CN109298348B - 电池的寿命估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池的寿命估算方法，电池的寿命估算方法包括以下步骤：S1、从所述电池的恒流初始充电曲线上选取电池电压V随SOC呈线性相关的电压区间[Vr1,Vr2],V∈[Vr1,Vr2]；S2、按照电压区间[Vr1,Vr2]选取所述电池使用过程中适合做SOH估算的充电段；S3、计算SOH估计所述充电段的充入电量Qch；S4、根据SOH估计所述充电段始末电压，按照所建立的充电曲线计算充电段荷电状态差异△SOCv；S5、估算电池当前容量Qc；根据Qc＝Qch/△SOCv，利用公式SOH＝Qc/QN＝Qch/(△SOCv*QN)估算出所述电池寿命。由此，通过步骤S1、S2、S3、S4和S5配合，能够快速估算出电池的使用寿命，可以判断出电池的状态，从而可以为电池的使用、维护及更换提供参考依据，并且，该寿命估算方法的成本较低、易于实施。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其是涉及一种电池的寿命估算方法。
背景技术
随着消费者对新能源汽车安全性和寿命关注的日益加深，作为新能源汽车动力源的锂离子电池寿命估算成为锂离子电池状态估算的重点。
相关技术中，车用锂离子电池寿命要求是8年12万公里，进行寿命实验周期长、成本高。以寿命实验为基础的锂离子电池估算方法通常在实验室进行加速寿命实验，并以此实验结果来建立寿命模型。然而寿命实验中，一方面寿命实验很难全面覆盖锂离子电池寿命的影响因素，另一方面因素水平的设置很容易造成锂离子电池滥用，干扰、破坏锂离子电池原本的衰老轨迹，最后，实验室寿命工况跟实际车用工况会有较大区别。锂离子电池寿命估计的另一个方法是基于大数据驱动，该方法对训练样本的大小和选取具有较高的依赖性，且计算复杂，实施有难度。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电池的寿命估算方法，该电池的寿命估算方法可以快速估算出电池的使用寿命，并且，该寿命估算方法的成本较低、易于实施。
根据本发明的电池的寿命估算方法包括以下步骤：S1、从所述电池的恒流初始充电曲线上选取电池电压V随SOC呈线性相关的电压区间[Vr1,Vr2],V∈[Vr1,Vr2]；S2、按照电压区间[Vr1,Vr2]选取所述电池使用过程中适合做SOH估算的充电段；S3、计算SOH估计所述充电段的充入电量Qch；S4、根据SOH估计所述充电段始末电压，按照所建立的充电曲线计算充电段荷电状态差异△SOCv；S5、估算电池当前容量Qc；根据Qc＝Qch/△SOCv，利用公式SOH＝Qc/QN＝Qch/(△SOCv*QN)估算出所述电池寿命。
根据本发明的电池的寿命估算方法，通过步骤S1、S2、S3、S4和S5配合，能够快速估算出电池的使用寿命，可以判断出电池的状态，从而可以为电池的使用、维护及更换提供参考依据，并且，该寿命估算方法的成本较低、易于实施。
在本发明的一些示例中，所述步骤S1还包括，所述初始充电曲线为所述电池慢充工况下的所述初始充电曲线。
在本发明的一些示例中，所述步骤S1还包括，在所述电压区间[Vr1,Vr2]内，SOC满足关系式：SOC＝a*V+b，其中，a,b为拟合参数。
在本发明的一些示例中，所述步骤S1还包括，在向所述电池充电时，记录所述电池充电开始时刻电压V1、剩余电量SOC1、电流I1。
在本发明的一些示例中，所述步骤S1还包括，在选取所述电压区间时，判断充电初始位置：若V1＜Vr1，记录所述电池充电到电压等于Vr1时刻的电压Vr1，剩余电量SOC2、电流I2；若V1＞Vr2，则该次充电不符合SOH估算；若Vr1≤V1＜Vr2，则SOH估算段初始值为充电开始时刻数据，即Vs＝V1，SOCs＝SOC1，Is＝I1。
在本发明的一些示例中，所述步骤S2还包括：当所述电池充电终止或充电电压到达SOH估算所述充电段上限Vr2，记录电压V2，剩余电量SOC3，电流I3。
在本发明的一些示例中，所述步骤S2还包括：设定恒流电流差值阈值为Ir、充入电量导致SOC变化最低阈值为SOCr,若|Is-Ie|<Ir、SOCe-SOCs≥SOCr，则根据电压选取出的充电段符合测量要求，执行步骤S4；若|Is-Ie|≥Ir和/或SOCe-SOCs<SOCr，则根据电压选取出的充电段不符合测量要求，结束。
在本发明的一些示例中，所述步骤S1还包括：获取车辆离线数据电流、电压、充电状态、电池剩余电量。
在本发明的一些示例中，所述步骤S1还包括：记录充电开始数据位置SOCicon1、充电结束数据位置SOCicon2，根据位置信息SOCicon1，SOCicon2读取充电开始数据V3、充电结束数据V4。
