CN110221222B - 电池安全截止电压预测方法、装置及电池管理系统 - Google Patents

电池安全截止电压预测方法、装置及电池管理系统 Download PDF

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CN110221222B CN201910362910.7A CN201910362910A CN110221222B CN 110221222 B CN110221222 B CN 110221222B CN 201910362910 A CN201910362910 A CN 201910362910A CN 110221222 B CN110221222 B CN 110221222B
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Abstract

本发明涉及电池技术领域，提供一种电池安全截止电压预测方法、装置及电池管理系统，其中该方法包括：获取电池的实时电池健康状态；基于预配置的截止电压预测模型确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，其中所述截止电压预测模型包括用于指示电池健康状态与安全截止电压之间的对应关系；根据所述目标安全截止电压，预测所述电池的实时安全截止电压。由此，考虑到了电池健康状态对于安全截止电压的影响，能够保障所动态预测的实时安全截止电压的高精确度。

Description

电池安全截止电压预测方法、装置及电池管理系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电池安全截止电压预测方法、装置及电池管理系统。
背景技术
新能源汽车具有低污染、结构简单、低噪声等优点，是未来汽车产业发展的重要方向。三元锂电池具有能量密度大、体积小、放电电压高、且可实现小电流放电、环保等优点，在纯电动汽车中广为使用。
目前影响混合动力汽车发展的主要瓶颈是电池的性能与电池管理系统(BMS,Batteries Management System)，前者需要改进的主要是提高比安全充电、放电截止电压,比功率,寿命及温度适应性,而后者最关键的核心技术之一就是充电和放电控制技术。其中影响电池充、放电技术的一个关键参数就是电池的安全充电截止电压(CVSC,ChargeVoltageSafetyCutoff)和安全放电截止电压(DVSC,DischargeVoltageSafetyCutoff)，如果它们被设置小了，会影响充电、放电的安全充电、放电截止电压，进而影响电动汽车的续驶里程；如果设置大了，造成过度充电和过度放电，则会影响电池的寿命，甚至损坏电池或者电池起火爆炸影响使用者人身安全。
举例来说，对于新电池而言，设置CVSC＝4.18V，不会损害电池寿命，也不会造成过度充电；但是当该电池被用了五年之后，仍设置CVSC＝4.18V，其就会损害电池，会造成过度充电，此时应该设置CVSC<4.18V。另外，在放电时，对于新电池而言，设置DVSC＝2.85V，不会损害电池，也不会造成过度放电；但是当该电池被用了五年之后，仍设置DVSC＝2.85V，则会损害电池(导致电池寿命减少)，且是不可逆的破坏，会造成过度放电，此时应该设置DVSC>2.85V。所以，电池的实际安全充电截止电压CVSC、安全放电截止电压DVSC具有时变性，它会随着不同的电池生命周期，不同工况条件而相应变化。
为了解决上述技术问题，目前相关技术中也提出了一些方案，例如：直接利用电池厂商提供的电池出厂时的安全充电截止电压CVSC、安全放电截止电压DVSC或者成品电池安装电动车出厂时的实测电池安全充电、放电截止电压。但是，本申请的发明人在实践本申请的过程中发现目前相关技术中至少存在以下缺陷：其没有考虑电池随着使用生命周期，安全充电、放电截止电压会逐渐变化的情况，特别是电池使用后期(SOH>80％),电池实际安全充电、放电截止电压变化高达20％以上，严重影响后续充电、放电的功能和电池能量的预测精度。
因此，如何动态实时预测电池实际安全充电/放电截止电压，从而保障在后续电池使用过程中续航里程的高精确度和电池的安全使用性能。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电池安全截止电压预测方法，以至少解决目前相关技术中无法准确地动态实时预测电池实际安全充电/放电截止电压的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电池安全截止电压预测方法，所述电池安全截止电压预测方法包括：获取电池的实时电池健康状态；基于预配置的截止电压预测模型确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，其中所述截止电压预测模型包括用于指示电池健康状态与安全截止电压之间的对应关系；根据所述目标安全截止电压，预测所述电池的实时安全截止电压。
