻。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：

获取测量时间段内电池总电压超过总电压阈值的第一次数；

获取测量时间段内电池总电流超过总电流阈值的第二次数；

获取测量时间段内电池单体电压超过单体电压阈值的第三次数；

获取测量时间段内电池温度超过温度阈值的第四次数；

根据第一次数、第二次数、第三次数和第四次数以及各次数对应的次数与异常状态值的对应关系获得各次数对应的异常状态值；

根据各次数对应的异常状态值获得测量时间段内的异常状态值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述估算模型包括：

其中，y是电池的健康度估算值，z_i是第i个元素，ε_i是第i个元素的权重，元素包括单位可用容量、充电稳定度和异常状态值，n是元素个数，θ是预设系数。

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