在本发明的一些示例中，所述步骤S2还包括：根据[V3,V4]选取属于[Vr1,Vr2]区间内的充电段，记录与V5对应的数据位置SOCicon11、与V6对应的数据位置SOCicon22。
在本发明的一些示例中，所述步骤S2还包括：根据充电段的始末位置SOCicon11、SOCicon22找出与SOCicon11对应的电流I11和SOC11、与SOCicon22对应的电流I22和SOC22，设定恒流电流差值阈值为Ir、充入电量导致SOC变化最低阈值为SOCr,筛选出|I11-I22|＜Ir且△SOC1＝|SOC22-SOC11|≥SOCr的充电段，并记录对应的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]。
在本发明的一些示例中，所述步骤S3还包括：根据筛选出的充电段的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]获取充电段始末电压[V111,V222]，通过标准充电V-SOC曲线获得对应的剩余电量VSOC1和VSOC2，则从标准曲线上获得的剩余电量变化△SOC2＝|VSOC1-VSOC2|。
在本发明的一些示例中，充入电量Qch＝QN*△SOC1,或者，根据充电段的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]，截取出对应的充电数据I-t安时积分计算充入电量Qch。
在本发明的一些示例中，Qc＝Qch/△SOC2,最终，根据公式SOH＝Qc/QN，计算出所述电池的寿命。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的电池寿命初始充电曲线；
图2是根据本发明实施例的电池不同寿命时刻充电曲线上对应SOH估计充电段；
图3是根据本发明实施例的电池的寿命估算方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的电池的寿命估算方法的一个实施例的流程图；
图5是根据本发明实施例的电池的寿命估算方法的另一个实施例的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的电池的寿命估算方法。
如图1-图5所示，根据本发明实施例的寿命估算方法包括以下步骤：S1、S2、S3、S4和S5。S1、从电池的恒流初始充电曲线上选取电池电压V随SOC(state of charge-荷电状态)呈线性相关的电压区间[Vr1,Vr2],V∈[Vr1,Vr2]，选取区间以电压为限定条件而不是以SOC为限定条件的原因是为了避免车辆长期运行中SOC估算有累积误差。
S2、按照电压区间[Vr1,Vr2]选取电池使用过程中适合做SOH(state of health-健康状态、寿命)估算的充电段，需要说明的是，如图2所示，适合估算SOH的充电段具有如下要求：(1)、根据充电电压判断位于标准曲线线性段内；(2)、电池的充电电量不小于某一设定值，例如：电池的充电电量不小于初始容量的百分之十五，该设定是为了确保电池容量的估计精度；(3)、充电段内充电电流为恒定值，且电流大小与标准曲线电流一致。
S3、计算SOH估计充电段的充入电量Qch，Qch表示电池的充入电量，Qch计算方式有两种：第一种是安时积分方法，
t是指时间，I是指电流，ts、te分别是充电始末时刻；第一种是根据系统输出的SOC，通过SOC差异△SOC计算。Qch＝QN*△SOC，QN表示电池寿命初始的容量，△SOC就是充电段始末的SOC差，△SOC＝SOC末-SOC始。
S4、根据SOH估计充电段始末电压，按照所建立的充电曲线计算充电段荷电状态差异△SOCv，△SOCv＝SOCm-SOCs，SOCm＝(a*Vm+b)，SOCs＝(a*Vs+b)＝a*(Vm-Vs)，△SOCv表示充电段荷电状态差异，SOCm、SOCs分别是充电段对应标准曲线上充电末端、初始SOC，Vm、Vs分别是充电段对应标准曲线上充电末端、初始电压。S5、估算电池当前容量Qc。根据Qch＝QN*△SOC，利用公式SOH＝Qc/QN＝Qch/(△SOCv*QN)估算出电池寿命。
其中，本申请寿命估算方法的成本较低、方法便捷、易于实施，并且，通过步骤S1、S2、S3、S4和S5配合，能够快速估算出电池的使用寿命，可以判断出电池的状态，从而可以为电池的使用、维护及更换提供参考依据。
另外，由于该寿命估算方法是基于锂离子电池恒流充电过程电压与SOC线性相关段，因此不适用于磷酸铁锂体系锂离子电池(该体系电池恒流充电电压有较明显的平台电压)，但是适用于含固溶体的锂离子电池体系，例如三元体系：镍钴锰、镍钴铝等。