进一步的，所述根据所述目标安全截止电压，预测所述电池的实时安全截止电压包括：获取实时电池工作参数，其中电池工作参数包括以下中的一者或多者：电池温度、电池电流、电池充放电状态和电池荷电状态；根据工作参数校准模型确定所述实时电池工作参数所对应的目标校准系数，其中所述工作参数校准模型包括用于指示电池工作参数与校准系数之间的对应关系；基于所述目标校准系数校准所述目标安全截止电压，以确定所述实时安全截止电压。
进一步的，所获取的实时电池工作参数包括多种工作参数，其中所述根据工作参数校准模型确定所述实时电池工作参数所对应的目标校准系数包括：基于所述工作参数校准模型确定所获取的实时电池工作参数中不同的工作参数所分别对应的各个分量校准系数；根据所确定的所述各个分量校准系数，确定所述目标校准系数。
进一步的，所述电池安全截止电压预测方法还包括针对所述截止电压预测模型和/或所述工作参数校准模型的模型创建步骤，其中所述模型创建步骤包括：获取包括多个电池健康状态与对应的安全截止电压的健康状态数据组，并基于所述健康状态数据组进行第一数据拟合操作以构建所述截止电压预测模型，和/或，获取包括多个电池工作参数与对应的校准系数的校准数据组，并基于所述校准数据组进行第二数据拟合操作以构建所述工作参数校准模型。
进一步的，所述截止电压预测模型和/或所述工作参数校准模型包括关系映射表，其中所述电池安全截止电压预测方法包括：通过查表的方式确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，和/或，通过查表的方式确定与所述实时电池工作参数相对应的目标校准系数。
进一步的，所述安全截止电压包括安全充电截止电压和/或安全放电截止电压。
相对于现有技术，本发明所述的电池安全截止电压预测方法具有以下优势：
本发明所述的电池安全截止电压预测方法中，通过应用截止电压预测模型中的用于指示电池健康状态与安全截止电压之间的对应关系来确定实时电池健康状态所对应的目标安全截止电压，并进而预测相应的实时安全截止电压；由此，考虑到了电池健康状态对于安全截止电压的影响，能够保障所动态预测的相应的实时安全截止电压的高精确度。
本发明的另一目的在于提出一种电池安全截止电压预测装置，以至少解决目前相关技术中无法准确地动态实时预测电池实际安全充电/放电截止电压的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电池安全截止电压预测装置，所述电池安全截止电压预测装置包括：健康状态获取单元，用于获取电池的实时电池健康状态；目标电压确定单元，用于基于预配置的截止电压预测模型确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，其中所述截止电压预测模型包括用于指示电池健康状态与安全截止电压之间的对应关系；实时电压预测单元，用于根据所述目标安全截止电压，预测所述电池的实时安全截止电压。
进一步的，所述实时电压预测单元包括：工作参数获取模块，用于获取实时电池工作参数，其中电池工作参数包括以下中的一者或多者：电池温度、电池电流、电池充放电状态和电池荷电状态；目标校准系数获取模块，用于根据工作参数校准模型确定所述实时电池工作参数所对应的目标校准系数，其中所述工作参数校准模型包括用于指示电池工作参数与校准系数之间的对应关系；校准模块，用于基于所述目标校准系数校准所述目标安全截止电压，以确定所述实时安全截止电压。
进一步的，所述截止电压预测模型和/或所述工作参数校准模型包括关系映射表，其中所述电池安全截止电压预测装置包括：查表单元，用于通过查表的方式确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，和/或，通过查表的方式确定与所述实时电池工作参数相对应的目标校准系数。
本发明的又一目的在于提出一种电池管理系统，以至少解决目前相关技术中无法准确地动态实时预测电池实际安全充电/放电截止电压的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电池管理系统，所述电池管理系统用于执行上述的电池安全截止电压预测方法。
