CN109946610A - 一种车用电池循环寿命的预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种车用电池循环寿命的预测方法，包括以下步骤：建立车用电池在不同温度下的循环寿命模型；根据车辆所在的地理位置，获取实际环境中所述车用电池在不同温度区间内进行循环的时间百分比；将各温度区间的时间百分比代入对应温度下的循环寿命模型中，计算得到车用电池循环寿命的预测值。本发明通过获取车用电池实际使用的总温度数据，并将实际中各温度区间占总温度区间的时间百分比代入对应温度下车用电池的循环寿命模型中以求得循环寿命的预测值，较好的将实验室工况下的模型应用于实际车用电池循环寿命的预估中，提高了车用电池循环寿命预估的准确性，同时也可以较为快捷地预测不同地域车辆的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及车用电池系统技术领域，具体而言，涉及一种车用电池循环寿命的预测方法。
背景技术
随着电动车的应用及普及，其寿命受到人们的普遍关注。电池寿命模型主要包括机理模型、半经验模型和经验模型。实验室可以开展不同温度下的循环实验，进而获得不同温度下的经验模型，用于预测电池寿命，具体过程为：基于经验公式，如Arrhenius、Eyeing方程等，拟合实验数据获得外特性变化和外应力关系。该方法以大量的实验数据作为支撑，准确拟合模型中的参数，获取合适的经验模型，不需要依靠电池内部的老化机理，使用方便。然而，实际使用中这些模型的应用存在一些局限性。一方面，车用电池实际使用中，温度并不固定；另一方面，我国地域广阔，跨越经纬度较大，不同地域运行的车辆，其经历的温度工况也大有差异。同时，研究表明温度对于电池的循环寿命的有显著影响。
中国专利公开号为CN 104714189 A的发明专利申请，公开了一种电动汽车用电池组循环寿命的预测方法，具体公开了，包括如下步骤：在常温下对电池组进行标准容量测试，记录电池组的实际标准容量；对电池组进行动态应力工况循环测试，多次工况循环测试结束后，返回步骤一，记录标准容量测试次数，若连续4-6次标准容量测试的实际容量均小于额定容量的80％，则该温度下的循环测试结束，标准容量测试次数表示电池组循环寿命；重复步骤一和二，测试多个温度点下的电池组循环寿命。
上述技术方案中，通过采集时间成组的电池包循环寿命数据，通过数据处理，得到拟合方程，以对目前实际应该的锂离子电池组循环寿命预测，但是，该方法没有考虑温度对于电池的循环寿命的影响。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种车用电池循环寿命的预测方法，旨在解决现有技术中对锂离子电池循环寿命进行预测时没有考虑外界温度因素而使对电池循环寿命的预测不准确的问题。
一个方面，本发明提出了一种车用电池循环寿命的预测方法，包括以下步骤：步骤a，建立车用电池在不同温度下的循环寿命模型；步骤b，根据车辆所在的地理位置，获取实际环境中所述车用电池在不同温度区间内进行循环的时间百分比；步骤c，将所述步骤b中的各所述温度区间的时间百分比代入所述步骤a中对应温度下的循环寿命模型中，计算得到所述车用电池循环寿命的预测值。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
其中，
y为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量，ai为多项式系数，x为所述车用电池在实验室工况下的循环应力表征量，n为多项式次数，n为大于等于1的正整数。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
y＝A·ex+B，其中，
y为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量，x为所述车用电池在实验室工况下的循环应力表征量，A、B为对应温度下的拟合常数。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，所述步骤b中，获取所述车用电池循环的温度分布数据包括以下步骤：以温度变化周期为基准从气象数据获取所述车用电池循环环境的总温度数据区间；将所述总温度数据划分为多个等宽的温度区间，并计算各所述温度区间占所述总温度数据区间的时间百分比。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，所述车用电池循环寿命的预测值可确定为：
其中，
y为所述车用电池的预测寿命，为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量，Ti为第i个温度区间的中间值，RatioTi为第i个温度区间占所述总温度数据区间的时间百分比。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量为电池容量衰减量或电池内阻增加量。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，所述车用电池在实验室工况下的循环应力表征量为所述车用电池的循环次数、所述循环次数对应的循环时间、循环过程中容量或能量的吞吐量以及等效循环次数。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，所述等效循环次数可用下式确定：
