CN110068409B - 锂电池应力预测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂电池应力预测方法和装置，该方法包括：接收待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，所述待测锂电池的属性为第一属性；根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，预测所述待测锂电池对应每个充放电周期的最大应力，所述第一拟合公式用于表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，第一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系。本发明提供的锂电池应力预测方法和装置，能够解决现有技术中如何获取锂电池的最大应力和锂电池的充放电周期的映射关系的问题。

Description

锂电池应力预测方法和装置
技术领域
本发明涉及电池技术，尤其涉及一种锂电池应力预测方法和装置。
背景技术
随着新能源汽车市场的快速发展，汽车动力来源研究受到广泛关注。其中，具有较高的能量密度，较宽的工作温度的锂离子电池无疑是最具潜力和实用性的动力源，其良好性能能够保证电动汽车在启动和加速等条件下的高倍率电流输出、输入要求。目前，常见的锂离子电池有正极三元材料+负极石墨体系功率型动力锂离子电池(简称三元锂电池)、钴酸锂/石墨体系的锂电池等。
对于锂电池来说，在使用和存储过程中，锂电池同样伴随有容量衰减和内部应力变化。当锂电池的应力大小达到一定程度，可能会导致锂电池的电极破裂、隔膜失效，从而降低锂电池的性能，缩短锂电池的使用寿命，导致锂电池短路等安全问题。因此，新能源汽车的开发人员需要根据锂电池的最大应力和锂电池的充放电周期的映射关系，为新能源汽车设计锂电池电池组。
然而，如何获取锂电池的最大应力和锂电池的充放电周期的映射关系，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种锂电池应力预测方法和装置，用于解决现有技术中如何获取锂电池的最大应力和锂电池的充放电周期的映射关系的问题。
本发明第一方面提供一种锂电池应力预测方法，所述方法包括：
接收待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，所述待测锂电池的属性为第一属性；
根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，预测所述待测锂电池对应每个充放电周期的最大应力，所述第一拟合公式用于表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，第一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系。
在一种可能的实施方式中，所述根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，确定所述待测锂电池的最大应力和充放电周期的映射关系之前，所述方法还包括：
获取至少两个样本锂电池的样本数据，每个样本锂电池的样本数据包括：所述样本锂电池的充放电周期、所述样本锂电池在每个充放电周期对应的最大应力、所述样本锂电池所在的环境温度、所述样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率；其中，所述至少两个样本锂电池的属性为第一属性；
根据所述至少两个样本锂电池的样本数据，获取所述第一拟合公式。
在一种可能的实施方式中，所述根据所述至少两个样本锂电池的样本数据，获取所述第一拟合公式，包括：
步骤A：根据第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池所在的环境温度、所述第i个样本锂电池的充放电周期和所述第i个样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率，得到所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式，所述第二拟合公式用于表征锂电池容量保持率和充放电周期的拟合关系，所述i为大于0的整数；
步骤B：根据所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式和所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，得到所述第i个样本锂电池的第一关系式，所述第一关系式用于表征所述第i个样本锂电池的衰减容量和所述第i个样本锂电池的充放电周期的关系；
步骤C：根据所述第i个样本锂电池的第一关系式、所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池的每个充放电周期对应的最大应力，得到所述第i个样本锂电池对应的第三拟合公式，所述第三拟合公式用于表征锂电池第一个充放电周期对应的放电容量、衰减容量和最大应力的拟合关系；
步骤D：判断所述i是否等于样本锂电池的数量，若是，则执行步骤E，若否，则将i+1，并返回执行步骤A；
步骤E：根据每个样本锂电池所在的环境温度、每个样本锂电池的第一关系式，以及，每个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、每个样本锂电池的第三拟合公式中第一参数的均值，获取所述第一拟合公式。
在一种可能的实施方式中，每个所述样本锂电池的第二拟合公式的线性回归平方和、每个所述样本锂电池的第三拟合公式的线性回归平方和大于预设阈值。
在一种可能的实施方式中，所述锂电池为三元锂电池。
本发明第二方面提供一种锂电池应力预测装置，所述装置包括：