所述电池管理系统、所述电池安全截止电压预测装置与上述电池安全截止电压预测方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施方式所述的电池安全截止电压预测方法的流程图；
图2为本发明实施方式所述的电池安全截止电压预测方法中用于预测实时安全截止电压的流程图；
图3为本发明实施方式所述的实时动态预测电池实际安全充电/放电截止电压原理的输入/输出算法框图；
图4为本发明实施方式所述的电池安全截止电压预测方法的原理流程图；
图5为本发明实施方式所述的电池安全截止电压预测装置的结构框图。
附图标记说明：
50 电池安全截止电压预测装置 502 目标电压确定单元
501 健康状态获取单元 503 实时电压预测单元
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
如图1所示，本发明一实施例的电池安全截止电压预测方法，包括：
S11、获取电池的实时电池健康状态。
关于本发明实施例的执行主体，其可以是任意的控制器或处理器，例如用于电池管理的控制器或处理器，诸如BMS(Battery management system,电池管理系统)等，通过对其进行软件或硬件的改进从而进行如本发明实施例中的电池安全截止电压预测方法的步骤；另外，其还可是其他的与电池相关联的附加控制器或处理器来实现的，例如车载控制器或电子控制单元等，且以上实施方式都属于本发明的保护范围内。
其中，实时电池健康状态可以是通过各种方式而获取到的，例如可以是由传感器自动采集而得到的或基于用户交互操作而人为设置的等，在此对其应不加限制。
S12、基于预配置的截止电压预测模型确定与实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，其中截止电压预测模型包括用于指示电池健康状态与安全截止电压之间的对应关系。
关于本实施例中的截止电压预测模型的类型，其可以是多样化的，例如其可以是表格映射关系模型或其他数学关系模型，另外其还可以是经过训练的神经网络模型等，且都属于本发明的保护范围内。
S13、根据目标安全截止电压，预测电池的实时安全截止电压。
其中，本文中所描述的安全截止电压可以是包括用于电池充电阶段的安全充电截止电压和/或用于电池放电阶段的安全放电截止电压。其中，可以是直接将该目标安全截止电压确定为实时安全截止电压，另外还可以是通过考虑除电池健康状态之外的其他影响因素，并对安全截止电压进行校准，以上实施方式都属于本发明的保护范围内。
如图2所示，本发明一实施例的电池安全截止电压预测方法中用于预测实时安全截止电压的流程，包括：
S21、获取实时电池工作参数，其中电池工作参数包括以下中的一者或多者：电池温度、电池电流、电池充放电状态和电池荷电状态。
其中，可以是通过各种已有部件或附加新部件来实现对电池工作参数的采集或获取，例如可以是通过温度采集装置来采集电池温度、电流采集装置来采集电池电流、SOC(State Of Charge,荷电状态)估计装置来采集电池荷电状态，以及充放电状态采集装置来采集电池充电状态等等。
上述的实时电池工作参数(一个或多个)可以是表示对电池安全截止电压的预测结果有影响的参数，例如当电池温度、电池电流、电池充放电状态或者电池荷电状态发生变化时，其都会对实时安全截止电压的要求产生影响；并且，该实时电池工作参数可以是表示除了于此所列的参数类型之外的其他参数类型，且都属于本发明的保护范围内。另外，电池工作参数可能是会随着工况的变化而浮动，例如电动汽车驱动的过程中，电池温度、电池电流等会随着驱动过程而变化；因此，可以将这些实时电池工作参数看作是可逆的影响参数，而电池的实时电池健康状态是不可逆的影响参数。
S22、根据工作参数校准模型确定实时电池工作参数所对应的目标校准系数，其中工作参数校准模型包括用于指示电池工作参数与校准系数之间的对应关系。
关于本实施例中的工作参数校准模型的类型，其也可以是多样化的，例如其可以是表格映射关系模型或其他数学关系模型，另外其还可以是经过训练的神经网络模型等，且都属于本发明的保护范围内。
S23、基于目标校准系数校准目标安全截止电压，以确定实时安全截止电压。
在本实施例中，除了考虑对安全截止电压具有影响的不可逆影响因子-SOH(StateOf Health,健康状态)之外，还考虑到了可逆影响因子-实时电池工作参数，由此基于可逆影响因子对最终的安全截止电压进行校准，保障了所得到的实时安全截止电压是具有高精确度的。