由此，通过步骤S1、S2、S3、S4和S5配合，能够快速估算出电池的使用寿命，可以判断出电池的状态，从而可以为电池的使用、维护及更换提供参考依据，并且，该寿命估算方法的成本较低、易于实施。
在本发明的一些实施例中，步骤S1还可以包括，初始充电曲线为电池慢充工况下的初始充电曲线，例如：电流小于0.5C，这样设置能够使电流较小，可以在一定程度上缓解极化对电压的影响，从而可以提升电池全寿命周期的寿命估算精度。
在本发明的一些实施例中，步骤S1还包括，在电压区间[Vr1,Vr2]内，SOC满足关系式：SOC＝a*V+b，其中，a,b为拟合参数，如此设置可以算出SOC的值，从而可以保证顺利完成对电池的寿命估算工作。
如图4所示，根据本发明的一个具体实施例，该实施例是在线估算电池的寿命方法，步骤S1还可以包括，在向电池充电时，记录电池充电开始时刻电压V1、剩余电量SOC1、电流I1。需要解释的是，判断电池充电开始，判断依据可以是充电状态、插枪信号、充电电压、充电电流中的任意一种。具体使用某种信号时可以根据实际需要进行相应调整。例如，充电状态从0变为非0，可以断定充电开始，充电电压从0变为非0，同样也可以断定充电开始。断定电池充电开始后，记录电池充电开始时刻电压V1、剩余电量SOC1、电流I1。
在本发明的一些实施例中，如图4所示，步骤S1还可以包括，在选取电压区间时，判断充电初始位置：若V1＜Vr1，记录电池充电到电压等于Vr1时刻的电压Vr1，剩余电量SOC2、电流I2，则SOH估算段初始值为该时刻数据，即Vs＝Vr1，SOCs＝SOC2，Is＝I2，如果若V1＞Vr2，则该次充电不符合SOH估算，结束，若Vr1≤V1＜Vr2，则SOH估算段初始值为充电开始时刻数据，即Vs＝V1、SOCs＝SOC1、Is＝I1，这样设置可以判断出电池的充电初始点是否在标准曲线上的电压区间[Vr1,Vr2]内。
在本发明的一些实施例中，如图4所示，步骤S2还可以包括：当电池充电终止或者充电电压到达SOH估算充电段上限Vr2时，记录电压V2、剩余电量SOC3、电流I3，且该点数据为用于SOH估计的充电段末端数据Ve＝V2、SOCe＝SOC3、Ie＝I3，如此设置可以判断出电池的充电末端。
在本发明的一些实施例中，如图4所示，步骤S2还可以包括：设定恒流电流差值阈值为Ir、充入电量导致SOC变化最低阈值为SOCr,若|Is-Ie|<Ir、SOCe-SOCs≥SOCr，则根据电压选取出的充电段符合测量要求，执行步骤S4。若|Is-Ie|≥Ir和/或SOCe-SOCs<SOCr，则根据电压选取出的充电段不符合测量要求，结束，需要说明的是，|Is-Ie|≥Ir和/或SOCe-SOCs<SOCr可以指同时满足关系式：|Is-Ie|≥Ir、SOCe-SOCs<SOCr，也可以指满足|Is-Ie|≥Ir、SOCe-SOCs<SOCr中的一个关系式。这样设置可以判断出电池是否为恒流充电，也可以判断出电池是否充入足够电量。
其中，判断根据电压选取出的充电段是否同时符合以下条件：a)电池为恒流充电，即充电段始末电流差值的绝对值小于设定值Ir，|Is-Ie|<Ir。b)充电电量始末电量差值不小于某一设定值SOCr，SOCe-SOCs≥SOC，通过上述步骤可以选取出符合要求的充电段。
并且，充电段充入电量Qch＝(SOCe-SOCs)*QN，当电压、电流、电量判断均合格后，按照所建立的标准充电曲线计算该充电段荷电状态差异△SOCv，△SOCv＝SOCve-SOCvs＝(a*Ve+b)-(a*Vs+b)＝a*(Ve-Vs)，然后估算电池当前容量Qc＝Qch/△SOCv，则SOH＝Qc/QN＝(SOCe-SOCs)/△SOCv，从而可以准确估算出电池的使用寿命，进而可以为电池的使用、维护及更换提供参考依据。
如图5所示，根据本发明的另一个具体实施例，该实施例是离线分析电池的寿命方法，例如离线获取车载锂离子电池数据，进行SOH估算。具体的方法为，在步骤S1中还可以包括：获取车辆离线数据电流、电压、充电状态、电池剩余电量，然后判断电池的充电过程，若电池的充电状态从0变为非0，则表示电池充电开始，若电池的充电状态从非0变为0，则表示电池充电结束。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，在步骤S1中还可以包括：记录充电开始数据位置SOCicon1、充电结束数据位置SOCicon2，根据位置信息SOCicon1，SOCicon2读取充电开始数据V3、充电结束数据V4。需要解释的是，获取车辆离线数据电流、电压、充电状态、电池剩余电量，然后判断电池的充电过程后，记录充电开始数据SOCicon1、充电结束数据SOCicon2、充电开始数据V3、充电结束数据V4。