其中，
Whthroughput是所述车用电池循环过程中的累积能量值，C0是所述车用电池的额定容量，是所述车用电池的标称电压。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，以所述车用电池容量的衰减量作为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量时，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
Qloss＝kT·N，其中，
Qloss为所述车用电池容量的衰减量、kT为对应温度下循环的容量衰减速率、N为循环次数或等效循环次数。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，以所述车用电池容量的衰减量作为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量时，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
Qloss＝kT·t，其中，
Qloss为所述车用电池容量的衰减量、kT为对应温度下循环的容量衰减速率、t为对应温度下整个循环过程对应的时间。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，以所述车用电池的内阻增加量作为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量时，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
Rincrease＝kT·N，其中，
Rincrease为所述车用电池内阻的增加量，kT为对应温度下循环的内阻增加速率，N为循环次数或等效循环次数。
进一步地，上述车用电池循环寿命的预测方法中，以所述车用电池内阻的增加量作为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量时，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
Rincrease＝kT·t，其中，
Rincrease是所述车用电池内阻的增加量，kT为对应温度下整个循环的内阻增加速率，t是对应温度下整个循环过程对应的时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的车用电池循环寿命的预测方法，通过实验室工况建立车用电池多个温度下的循环寿命模型，根据地理位置对应气象信息获取车用电池在不同温度区间内进行循环的时间百分比，并将各温度区间的时间百分比代入对应温度下车用电池的循环寿命模型中以求得车用电池循环寿命的预测值，较好的将实验室工况下的模型应用于实际车用电池循环寿命的预估中，提高了车用电池循环寿命预估的准确性，同时也可以较为快捷地预测不同地域车辆的寿命。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的车用电池循环寿命的预测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的车用电池循环寿命的预测方法的又一流程图；
图3为本发明实施例提供的几个代表性城市一年中的总温度数据区间的分布图；
图4为本发明实施例提供的某一城市一年中各温度区间占总温度数据区间的时间百分比分布图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参阅图1，本发明实施例的车用电池循环寿命的预测方法包括：以下步骤：
步骤S1，建立车用电池在不同温度下的循环寿命模型。
具体而言，车用电池可以是铅酸蓄电池、镍基电池、钠硫电池、锂电池等。在实验室工况下，建立车用电池在不同温度下的循环寿命模型。
具体实施时，可以在恒定的温度下，获取电池寿命随循环应力表征量变化的数据，选择与数据变化规律吻合度或精度较高的函数表达式进行拟合得到车用电池循环的寿命模型。例如：
循环寿命模型可以表示为：
其中，y为车用电池在实验室工况下的寿命表征量，ai为多项式系数，x为车用电池在实验室工况下的循环应力表征量，n为多项式次数，n为大于等于1的正整数。
循环寿命模型还可以表示为：
y＝A·ex+B (2)
其中，y为车用电池在实验室工况下的寿命表征量，x为车用电池在实验室工况下的循环应力表征量，A、B为对应温度下的拟合常数。
需要说明的是，A、B的取值由数据拟合的结果确定，其中，A≠0。
本实施例中，选用式(1)或式(2)作为车用电池循环寿命模型的表达式，只选择一个参数作为自变量，拟合精度较高且计算简单，有利于快速计算出车用电池循环的预测寿命值。车用电池在实验室工况下的寿命表征量y可以为电池容量衰减量或电池内阻增加量。车用电池在实验室工况下的循环应力表征量x可以为车用电池的循环次数、循环次数对应的循环时间、循环过程中容量或能量的吞吐量以及等效循环次数。可以选择相应的参数进行模拟以获取式(1)或式(2)所代表的循环寿命模型。
具体实施时，可以根据实际需求，选择需要考量的参数进行模拟得到循环寿命模型；也可以将各参数对应的模型的精确度进行比较后，选取精确度较高的模型作为计算依据。