在一些优选实施方式中，所应用的可逆影响因子的实时电池工作参数可以是多种工作参数，相应地，可以是综合考虑该多种工作参数分别对安全截止电压的影响，提高最终预测结果的精确度。具体地，可以是，首先，基于工作参数校准模型确定所获取的实时电池工作参数中不同的工作参数所分别对应的各个分量校准系数，例如工作参数校准模型可以是具有多个唯一用于确定相应分量校准系数的子模型(诸如分别对应电池温度、电流、荷电状态的子模型等)；然后，根据所确定的各个分量校准系数，确定目标校准系数，例如对多个子校准系数取平均数或按照电池工作参数的影响程度而进行加权求和等。
在一些优选实施方式中，该方法还包括针对截止电压预测模型和/或工作参数校准模型的模型创建步骤，其中该模型创建步骤包括：获取包括多个电池健康状态与对应的安全截止电压的健康状态数据组，并基于健康状态数据组进行第一数据拟合操作以构建截止电压预测模型，和/或，获取包括多个电池工作参数与对应的校准系数的校准数据组，并基于校准数据组进行第二数据拟合操作以构建工作参数校准模型。其中，健康状态数据组和/或校准数据组可以是通过多次实验或测试所得到的，从而实现了利用历史数据通过数据拟合操作，得到数据关联关系。
在一些优选实施方式中，该方法还可以是进行重复的多次预测操作，并对多次操作所对应的结果(例如目标安全截止电压、实时安全截止电压等)进行滤波处理，例如滤除最高和最低的数值，从而防止跳变波动对最终的预测结果的影响，并提高了预测精确度。
在一些实施方式中，截止电压预测模型和/或所述工作参数校准模型包括关系映射表，例如模型中的对应关系可以是表格映射关系；因此，该电池安全截止电压预测方法还包括：通过查表的方式确定与实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，和/或，通过查表的方式确定与实时电池工作参数相对应的目标校准系数。由此，通过应用包括关系映射表的模型，能够以查表的方式找到目标安全截止电压和/或目标校准系数，避免了繁琐复杂的计算过程。
需说明的是，电池的安全充电截止电压CVSC、放电截止电压DVSC具有预测时变性(例如在不同生命周期或不同工况下会有很大的变化)、原理复杂，影响因素多，呈现无规律的曲线关系，计算量大，可实施性差。
因此，实时动态、准确、可靠稳定、计算量较小、可编程性强地预测电池的安全充电、放电截止电压是BMS关键技术之一，同时其也涉及到了电动车使用者的人身安全和昂贵电池包的安全性能；例如，在充电时，若电压充至超过电池的实际安全充电、放电截止电压容易引起电动汽车起火爆炸；而在放电时，放电电压超出电池的实际安全放电截止电压，容易对电池寿命、性能造成不可逆的严重破坏。
在本申请的发明人实践本申请的过程中发现安全截止电压的主要影响因素有不可逆影响因子和可逆影响因子，其中，不可逆影响因子可以包括电池健康状态(SOH)和电池内阻，并且SOH会随着电池的长期使用而逐渐被消耗；另外，可逆的影响因子可以是包括：电池运行过程中的实时温度、电池的充电和放电状态、电池的充电和放电电流、电池的SOC等，然而在目前BMS产品对电池的实际安全充电、放电截止电压的应用过程中都忽略了上述考量因子。
于此，申请人还提出了一些目前相关技术中用于预测电池安全截止电压的方案，但需说明的是，这些目前相关技术可以并不是于本申请的申请日之前所公开的现有技术。
其一，通过定期对电池安全充电、放电截止电压进行修正或校准；但是，该方案并没有考虑可逆因素(电池运行过程中的实时温度、电池的充电和放电状态、电池的充电和放电电流、电池的SOC)对电池实际安全充电、放电截止电压的影响，比如，在温度低于负20℃时，电池实际充电安全充电、放电截止电压变化高达30％以上，这样其也同样严重影响后续电池能量或者剩余里程的预测精度。
其二，在预测过程中所考虑的因素并不全面而导致可编程性差，并且也都不是动态实时预测电池实际安全充电截止电压或放电截止电压；因此，其不能准确地预测它，从而造成后续电池能量或者剩余里程预测时的误差。
其三，利用电池老化电路模型，其一般为一阶或二阶数学模型；但是，该方案在构建这样的电池老化电路模型的前期需要提供大量电芯数据，并训练去辨识模型参数，导致计算量大，且其也没考虑电池生命周期的变化和工况，不具有动态自适应性。
有鉴于此，针对上述目前相关技术中的误差大、考虑因素不全、不能实时动态预测电池安全充电、放电截止电压，需要建立复杂电路模型、可编程性差的缺点，本发明实施例同时考虑不可逆影响因子(例如电池健康状态等)，和可逆的影响因子(例如电池运行过程中的实时温度、电池的充电和放电状态、电池的充电和放电电流、电池的电池能量或者剩余里程等)，进而运用二分查表方法预测电池的安全充电截止电压USafetyChargeCutoff、放电截止电压USafetyDischargeCutoff，提供实时动态、准确、稳定、可靠、快速响应的电池实际安全充电截止电压USafetyChargeCutoff、放电截止电压USafetyDischargeCutoff，为后续准确预测电池能量或者剩余里程奠定坚实基础。