接收模块，用于接收待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，所述待测锂电池的属性为第一属性；
预测模块，用于根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，预测所述待测锂电池对应每个充放电周期的最大应力，所述第一拟合公式用于表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，第一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系。
在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：
第一获取模块，用于在所述预测模块根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，确定所述待测锂电池的最大应力和充放电周期的映射关系之前，获取至少两个样本锂电池的样本数据，每个样本锂电池的样本数据包括：所述样本锂电池的充放电周期、所述样本锂电池在每个充放电周期对应的最大应力、所述样本锂电池所在的环境温度、所述样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率；其中，所述至少两个样本锂电池的属性为第一属性；
第二获取模块，用于根据所述至少两个样本锂电池的样本数据，获取所述第一拟合公式。
在一种可能的实施方式中，所述第二获取模块，具体用于：
步骤A：根据第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池所在的环境温度、所述第i个样本锂电池的充放电周期和所述第i个样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率，得到所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式，所述第二拟合公式用于表征锂电池容量保持率和充放电周期的拟合关系，所述i为大于0的整数；
步骤B：根据所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式和所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，得到所述第i个样本锂电池的第一关系式，所述第一关系式用于表征所述第i个样本锂电池的衰减容量和所述第i个样本锂电池的充放电周期的关系；
步骤C：根据所述第i个样本锂电池的第一关系式、所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池的每个充放电周期对应的最大应力，得到所述第i个样本锂电池对应的第三拟合公式，所述第三拟合公式用于表征锂电池第一个充放电周期对应的放电容量、衰减容量和最大应力的拟合关系；
步骤D：判断所述i是否等于样本锂电池的数量，若是，则执行步骤E，若否，则将i+1，并返回执行步骤A；
步骤E：根据每个样本锂电池所在的环境温度、每个样本锂电池的第一关系式，以及，每个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、每个样本锂电池的第三拟合公式中第一参数的均值，获取所述第一拟合公式。
在一种可能的实施方式中，每个所述样本锂电池的第二拟合公式的线性回归平方和、每个所述样本锂电池的第三拟合公式的线性回归平方和大于预设阈值。
在一种可能的实施方式中，所述锂电池为三元锂电池。
本发明第三方面提供一种锂电池应力预测装置，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以执行第一方面任一项所述的方法。
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现第一方面任一项所述的方法。
本发明提供的锂电池应力预测方法和装置，通过能够表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，同一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系的第一拟合公式，可以根据具有该属性的待测锂电池的温度、待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，从第一拟合公式中获取到待测锂电池的最大应力和充放电周期的映射关系。这样，开发人员在为新能源汽车设计锂电池电池组时，可以基于该待测锂电池的最大应力的充放电周期的映射关系，确定该属性的锂电池是否满足新能源汽车对电池的要求，从而可以确定是否可以将该属性的锂电池应用在新能源汽车上，为锂电池电池组的设计提供了准确的数据。
附图说明
图1为本发明提供的一种锂电池应力预测方法的流程示意图；
图2为本发明提供的一种充放电系统的结构示意图；
图3为本发明提供的另一种锂电池应力预测方法的流程示意图；
图4为本发明提供的一种锂电池应力预测装置的结构示意图；
图5为本发明提供的另一种锂电池应力预测装置的结构示意图。
具体实施方式
对于锂电池来说，在使用和存储过程中，锂电池同样伴随有容量衰减和内部应力变化。当锂电池的应力大小达到一定程度，可能会导致锂电池的电极破裂、隔膜失效，从而降低锂电池的性能，缩短锂电池的使用寿命，导致锂电池短路等安全问题。由于新能源汽车的开发人员需要根据锂电池的最大应力和锂电池的充放电周期的映射关系，为新能源汽车设计锂电池电池组，因此，如何获取锂电池的最大应力和锂电池的充放电周期的映射关系，是一个亟待解决的问题。