本实施例中，等效循环次数可用下式确定：
Whthroughput是车用电池循环过程中的累积能量值，C0是车用电池的额定容量，是车用电池的标称电压。
具体实施时，以车用电池容量的衰减量作为车用电池在实验室工况下的寿命表征量时，循环寿命模型的函数表达式可以表示如下式(4)或式(5)：
Qloss＝kT·N (4)
Qloss＝kT·t (5)
其中，Qloss为车用电池容量的衰减量、kT为对应温度下循环的容量衰减速率、N为循环次数或考虑能量吞吐量的等效循环次数、t为对应温度下整个循环过程对应的时间。
以车用电池内阻增加量作为车用电池在实验室工况下的寿命表征量时，循环寿命模型的函数表达式如下式(6)或式(7)：
Rincrease＝kT·N (6)
Rincrease＝kT·t (7)
Rincrease为车用电池内阻的增加量，kT为对应温度下循环的内阻增加速率，N为循环次数或等效循环次数，t是对应温度下整个循环过程对应的时间。
步骤S2，根据车辆所在的地理位置，获取实际环境中车用电池在不同温度区间内进行循环的时间百分比。
参阅图2，获取车用电池循环的温度分布数据包括以下子步骤：
子步骤S21，以温度变化周期为基准从气象数据获取车用电池循环环境的总温度数据区间。
具体而言，可以一年为基准，从城市气象数据中获取车用电池循环的环境温度总数据区间。例如，以上海、北京、成都、广州、哈尔滨为代表，列出其一年中每天的温度变化，如图3所示。
子步骤S22，将总温度数据划分为多个等宽的温度区间，并计算各温度区间占总温度数据区间的时间百分比RatioTi。
具体实施时，可以某一城市为例，通过计算该城市一年中各温度区间所占的时间百分比来研究温度对该地区的车用电池循环寿命的影响。
步骤S3，将步骤S2中的各所述温度区间的时间百分比代入步骤S1中对应温度下的循环寿命模型中，计算得到车用电池循环寿命的预测值。
由于实际中车用电池可能跨越比较大的温度区间，循环温度不恒定。可以取每个温度区间的中间值Ti作为代表温度，获取该温度下对应的循环寿命模型，然后将其与该温度所代表的温度区间占总温度数据区间的时间百分比的乘积求和即可得到车用电池循环寿命的预测值。其中，对于代表温度的选择可举例如下：对于温度区间(0～30)℃，可以取中值25℃作为代表温度。如果某一个实际温度区间的中间温度为27℃，由于该温度属于(20～30)℃这个区间，那么计算寿命预测值的时候是代入(20～30)℃的中间值25℃对应的循环寿命模型中进行计算的。划分区间并取中值作为代表计算，是在综合考虑结果精度和计算量的情况下作出的选择，有利于减少计算量并快速得到车用电池循环寿命的预测值。
车用电池循环寿命的预测值可确定为：
y为车用电池的预测寿命，为车用电池在实验室工况下的寿命表征量，例如，可以表达为Ti为第i个温度区间的中值，RatioTi为第i个温度区间占总温度数据区间的时间百分比。
例如在实验室工况下获取的25℃下车用电池循环的寿命是f(T25)，-25℃下车用电池循环寿命模型是f(T-25)；假定电池循环周期内处于温度区间(-50～0)℃的时间百分比是30％，处于温度区间(0～50)℃的百分比是70％，那么车用电池的预测寿命值可以表示为：cycles＝f(T-25)*0.3+f(T25)*0.7。
以下以某一城市为例，以10℃为间隔将获取的总温度数据进行区间划分，计算一年中该城市的各温度区间在总温度数据区间的时间占比后，计算车用电池在该地区的寿命预设值。
由图4可以看出，车用电池的在以下各循环温度(-30～-25)℃、(-25～-20)℃、(-20～-10)℃、(-10～-5)℃、(-5～-0)℃、(0～5)℃、(5～10)℃、(10～15)℃、(15～20)℃、(20～25)℃、(25～30)℃、(30～55)℃、(35～40)℃的时间百分比分别为：2.5％、6.5％、8％、10％、8.3％、7％、8.2％、7％、8.5％、12％、13.5％、7％、1.5％。将以上各温度区间的时间百分比分别带入步骤S1中得到的-27℃、-22℃、-15℃、-7℃、-2℃、3℃、8℃、12℃、17℃、22℃、27℃、33℃、38℃下的车用电池循环寿命模型f(T-27)、f(T-22)、f(T-15)、f(T-7)、f(T-2)、f(T2)、f(T8)、f(T12)、f(T17)、f(T22)、f(T27)、f(T33)、f(T38)中进行计算，即可得到车用电池寿命的预测值：
cycles＝f(T-27)*2.5％+f(T-22)*6.5％+f(T-15)*8％+f(T-7)*10％+f(T-2)*8.3％+f(T2)*7％+f(T8)*8.2％+f(T12)*7％+f(T17)*8.5％+f(T22)*12％+f(T27)*13.5％+f(T33)*7％+f(T38)*1.5％。
上述显然可以得出，本实施例中提供的车用电池循环寿命的预测方法，通过实验室工况建立车用电池多个温度下的循环寿命模型，根据地理位置对应气象信息获取车用电池在不同温度区间内进行循环的时间百分比，并将各温度区间的时间百分比代入对应温度下车用电池的循环寿命模型中以求得车用电池循环寿命的预测值，，较好的将实验室工况下的模型应用于实际车用电池循环寿命的预估中，提高了车用电池循环寿命预估的准确性，同时也可以较为快捷地预测不同地域车辆的寿命。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a，建立车用电池在不同温度下的循环寿命模型；