如图3所示，本发明一实施例的实时动态预测电池实际安全充电/放电截止电压原理的输入/输出算法框图，其中，将电池实际安全充电/放电截止电压影响因素都考虑进去，然后处理转化量化，最终得到电池的实际安全充电UsafetyChargeCutoff/放电截止电压USafetyDischargeCutoff，具体步骤如下：
1)首先，考虑SOH对电池安全充电/放电截止电压的影响，计算出电池的安全充电/放电截止电压USftyCutoffSOH。其中，电池SOH主要以循环次数为衡量指标，因此可以以循环次数和安全充电、放电截止电压关系来描述SOH对电池安全充电、放电截止电压的影响，随着循环次数增加(或者SOH减小)，电池的安全放电安全充电、放电截止电压会逐渐减小，且是不可逆的，因此UsafetyChargeCutoff应当由4.18V逐渐下降。相应地，如果该值不相应变化,仍然保持4.18V，则会对电池造成很大不可逆的破坏。
SOH对电池安全充电/放电截止电压的衰减影响是不可逆的，呈现递减关系。在一些实施方式中，可以是通过采集实验数据，制成二维数组表格，利用二分查表法，可以根据输入SOH，得到电池的安全充电/放电截止电压USftyCutoffSOH。进而，可以是把二者的非线性关系，经过拟合制成相应二维数组表(如表1所示，SOH–USftyCutoffSOH)，通过查表程序迅速获得数值，避免了繁琐复杂的计算。
为了防止跳变波动，可以进行滤波处理(参照公式(2))，先剔除最大值和最小值，然后对剩余的五个值求平均。其中，电池安全充电/放电截止电压表格里是新电池衰减的系数表示，实际中直接根据具体电池安全充电/放电截止电压计算出相应的安全充电/放电截止电压值。
SOH 0.9998 0.90 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4
USftyChrgCutoff<sub>SOH</sub> 4.180V 4.170V 4.150V 4.120V 4.100V 4.050V 4.000V
USftyDischrgCutoff<sub>SOH</sub> 2.85V 2.9V 3.2V 3.3V 3.4.5V 3.48V 3.5V
表1
2)然后，考虑温度T对电池安全充电、放电截止电压的影响，计算出电池的安全充电、放电截止电压UT。其中，温度T对电池安全充电、放电截止电压的影响比较大，特别是低温对电池影响非常大，在温度低于-20℃时，电池实际安全充电、放电截止电压变化高达30％以上，甚至电池是禁止充电的，严重影响后续电池能量或者剩余里程的预测精度。
需说明的是，温度对电池安全充电/放电截止电压的变化影响是可逆的，如果温度恢复，安全充电/放电截止电压相应也会恢复(可能不是百分之百恢复，恢复绝大部分)，呈现递增关系。
相应地，可以通过采集实验数据，制成二维数组表格，利用二分查表法，可以根据输入T，得到电池的安全充电/放电截止电压UT。因此，将二者的非线性关系进行拟合，从而制成相应二维数组表(如表2所示，T–UT)，通过查表程序迅速获得数值，避免了繁琐复杂的计算。
需说明的是，表中的数据仅用于示例参考，其可以是根据实际电池实验提供，并还可以是根据不同的电池类型等进行相应的调整，且都属于本发明的保护范围内。
其中，电池安全充电/放电截止电压表格里是利用相对新电池的衰减系数表示，并可以是根据USftyCutoffSOH*UT得来的，这里的影响利用百分比％来表示。具体的，正号表示可以在原有基础上调大％安全充电/放电截止电压；负号表示可以在原有基础上调小％安全充电、放电截止电压。
T 50 25 0 -10 -20 -40
ChrgU<sub>T</sub> +5％ 0％ -5％ -10％ -20％ -30％
DischrgChrgU<sub>T</sub> -2％ 0％ +1％ +4％ +5％ +8％
表2
3)然后，考虑电池电流I对电池安全充电/放电截止电压的影响，计算出电池的安全充电/放电截止电压UI。其中，电流I对电池安全充电/放电截止电压的影响比较大，特别是大电流对电池影响非常大，可以是利用充/放电流倍率C(C＝I/Capacity)来表证电流大小，在电流高于3C时，电池实际安全充电/放电截止电压影响高达20％以上，严重影响后续电池能量或者剩余里程的预测精度。