考虑到上述问题，本发明提供一种锂电池应力预测方法，通过能够表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，同一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系的第一拟合公式，可以根据具有该属性的待测锂电池的温度、待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，从第一拟合公式中获取到待测锂电池的最大应力和充放电周期的映射关系。这样，开发人员在为新能源汽车设计锂电池电池组时，可以基于该待测锂电池的最大应力的充放电周期的映射关系，确定该属性的锂电池是否满足新能源汽车对电池的要求，从而可以确定是否可以将该属性的锂电池应用在新能源汽车上，为锂电池电池组的设计提供了准确的数据。
应理解，这里所说的属性可以包括：规格和类型等。其中，规格是指锂电池的电芯的大小、长短、厚度、形状等。类型例如可以是三元锂电池、钴酸锂-石墨锂电池、锂正极-碳负极锂电池、阳极为二元材料的二元锂电池和锂合金电池等。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明提供的一种锂电池应力预测方法的流程示意图。本发明所提供的锂电池应力预测方法的执行主体可以是具有处理能力的终端设备。本实施例涉及的是如何对待测锂电池进行应力预测的过程。如图1所示，该方法包括：
S101、接收待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，所述待测锂电池的属性为第一属性。
所述待测锂电池所在的环境温度指待测锂电池工作时所在的环境的温度。
待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，是指对待测锂电池首次充放电时，待测锂电池在放电过程中总共输出的容量值。
在本发明实施例中，可以通过充放电系统对待测锂电池进行充放电。图2为本发明提供的一种充放电系统的结构示意图，如图2所示，该充放电系统可以包括充放电设备和采集设备，所述充放电设备的充放电连接线分别与待测锂电池的正极和负极连接，充放电设备用于对待测锂电池进行充放电操作。所述充放电设备和所述采集设备连接，所述采集设备用于在所述充放电设备对待测锂电池进行充放电时，采集所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量。
可选的，充放电系统的充放电设备在对待测锂电池充放电过程中，充放电系统的采集设备可以采集待测锂电池所在的环境温度和待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，并将所采集的上述信息发送给终端设备。例如，充放电系统中的采集设备通过无线网络将上述信息发送给终端设备，或者，采集设备可以通过有线网络将上述信息发送给终端设备，具体可以根据采集设备与终端设备的连接方式确定。
或者，测试人员可以直接在充放电系统的采集设备上读取所采集的上述信息，并输入至终端设备。
S102、根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，预测所述待测锂电池对应每个充放电周期对应的最大应力，所述第一拟合公式用于表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，第一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系。
在本实施例中，上述所说的充放电周期是指对锂电池进行一次完整的充电和放电所占用的时长。即，在每个充放电周期中只对锂电池进行一次充电和一次放电。
上述第一拟合公式可以反映出至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，第一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系的曲线。即，该曲线可以表征出随着充放电周期的变化，第一属性的锂电池最大应力的变化趋势。因此，终端设备在接收到具有第一属性的待测锂电池所在的环境温度和第一个充放电周期对应的放电容量后，可以通过第一拟合公式预测出符合待测锂电池最大应力和充放电周期变化趋势的曲线，即，待测锂电池的最大应力和充放电周期的映射关系。
这样，开发人员在为新能源汽车设计锂电池电池组时，可以基于该待测锂电池的最大应力的充放电周期的映射关系，确定该属性的锂电池是否满足新能源汽车对电池的要求，从而可以确定是否可以将该属性的锂电池应用在新能源汽车上，为锂电池电池组的设计提供了准确的数据。
示例性的，以类型为A、规格为B的锂电池(简称：锂电池AB)为例，开发人员可以使用一根该锂电池AB，通过上述图1所示的方式，预测出锂电池AB对应每个充放电周期对应的最大应力。然后，开发人员可以根据该锂电池AB对应每个充放电周期对应的最大应力，以及，新能源汽车所需的电池组的最大应力，以及，电池组的充放电周期的要求，确定类型为A、规格为B的锂电池是否满足新能源汽车的需求。若满足需求，则开发人员可以使用类型为A、规格为B的锂电池来设计新能源汽车的电池组。
下面对终端设备如何获取第一拟合公式进行说明。图3为本发明提供的另一种锂电池应力预测方法的流程示意图。如图3所示，在上述步骤S102之前，该方法还可以包括：
S201、获取至少两个样本锂电池的样本数据，每个样本锂电池的样本数据包括：所述样本锂电池的充放电周期、所述样本锂电池在每个充放电周期对应的最大应力、所述样本锂电池所在的环境温度、所述样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率；其中，所述至少两个样本锂电池的属性为第一属性；其中，所述至少两个样本锂电池的属性为第一属性。
应理解，这里所说的样本锂电池的样本数据可以是测试人员通过对样本锂电池进行充放电测试所得到的。在一些实施例中，也可以将车辆历史所使用的第一属性的锂电池作为样本锂电池，将这些锂电池的充放电数据作为样本数据。