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，在步骤S2中还可以包括：获取车辆离线数据电流、电压、充电状态、电池剩余电量，然后判断电池的充电过程，然后记录充电开始数据位置SOCicon1、充电结束数据位置SOCicon2、充电开始数据V3、充电结束数据V4，然后根据[V3,V4]选取属于[Vr1,Vr2]区间内的充电段[V5,V6]，记录与V5对应的数据位置SOCicon11、与V6对应的数据位置SOCicon22，这样设置可以选出合适的充电段。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，在步骤S2中还可以包括：获取车辆离线数据电流、电压、充电状态、电池剩余电量，然后判断电池的充电过程，然后记录充电开始数据位置SOCicon1、充电结束数据位置SOCicon2、充电开始数据V3、充电结束数据V4，然后根据[V3,V4]选取属于[Vr1,Vr2]区间内的充电段[V5,V6]，记录与V5对应的数据位置SOCicon11、与V6对应的数据位置SOCicon22，这样设置可以选出合适的充电段，然后根据充电段的始末位置SOCicon11、SOCicon22找出与SOCicon11对应的电流I11和SOC11、与SOCicon22对应的电流I22和SOC22，设定恒流电流差值阈值为Ir、充入电量导致SOC变化最低阈值为SOCr,筛选出|I11-I22|＜Ir且△SOC1＝|SOC22-SOC11|≥SOCr的充电段，并记录对应的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]，如此设置可以进一步筛选出符合要求的充电段，从而可以提升电池寿命估算的精确度。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，在步骤S3还可以包括：根据筛选出的充电段的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]获取充电段始末电压[V111,V222]，通过标准充电V-SOC曲线获得对应的剩余电量VSOC1和VSOC2，则从标准曲线上获得的剩余电量变化△SOC2＝|VSOC1-VSOC2|。
需要解释的是，获取车辆离线数据电流、电压、充电状态、电池剩余电量，然后判断电池的充电过程，然后记录充电开始数据位置SOCicon1、充电结束数据位置SOCicon2，根据位置信息SOCicon1、SOCicon2读取充电开始数据V3、充电结束数据V4，然后根据[V3,V4]选取属于[Vr1,Vr2]区间内的充电段[V5,V6]，记录与V5对应的数据位置SOCicon11、与V6对应的数据位置SOCicon22，这样设置可以选出合适的充电段，然后根据充电段的始末位置SOCicon11、SOCicon22找出与SOCicon11对应的电流I11和SOC11、与SOCicon22对应的电流I22和SOC22，设定恒流电流差值阈值为Ir、充入电量导致SOC变化最低阈值为SOCr,筛选出|I11-I22|＜Ir且△SOC1＝|SOC22-SOC11|≥SOCr的充电段，并记录对应的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]。根据筛选出的充电段的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]获取充电段始末电压[V111,V222]，通过标准充电V-SOC曲线获得对应的剩余电量VSOC1和VSOC2，则剩从标准曲线上获得的余电量变化△SOC2＝|VSOC1-VSOC2|，这样设置可以获取剩余电量变化△SOC2的值。
充入电量Qch＝QN*△SOC1,或者根据充电段的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]，截取出对应的充电数据I-t安时积分计算充入电量Qch。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，Qc＝Qch/△SOC2,最终，根据公式：SOH＝△SOC1/△SOC2，计算出电池的寿命，通过上述步骤配合，能够更加快速地估算出电池的使用寿命，并且，该寿命估算方法的成本较低、易于实施，可以进一步降低实验成本。
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 (8)