电流I对电池安全充电/放电截止电压的衰减影响是可逆的，如果电流改变，安全充电/放电截止电压相应也会恢复(可能不是百分之百恢复，恢复绝大部分)，其可能会呈现递减关系。
其中，可以是通过采集实验数据制成二维数组表格，并利用二分查表法，根据输入I得到电池的安全充电/放电截止电压UI；通过把二者的非线性关系经过拟合，制成相应二维数组表(如表3所示，I–UI)，然后利用查表程序迅速获得数值，避免了繁琐复杂的计算。
其中，电池安全充电/放电截止电压表格里是相对于新电池的衰减系数(例如分量校准系数或校准系数)表示的，这里的影响因子利用百分比％来表示；其中，正号表示可以在原有基础上调大％安全充电、放电截止电压；负号表示可以在原有基础上调小％安全充电、放电截止电压。
I 0.1 0.2C 0.5C 1C 2C 5C
ChrgU<sub>I</sub> -2％ 0％ +5％ +10％ +12％ +13％
DischrgU<sub>I</sub> +5％ +3％ 0％ -8％ -11％ -15％
表3
4)最后，考虑电池的充/放状态Mode(Mode为Charge/Discharge)对电池安全充电/放电截止电压的影响，计算出电池的安全充电、放电截止电压UT。
其中，充/放电状态Mode对电池安全充电/放电截止电压的影响比较大，特别是在较高或较低荷电状态下(SOC<20％,SOC>90％)，电池实际安全充电/放电截止电压与显示安全充电/放电截止电压误差比较大，影响后续电池能量或剩余里程的预测精度。
作为示例，在电池放电时显示安全充电/放电截止电压为2.85V，实际安全充电/放电截止电压可能为3V；另外，在电池充电时显示安全充电/放电截止电压为4.180V，实际安全充电/放电截止电压可能为4.150V。
其中，电池充/放状态Mode对电池安全充电/放电截止电压的影响是可逆的，如果充/放状态Mode改变，安全充电/放电截止电压相应也会恢复(可能不是百分之百恢复，恢复绝大部分)。
其中，可以是通过采集实验数据，制成二维数组表格，然后利用二分查表法，可以根据输入Mode/SOC，从而得到电池的安全充电/放电截止电压(UCharge/UDischarge)。进而，把二者的非线性关系拟合，制成相应二维数组表(如表4A和4B，SOCCharge–UCharge/SOCDischarge–UDischarge)，并通过查表程序，能迅速获得数值，避免了繁琐复杂的计算。
其中，电池安全充电/放电截止电压表格里是用相对于新电池的衰减系数来表示的，这里的影响因子利用百分比％来表示。其中，正号表示可以在原有基础上调大％安全充电/放电截止电压；负号表示可以在原有基础上调小％安全充电/放电截止电压。
SOC<sub>Charge</sub> 5％ 10％ 30％ 70％ 80％ 100％
U<sub>Charge</sub> +4％ +5％ +8％ +10％ +12％ 15％
表4A
SOC<sub>Discharge</sub> 4％ 9.5％ 19％ 74％ 83％ 95％
C<sub>Discharge</sub> 5％ 10％ 20％ 75％ 85％ 100％
表4B
如图4所示，本发明一实施例的电池安全截止电压预测方法的原理流程，包括：一方面，采集电池健康状态SOH，通过量化、转化算法处理系统得到SOH-UsftyCutoffSOH二维数据表，并通过二分查表得到UsftyCutoffSOH，进而利用前7次值的滤波处理，得到UsftyCutoffaver，其所指示的是不可逆影响因素处理算法所得到的第一电压预测结果；另一方面，温度采集装置采集电池温度，电流采集装置采集电池电流，SOC估计功能系统估计电池SOC，充放电状态采集系统采集系统充放电因子，进而通过量化/转化算法处理系统得到对应的二维数据表格，使得能够得到实时工作参数所对应的实时电压，其所指示的是可逆影响因素处理算法所得到的第二电压预测结果。进而，将不可逆影响因子所得到的第一电压预测结果与可逆影响因子所得到的第二电压预测结果进行综合处理，从而得到最终的实时电池充/放电安全截止电压。
其中，本发明实施例所应用的公式如下所示：
USftyChrgCutoff＝USftyChrgCutoffaver+(ChrgUT+ChrgUT+ChrgUMode)*USftyChrgCutoffaver (1)
Figure BDA0002047389520000151
UMode＝UCharge or UDischarge (3)