当样本锂电池的样本数据是测试人员使用充放电系统，对样本锂电池进行充放电测试所得到的时，终端设备可以通过接收充放电系统的采集设备发送的采集设备所采集的样本锂电池的样本数据，获取样本锂电池的样本数据。或者，测试人员可以直接在充放电系统的采集设备上读取所采集的上述信息，并输入至终端设备。
当样本锂电池的样本数据是车辆历史所使用的第一属性的锂电池的充放电数据，则上述样本锂电池的样本数据可以由测试人员输入至终端设备，或者，终端设备从存储这些样本锂电池的样本数据的数据库中获取。
下面以样本锂电池的样本数据是测试人员通过图2所示的充放电系统对第一属性的样本锂电池(下述简称样本锂电池)进行充放电测试所得到的为例，测试人员可以通过充放电系统的采集设备读取样本锂电池的样本数据，并输入至终端设备。或者，充放电系统的采集设备将样本锂电池的样本数据发送给终端设备。
以获取一个样本锂电池的样本数据为例，作为一种示例，测试人员可以使用充放电系统，通过如下方式，对样本锂电池进行充放电测试，以获取样本锂电池的样本数据：
步骤1：将与充放电设备连接的样本锂电池置于热箱中。
可选的，上述充放电设备上用于连接样本锂电池的连接线的末端设置有金属夹板(图中未示出)，该金属夹板上可以安装有压力传感器(图中未示出)。将金属夹板在样本锂电池厚度方向通过螺栓预紧后，压力传感器可以测量样本锂电池的应力。另外，根据样本锂电池的设计参数，可以确定样本锂电池的初始厚度值和公差。然后，测试人员可以在对样本锂电池进行测试之前，通过样本锂电池的应力、样本锂电池的初始厚度值和公差，可以筛选排除掉初始应力过大的不良样本锂电池，保证所有样本锂电池的初始力学状态一致。
步骤2：将位于热箱中的样本锂电池搁置第一预设时长。例如，30分钟。
应理解，此时热箱还未开始工作，即还未对样本锂电池进行加热。
步骤3：调节热箱的温度到第一预设温度(T_in)，将样本锂电池静置第二预设时长(例如4小时)。
步骤4：通过充放电设备对样本锂电池进行第一恒定倍率(C_in)的充电，直至样本锂电池的电压达到第一预设电压(例如4.2V)。然后，将充放电设备转入恒压充电模式，直至样本锂电池的电流减小到0.05*C_in后，控制充放电设备停止对样本锂电池进行充电。
步骤5：将样本锂电池静置第三预设时长(例如30分钟)。
步骤6：通过充放电设备对样本锂电池进行第二恒定倍率(C_out)的放电，直至样本锂电池的电压达到第一预设电压(例如2.8V)。
步骤7：将样本锂电池静置第四预设时长(例如30分钟)。
重复步骤4-7，直到充放电周期达到预设阈值，即充放电周期的循环次数达到预设阈值。
在上述过程中，充放电系统的采集设备可以通过充放电设备采集样本锂电池的样本数据中的所述样本锂电池的最大充放电周期、每个充放电周期对应的最大应力、所述样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量。
可选的，可以在样本锂电池的正极处安装一温度传感器(图中未示出)，该温度传感器可以与采集设备连接，用于采集所述样本锂电池所在的环境温度。或者，可以在热箱的内侧壁上安装一温度传感器，该温度传感器可以与采集设备连接，用于采集所述样本锂电池所在的环境温度。或者，可以将温度传感器设置在任意能够采集样本锂电池所在的环境温度的位置，本发明实施例对此不进行限定。
以三元锂电池为例，在采集三元锂电池的样本数据时，上述测试过程中所使用的参数：第一预设温度(T_in)、充放电周期对应的预设阈值、第一恒定倍率(C_in)、第二恒定倍率(C_out)例如可以如下述表1所示：
表1
组号 温度/℃ 循环次数 充电倍率/C 放电倍率/C
A 25 100 0.2 0.2
B 25 300 1 2
C 45 100 0.2 0.2
D 45 300 1 2
上述表1示出了对4个三元锂电池进行测试时所使用的的参数。应理解，上述表1仅是一种示例，本领域技术人员具体可以根据自己的需求设置上述参数，本发明实施例对此不进行限定。
具体实现时，上述至少两个样本锂电池的样本数据是对第一属性的样本锂电池在不同温度、不同充放电倍率下所得到的。
S202、根据所述至少两个样本锂电池的样本数据，获取所述第一拟合公式。
终端设备可以通过如下方式获取第一拟合公式：
步骤A：根据第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池所在的环境温度、所述第i个样本锂电池的充放电周期和所述样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率，得到所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式，所述第二拟合公式用于表征锂电池容量保持率和充放电周期的拟合关系，所述i为大于0的整数。
第二拟合公式可以如下述公式(1)所示：
capperct(Temp，capinit，cyl)＝a1*cylb1+c1 (1)
其中，cyl为锂电池的充放电周期，capperct为锂电池的容量保持率，a1、b1、c1均为拟合参数，Temp为锂电池所在的环境温度，Capinit为锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量。
因此，基于所述第i个样本锂电池的充放电周期和所述第i个样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率，可以得出满足所述第i个样本锂电池的充放电周期和所述第i个样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率变化规律的第二拟合公式。该第二拟合公式即为第i个样本锂电池在第一个充放电周期对应的放电容量、第i个样本锂电池所在的环境温度下，所对应的第二拟合公式。