1.一种电池的寿命估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、从所述电池的恒流初始充电曲线上选取电池电压V随SOC呈线性相关的电压区间[Vr1,Vr2],V∈[Vr1,Vr2]；
S2、按照电压区间[Vr1,Vr2]选取所述电池使用过程中适合做SOH估算的充电段；
S3、计算SOH估计所述充电段的充入电量Qch；
S4、根据SOH估计所述充电段始末电压，按照所建立的充电曲线计算充电段荷电状态差异△SOCv；
S5、估算电池当前容量Qc；
根据Qc＝Qch/△SOCv，利用公式SOH＝Qc/QN＝Qch/(△SOCv*QN)估算出所述电池寿命；
所述步骤S1还包括，所述初始充电曲线为所述电池慢充工况下的所述初始充电曲线；
所述步骤S1还包括，在所述电压区间[Vr1,Vr2]内，SOC满足关系式：SOC＝a*V+b，其中，a,b为拟合参数；
所述步骤S1还包括，在向所述电池充电时，记录所述电池充电开始时刻电压V1、剩余电量SOC1、电流I1；
所述步骤S1还包括，在选取所述电压区间时，判断充电初始位置：若V1＜Vr1，记录所述电池充电到电压等于Vr1时刻的电压Vr1，剩余电量SOC2、电流I2；
若V1＞Vr2，则该次充电不符合SOH估算；
若Vr1≤V1＜Vr2，则SOH估算段初始值为充电开始时刻数据，即Vs＝V1，SOCs＝SOC1，Is＝I1；
所述步骤S2还包括：当所述电池充电终止或充电电压到达SOH估算所述充电段上限Vr2，记录电压V2，剩余电量SOC3，电流I3，该点数据为用于SOH估计的充电段末端数据Ve＝V2、SOCe＝SOC3、Ie＝I3，判断出电池的充电末端；
所述步骤S2还包括：设定恒流电流差值阈值为Ir、充入电量导致SOC变化最低阈值为SOCr,若|Is-Ie|<Ir、SOCe-SOCs≥SOCr，则根据电压选取出的充电段符合测量要求，执行步骤S4；
若|Is-Ie|≥Ir和/或SOCe-SOCs<SOCr，则根据电压选取出的充电段不符合测量要求，结束。
2.根据权利要求1所述的寿命估算方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：获取车辆离线数据电流、电压、充电状态、电池剩余电量。
3.根据权利要求2所述的寿命估算方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：记录充电开始数据位置SOCicon1、充电结束数据位置SOCicon2，根据位置信息SOCicon1、SOCicon2读取充电开始数据V3、充电结束数据V4。
4.根据权利要求3所述的寿命估算方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：根据[V3,V4]选取属于[Vr1,Vr2]区间内的充电段[V5,V6]，记录与V5对应的数据位置SOCicon11,与V6对应的数据位置SOCicon22。
5.根据权利要求4所述的寿命估算方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：根据充电段的始末位置SOCicon11、SOCicon22找出与SOCicon11对应的电流I11和SOC11、与SOCicon22对应的电流I22和SOC22，设定恒流电流差值阈值为Ir、充入电量导致SOC变化最低阈值为SOCr,筛选出|I11-I22|＜Ir且△SOC1＝|SOC22-SOC11|≥SOCr的充电段，并记录对应的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]。
6.根据权利要求5所述的寿命估算方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：根据筛选出的充电段的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]获取充电段始末电压[V111,V222]，通过标准充电V-SOC曲线获得对应的剩余电量VSOC1和VSOC2，则从标准曲线上获得的剩余电量变化△SOC2＝|VSOC1-VSOC2|。
7.根据权利要求6所述的寿命估算方法，其特征在于，充入电量Qch＝QN*△SOC1,或者，根据充电段的数据始末位置[SOCicon111,SOCicon222]，截取出对应的充电数据I-t安时积分计算充入电量Qch。
8.根据权利要求7所述的寿命估算方法，其特征在于，Qc＝Qch/△SOC2,最终，根据公式SOH＝Qc/QN，计算出所述电池的寿命。
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