USftyDischrgCutoff＝USftyDischrgCutoffaver+(DischrgUT+DischrgUI+UMode)*USftyDischrgCuloffaver (4)
Figure BDA0002047389520000152
公式(1)中，UsftyCutoff表示最终得到的电池实际安全充电/放电截止电压值，单位为伏特(V)；UsftyCutoffaver表示通过查表SOH–USftyCutoffSOH得到的值，单位为V，为了防止跳变波动，需要根据公式(2)进行滤波处理，先剔除最大值和最小值，然后对剩余的五个值求平均；UT表示温度影响因素，通过查表T–UT得到的值，单位为比值％(或系数)；UI表示电流影响因素，通过查表I–UI得到的值，单位为比值％；UMODE表示充电/放电状态影响因素，通过查表SOCCharge–UCharge/SOCDischarge–UDischarge得到的值UCharge或者UDischarge，单位为比值％。另外，公式(4)、(5)的中的术语解释可以参照针对公式(1)、(2)的说明，在此便不赘述。
在本实施例中，考虑了影响电池实际安全充电/放电截止电压的因素包括可逆影响因素(如SOH)和不可逆影响因素(如电池运行过程中的实时温度、电池的充电和放电状态、电池的充电和放电电流、电池的SOC)。
但是，需说明的是，对上述示例的可逆/不可逆影响因素的删减或补充，或者各因素的处理顺序的变形都应视为是在本发明的保护范围内。另外，在本实施例中，通过处理各因素与安全充电/放电截止电压衰减的关系，进而制成的二维数组表；可以理解的是，数组表的维度可以不限制为上述的二维，其可以是根据实际情况而进行相应地增加或减少。另外，本实施例还可以是被用于单独去预测电池实际安全充电截止电压，或被用于单独去预测电池实际安全放电截止电压，且都属于本发明的保护范围内。
在本发明实施例中，在预测电池实际安全充电/放电截止电压时，同时考虑电池健康状态(SOH)、电池运行过程中的实时温度、电池的充电和放电状态、电池的充电和放电电流、电池的SOC因素，考虑因素更周全，使预测结果更加准确，可靠、可编程性强。另外，通过找到电池健康状态(SOH)、电池运行过程中的实时温度、电池的充电和放电状态、电池的充电和放电电流因素与电池实际安全充电/放电截止电压的衰减关系，把非线性、复杂的曲线关系，进行量化并转化，最终制成二维数组表的算法，而不再建立电池老化电路模型(一阶或二阶数学模型)，减小复杂程度和计算量。并且，通过本发明实施例的应用，可以实现对动态的电池安全截止电压的实时预测，而不是修正或定期修正，保障了后续的预测电池能量或者剩余里程的进行过程能更加可靠地执行。
通过本发明实施例的实施，综合考虑不可逆和可逆两类影响因素，利用量化/转化处理算法，结合二分查表方法，解决了目前预测电池安全充电/放电截止电压误差大、需要建立电路模型、可编程性差、计算量大、实时性差的难点。具体地，其至少能够实现以下技术效果：其一，根据电池实际安全充电、放电截止电压的变化特性和影响因素，考虑电池健康状态(SOH)、电池运行过程中的实时温度、电池的充电和放电状态、电池的充电和放电电流因素，考虑因素比较全面，从根本原理上使预测结果更精准；其二，利用综合量化转化处理算法，结合二分查表方法，从而解决了繁杂、计算量大且芯片超负载的难题，从而具有较强的可编程性；其三，能够动态实时预测电池实际安全充电/放电截止电压，解决了不更新或者定期更新(好几个月更新一次)电池实际安全充电/放电截止电压值所带来的误差大、脱离电池实际运用工况的缺点，使得预测结果具有动态实时性，更接近电池实际安全充电、放电截止电压的变化规律；其四，应用表格映射关系，而无需建立复杂的电池老化电路模型(一阶或二阶数学模型)，实现了复杂程度和计算量的减小和降低。
如图5所示，本发明一实施例的电池安全截止电压预测装置50，包括：健康状态获取单元501，用于获取电池的实时电池健康状态；目标电压确定单元502，用于基于预配置的截止电压预测模型确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，其中所述截止电压预测模型包括用于指示电池健康状态与安全截止电压之间的对应关系；实时电压预测单元503，用于根据所述目标安全截止电压，预测所述电池的实时安全截止电压。
在一些实施方式中，所述实时电压预测单元503包括：工作参数获取模块(未示出)，用于获取实时电池工作参数，其中电池工作参数包括以下中的一者或多者：电池温度、电池电流、电池充放电状态和电池荷电状态；目标校准系数获取模块(未示出)，用于根据工作参数校准模型确定所述实时电池工作参数所对应的目标校准系数，其中所述工作参数校准模型包括用于指示电池工作参数与校准系数之间的对应关系；校准模块(未示出)，用于基于所述目标校准系数校准所述目标安全截止电压，以确定所述实时安全截止电压。