作为一种可能的实现方式，在基于所述第i个样本锂电池的充放电周期和所述第i个样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率，对第二拟合公式进行数据拟合时，先输入a1，b1，c1的初始值，得到一条拟合度不高的拟合曲线。根据a1，b1，c1的敏感度的不同，分别改变a1，b1，c1的值。经过多次尝试，得到一条R1超过预设值的拟合曲线，这条拟合曲线可以反应锂电池容量保持率capperct和充放电周期cyl的拟合关系。此时由a1，b1，c1确定的第二拟合公式为表征第i个样本锂电池容量保持率和充放电周期的拟合关系式。其中，R1为第二拟合公式对应的拟合曲线与实际数据的线性回归平方和的值。可选的，本申请中的所述R1的预设值可以为0.98。
应理解，i的初始取值为1，即至少两个样本锂电池中的第一个样本锂电池。本发明实施例对至少两个样本锂电池中哪个样本锂电池作为第一个样本锂电池不进行限定，或者说，对至少两个样本锂电池如何进行排序不进行限定。例如，可以按照终端设备获取到的样本锂电池的样本数据的顺序。
步骤B：根据所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式和所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，得到所述第i个样本锂电池的第一关系式，所述第一关系式用于表征所述第i个样本锂电池的衰减容量和所述第i个样本锂电池的充放电周期的关系。
初始的第一关系式可以如下述公式(2)所示：
capfade(Temp，capinit，cyl)＝(1-capperct)*capinit (2)
其中，capperct为锂电池的容量保持率，capinit为锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，capfade为锂电池的衰减容量。
在通过上述方式，得到了反应第i个样本锂电池的充放电周期cyl和第i个样本锂电池的容量保持率capperct关系的第二拟合公式，将第i个样本锂电池对应的第二拟合公式代入到初始的第一关系式中，可以得到反映第i个样本锂电池的衰减容量capfade和第i个样本锂电池的充放电周期之间关系的初始的第一关系式，即所述第i个样本锂电池的初始的第一关系式。
将公式(1)代入初始的第一关系式，可以得出如下述公式(3)所示的第一关系式：
capfade(Temp，capinit，cyl)＝a2*cylb2+c2 (3)
其中，a2为-a1*capinit，b2为b1，c2为(1-1)*capinit，所述a1，b1，c1均为公式(1)中的参数。
步骤C：根据所述第i个样本锂电池的第一关系式、所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池的每个充放电周期对应的最大应力，得到所述第i个样本锂电池对应的第三拟合公式，所述第三拟合公式用于表征锂电池第一个充放电周期对应的放电容量、衰减容量和最大应力的拟合关系；
所述第三拟合公式可以如下述公式(4)所示：
Figure BDA0002024966510000121
其中，Fmax为锂电池的每个充放电周期对应的最大应力，a3，b3，c3为拟合参数。
在根据所述第i个样本锂电池的第一关系式、所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池的每个充放电周期对应的最大应力，在对第三拟合公式在进行数据拟合前，需要测试a3，b3，c3三个参数的数据敏感度，确定三个参数对第三拟合公式中自变量和因变量关系的影响程度。关于如何测试参数的数据敏感度可以参见现有技术中针对拟合公式中的参数测试数据敏感度的方式，对此不再赘述。
在根据所述第i个样本锂电池的第一关系式、所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池的每个充放电周期对应的最大应力，在对第三拟合公式在进行数据拟合时，先输入a3，b3，c3的初始值，得到一条拟合度不高的拟合曲线。根据a3，b3，c3的敏感度的不同，分别改变a3，b3，c3的值。经过多次尝试，得到一条R1超过预设值的拟合曲线，这条拟合曲线可以反映第i个样本锂电池的最大应力Fmax和充放电周期cyl的拟合关系。此时由a3，b3，c3确定的第三拟合公式为第i个样本锂电池对应的第三拟合公式。应理解，上述R1为第三拟合公式对应的拟合曲线与实际数据的线性回归平方和的值。可选的，本申请中的所述R1的预设值可以为0.98。
步骤D：判断所述i是否等于样本锂电池的数量，若是，则执行步骤E，若否，则将i+1，并返回执行步骤A。
通过循环执行上述步骤A-步骤D，可以得到每个样本锂电池对应的第三拟合公式和第一关系式。
步骤E：根据每个样本锂电池所在的环境温度、每个样本锂电池的第一关系式，以及，每个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、每个样本锂电池的第三拟合公式中第一参数的均值，获取所述第一拟合公式。
所述第一拟合公式可以如下述公式(5)所示：
Fmax(Temp，capinit，cyl)＝c*capinit-A*exp(-Ea/RT)*(a2*cylb2+c2)b (5)
其中，capinit为锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，A，Ea，R为阿伦纽斯公式的参数，b为对在相同环境温度、不同充放电倍率下的锂电池进行处理，所得到的第三拟合公式中的b3(即第三拟合公式的第一参数)的平均值，参数c为根据不同锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量计算得到的值。根据参数c的值，可以预测不同锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量对所述锂电池的最大应力产生的影响。