步骤b，根据车辆所在的地理位置，获取实际环境中所述车用电池在不同温度区间内进行循环的时间百分比；
步骤c，将所述步骤b中的各所述温度区间的时间百分比代入所述步骤a中对应温度下的循环寿命模型中，计算得到所述车用电池循环寿命的预测值。
2.根据权利要求1所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
其中，
y为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量，ai为多项式系数，x为所述车用电池在实验室工况下的循环应力表征量，n为多项式次数，n为大于等于1的正整数。
3.根据权利要求1所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
y＝A·ex+B，其中，
y为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量，x为所述车用电池在实验室工况下的循环应力表征量，A、B为对应温度下的拟合常数。
4.根据权利要求2或3所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，所述步骤b中，获取所述车用电池在不同温度区间内进行循环的时间百分比包括以下步骤：
以温度变化周期为基准从气象数据获取所述车用电池循环环境的总温度数据区间；
将所述总温度数据划分为多个等宽的温度区间，并计算各所述温度区间占所述总温度数据区间的时间百分比。
5.根据权利要求4所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，所述车用电池循环寿命的预测值可确定为：
其中，
y为所述车用电池的预测寿命，为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量，Ti为第i个温度区间的中间值，RatioTi为第i个温度区间占所述总温度数据区间的时间百分比。
6.根据权利要求5所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量为电池容量衰减量或电池内阻增加量。
7.根据权利要求6所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，所述车用电池在实验室工况下的循环应力表征量为所述车用电池的循环次数、所述循环次数对应的循环时间、循环过程中容量或能量的吞吐量以及等效循环次数。
8.根据权利要求7所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，所述等效循环次数可用下式确定：
其中，
Whthroughput是所述车用电池循环过程中的累积能量值，C0是所述车用电池的额定容量，是所述车用电池的标称电压。
9.根据权利要求8所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，以所述车用电池容量的衰减量作为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量时，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
Qloss＝kT·N，其中，
Qloss为所述车用电池容量的衰减量、kT为对应温度下循环的容量衰减速率、N为循环次数或等效循环次数。
10.根据权利要求7所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，以所述车用电池容量的衰减量作为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量时，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
Qloss＝kT·t，其中，
Qloss为所述车用电池容量的衰减量、kT为对应温度下循环的容量衰减速率、t为对应温度下整个循环过程对应的时间。
11.根据权利要求8所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，以所述车用电池的内阻增加量作为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量时，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
Rincrease＝kT·N，其中，
Rincrease为所述车用电池内阻的增加量，kT为对应温度下循环的内阻增加速率，N为循环次数或等效循环次数。
12.根据权利要求7所述的车用电池循环寿命的预测方法，其特征在于，以所述车用电池内阻的增加量作为所述车用电池在实验室工况下的寿命表征量时，所述循环寿命模型的函数表达式如下：
Rincrease＝kT·t，其中，
Rincrease是所述车用电池内阻的增加量，kT为对应温度下整个循环的内阻增加速率，t是对应温度下整个循环过程对应的时间。
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