把每个样本锂电池所在的环境温度、每个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、每个样本锂电池的第一关系式中a2、b2、c2、每个样本锂电池对应的第三拟合公式中b3的平均值，代入上述第一拟合公式，即可得到第一属性的锂电池对应的第一拟合公式。
可选的，在计算上述第一属性的锂电池对应的第一拟合公式时，根据每个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量计算参数c的值的方法可以为：建立每个样本锂电池的最大应力和第一个充放电周期对应的放电容量的映射关系，利用插值法计算得到样本锂电池的最大应力和第一个充放电周期对应的放电容量的参数c。建立参数c和样本锂电池第一个充放电周期对应的放电容量的对照表，在后续使用第一拟合公式时，在参数c和样本锂电池第一个充放电周期对应的放电容量的对照表上，寻找与样本锂电池第一个充放电周期对应的放电容量值相近的放电容量值，便可得到该样本锂电池对应的参数c。
根据以上步骤，可以得到用于表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，第一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系的第一拟合公式，从而可以使用该第一拟合公式，预测具有第一属性的锂电池对应每个充放电周期的最大应力。
通过上述第一拟合公式所预测的待测锂电池对应每个充放电周期的最大应力，与待测锂电池对应每个充放电周期的实际最大应力的误差在容错范围内。
应理解，锂电池中锂的含量是固定的，对锂电池进行充放电操作后，锂电池中原本固定在阳极上的锂离子会活化，从阳极脱嵌，导致锂电池经过首次充放电后，阳极材料的形变较大，对锂电池的应力产生较大影响。在上述计算第一拟合公式过程中，将样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量对电池最大应力带来的影响考虑进来，可以使第一拟合公式更加准确地表征出第一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系。因此，通过本申请的方法所预测的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系更加准确。
另外，本发明实施例对获取第一拟合公式过程中所使用的样本锂电池的样本数据不进行限定。例如，终端设备可以将获取到的所有样本锂电池的所有样本数据用于上述获取第一拟合公式，或者，终端设备可以对获取到的所有样本锂电池的所有样本数据进行预处理，以剔除数据组中误差较大的数据，进一步提高第一拟合公式准确性。进一步地，终端设备还可以根据数据变化的剧烈程度，在数据上选取分界点，分界点前的数据变化较剧烈，分界点后的数据变化较平缓。在分界点前，选取数据的间隔较小，在分界点后，选取数据的间隔较大。通过这种方式，可以尽可能地使用能够明显表征数据变化趋势的样本数据，还可以减少获取第一拟合公式的计算量，提高获取第一拟合公式的效率。
本发明实施例提供的锂电池应力预测方法，通过能够表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，同一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系的第一拟合公式，可以根据具有该属性的待测锂电池的温度、待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，从第一拟合公式中获取到待测锂电池的最大应力和充放电周期的映射关系。这样，开发人员在为新能源汽车设计锂电池电池组时，可以基于该待测锂电池的最大应力的充放电周期的映射关系，确定该属性的锂电池是否满足新能源汽车对电池的要求，从而可以确定是否可以将该属性的锂电池应用在新能源汽车上，为锂电池电池组的设计提供了准确的数据。
虽然上述方法均以将锂电池应用在新能源汽车上为例，对本发明实施例提供的方法进行了说明和介绍。但是，本领域技术人员可以理解的是，上述锂电池应力预测方法可以适用于任一应用锂电池的场景，例如，为使用锂电池的终端设计锂电池时，也可以通过上述方法预测锂电池对应每个充放电周期的最大应力，对此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
图4为本发明提供的一种锂电池应力预测装置的结构示意图。该锂电池应力预测装置可以通过软件和/或硬件的结合实现上述终端设备的部分或全部，例如，该锂电池应力预测装置可以为终端设备上的一个芯片或者，该锂电池应力预测装置可以为该终端设备等。
如图4所示，该锂电池应力预测装置可以包括：接收模块11和预测模块12。其中，
接收模块11，用于接收待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，所述待测锂电池的属性为第一属性；
预测模块12，用于根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，预测所述待测锂电池对应每个充放电周期的最大应力，所述第一拟合公式用于表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，第一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系。
继续参照图4，可选的，在一些实施例中，所述装置还可以包括第一获取模块13和第二获取模块14。其中，
第一获取模块13，用于在所述预测模块12根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，确定所述待测锂电池的最大应力和充放电周期的映射关系之前，获取至少两个样本锂电池的样本数据，每个样本锂电池的样本数据包括：所述样本锂电池的充放电周期、所述样本锂电池在每个充放电周期对应的最大应力、所述样本锂电池所在的环境温度、所述样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率；其中，所述至少两个样本锂电池的属性为第一属性；
第二获取模块14，用于根据所述至少两个样本锂电池的样本数据，获取所述第一拟合公式。
例如，所述第二获取模块14，具体用于：
步骤A：根据第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池所在的环境温度、所述第i个样本锂电池的充放电周期和所述第i个样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率，得到所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式，所述第二拟合公式用于表征锂电池容量保持率和充放电周期的拟合关系，所述i为大于0的整数；
步骤B：根据所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式和所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，得到所述第i个样本锂电池的第一关系式，所述第一关系式用于表征所述第i个样本锂电池的衰减容量和所述第i个样本锂电池的充放电周期的关系；
步骤C：根据所述第i个样本锂电池的第一关系式、所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池的每个充放电周期对应的最大应力，得到所述第i个样本锂电池对应的第三拟合公式，所述第三拟合公式用于表征锂电池第一个充放电周期对应的放电容量、衰减容量和最大应力的拟合关系；
步骤D：判断所述i是否等于样本锂电池的数量，若是，则执行步骤E，若否，则将i+1，并返回执行步骤A；
步骤E：根据每个样本锂电池所在的环境温度、每个样本锂电池的第一关系式，以及，每个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、每个样本锂电池的第三拟合公式中第一参数的均值，获取所述第一拟合公式。
可选的，每个所述样本锂电池的第二拟合公式的线性回归平方和、每个所述样本锂电池的第三拟合公式的线性回归平方和大于预设阈值。
可选的，所述锂电池为三元锂电池。
本发明提供的锂电池应力预测装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
图5为本发明提供的另一种锂电池应力预测装置的结构示意图。如图5所示，该锂电池应力预测装置可以包括：至少一个处理器21和存储器22。图5示出的是以一个处理器为例的锂电池应力预测装置，其中，
存储器22，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器22可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
处理器21用于执行所述存储器22存储的计算机执行指令，以实现上述实施例中的锂电池应力预测方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
其中，处理器21可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
可选的，在具体实现上，如果通信接口、存储器22和处理器21独立实现，则通信接口、存储器22和处理器21可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。所述总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended IndustryStandard Architecture，简称为EISA)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选的，在具体实现上，如果通信接口、存储器22和处理器21集成在一块芯片上实现，则通信接口、存储器22和处理器21可以通过内部接口完成相同间的通信。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。具体的，该计算机可读存储介质中存储有程序指令，程序指令用于上述实施例中的方法。
最后应说明的是：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各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种锂电池应力预测方法，其特征在于，所述方法包括：
接收待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，所述待测锂电池的属性为第一属性；
根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，预测所述待测锂电池对应每个充放电周期的最大应力，所述第一拟合公式用于表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，第一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系；
所述根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，预测所述待测锂电池对应每个充放电周期的最大应力之前，所述方法还包括：
获取至少两个样本锂电池的样本数据，每个样本锂电池的样本数据包括：所述样本锂电池的充放电周期、所述样本锂电池在每个充放电周期对应的最大应力、所述样本锂电池所在的环境温度、所述样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率；其中，所述至少两个样本锂电池的属性为第一属性；
根据所述至少两个样本锂电池的样本数据，获取所述第一拟合公式，具体为：
步骤A：根据第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池所在的环境温度、所述第i个样本锂电池的充放电周期和所述第i个样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率，得到所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式，所述第二拟合公式用于表征锂电池容量保持率和充放电周期的拟合关系，所述i为大于0的整数；
步骤B：根据所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式和所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，得到所述第i个样本锂电池的第一关系式，所述第一关系式用于表征所述第i个样本锂电池的衰减容量和所述第i个样本锂电池的充放电周期的关系；
步骤C：根据所述第i个样本锂电池的第一关系式、所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池的每个充放电周期对应的最大应力，得到所述第i个样本锂电池对应的第三拟合公式，所述第三拟合公式用于表征锂电池第一个充放电周期对应的放电容量、衰减容量和最大应力的拟合关系；
步骤D：判断所述i是否等于样本锂电池的数量，若是，则执行步骤E，若否，则将i+1，并返回执行步骤A；
步骤E：根据每个样本锂电池所在的环境温度、每个样本锂电池的第一关系式，以及，每个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、每个样本锂电池的第三拟合公式中第一参数的均值，获取所述第一拟合公式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述样本锂电池的第二拟合公式的线性回归平方和、每个所述样本锂电池的第三拟合公式的线性回归平方和大于预设阈值。
3.一种锂电池应力预测装置，其特征在于，所述装置包括：
接收模块，用于接收待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，所述待测锂电池的属性为第一属性；
预测模块，用于根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，预测所述待测锂电池对应每个充放电周期的最大应力，所述第一拟合公式用于表征在至少一种温度和第一个充放电周期对应的放电容量的组合下，第一属性的锂电池最大应力和充放电周期的映射关系；
所述装置还包括：
第一获取模块，用于在所述预测模块根据所述待测锂电池所在的环境温度、所述待测锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量和第一属性的锂电池对应的第一拟合公式，预测所述待测锂电池对应每个充放电周期的最大应力之前，获取至少两个样本锂电池的样本数据，每个样本锂电池的样本数据包括：所述样本锂电池的充放电周期、所述样本锂电池在每个充放电周期对应的最大应力、所述样本锂电池所在的环境温度、所述样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率；其中，所述至少两个样本锂电池的属性为第一属性；
第二获取模块，用于根据所述至少两个样本锂电池的样本数据，获取所述第一拟合公式；
所述第二获取模块，具体用于：
步骤A：根据第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池所在的环境温度、所述第i个样本锂电池的充放电周期和所述第i个样本锂电池在每个充放电周期的容量保持率，得到所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式，所述第二拟合公式用于表征锂电池容量保持率和充放电周期的拟合关系，所述i为大于0的整数；
步骤B：根据所述第i个样本锂电池对应的第二拟合公式和所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量，得到所述第i个样本锂电池的第一关系式，所述第一关系式用于表征所述第i个样本锂电池的衰减容量和所述第i个样本锂电池的充放电周期的关系；
步骤C：根据所述第i个样本锂电池的第一关系式、所述第i个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、所述第i个样本锂电池的每个充放电周期对应的最大应力，得到所述第i个样本锂电池对应的第三拟合公式，所述第三拟合公式用于表征锂电池第一个充放电周期对应的放电容量、衰减容量和最大应力的拟合关系；
步骤D：判断所述i是否等于样本锂电池的数量，若是，则执行步骤E，若否，则将i+1，并返回执行步骤A；
步骤E：根据每个样本锂电池所在的环境温度、每个样本锂电池的第一关系式，以及，每个样本锂电池的第一个充放电周期对应的放电容量、每个样本锂电池的第三拟合公式中第一参数的均值，获取所述第一拟合公式。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，每个所述样本锂电池的第二拟合公式的线性回归平方和、每个所述样本锂电池的第三拟合公式的线性回归平方和大于预设阈值。
5.一种锂电池应力预测装置，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以执行如权利要求1-2中任一项所述的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现权利要求1-2中任一项所述的方法。
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