在一些实施方式中，所述截止电压预测模型和/或所述工作参数校准模型包括关系映射表，其中所述电池安全截止电压预测装置50包括：查表单元(未示出)，用于通过查表的方式确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，和/或，通过查表的方式确定与所述实时电池工作参数相对应的目标校准系数。
本发明实施例还一方面提供一电池管理系统，其用于执行如上文所描述的电池安全截止电压预测方法。
关于本发明实施例的电池安全截止电压预测装置和电池管理系统更多的细节，可以参照上文针对电池安全截止电压预测方法的相关描述，并能取得与上述的电池安全截止电压预测方法相同或相应的技术效果，故在此便不赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池安全截止电压预测方法，其特征在于，所述电池安全截止电压预测方法包括：
获取电池的实时电池健康状态；
基于预配置的截止电压预测模型确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，其中所述截止电压预测模型包括用于指示电池健康状态与安全截止电压之间的对应关系；
根据所述目标安全截止电压，预测所述电池的实时安全截止电压，包括：
获取实时电池工作参数，其中电池工作参数包括以下中的一者或多者：电池温度、电池电流、电池充放电状态和电池荷电状态；
根据工作参数校准模型确定所述实时电池工作参数所对应的目标校准系数，其中所述工作参数校准模型包括用于指示电池工作参数与校准系数之间的对应关系；
基于所述目标校准系数校准所述目标安全截止电压，以确定所述实时安全截止电压。
2.根据权利要求1所述的电池安全截止电压预测方法，其特征在于，所获取的实时电池工作参数包括多种工作参数，其中所述根据工作参数校准模型确定所述实时电池工作参数所对应的目标校准系数包括：
基于所述工作参数校准模型确定所获取的实时电池工作参数中不同的工作参数所分别对应的各个分量校准系数；
根据所确定的所述各个分量校准系数，确定所述目标校准系数。
3.根据权利要求1所述的电池安全截止电压预测方法，其特征在于，所述电池安全截止电压预测方法还包括针对所述截止电压预测模型和/或所述工作参数校准模型的模型创建步骤，其中所述模型创建步骤包括：
获取包括多个电池健康状态与对应的安全截止电压的健康状态数据组，并基于所述健康状态数据组进行第一数据拟合操作以构建所述截止电压预测模型，和/或
获取包括多个电池工作参数与对应的校准系数的校准数据组，并基于所述校准数据组进行第二数据拟合操作以构建所述工作参数校准模型。
4.根据权利要求1所述的电池安全截止电压预测方法，其特征在于，所述截止电压预测模型和/或所述工作参数校准模型包括关系映射表，其中所述电池安全截止电压预测方法包括：
通过查表的方式确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，和/或，
通过查表的方式确定与所述实时电池工作参数相对应的目标校准系数。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电池安全截止电压预测方法，其特征在于，所述安全截止电压包括安全充电截止电压和/或安全放电截止电压。
6.一种电池安全截止电压预测装置，其特征在于，所述电池安全截止电压预测装置包括：
健康状态获取单元，用于获取电池的实时电池健康状态；
目标电压确定单元，用于基于预配置的截止电压预测模型确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，其中所述截止电压预测模型包括用于指示电池健康状态与安全截止电压之间的对应关系；
实时电压预测单元，用于根据所述目标安全截止电压，预测所述电池的实时安全截止电压，所述实时电压预测单元包括：
工作参数获取模块，用于获取实时电池工作参数，其中电池工作参数包括以下中的一者或多者：电池温度、电池电流、电池充放电状态和电池荷电状态；
目标校准系数获取模块，用于根据工作参数校准模型确定所述实时电池工作参数所对应的目标校准系数，其中所述工作参数校准模型包括用于指示电池工作参数与校准系数之间的对应关系；
校准模块，用于基于所述目标校准系数校准所述目标安全截止电压，以确定所述实时安全截止电压。
7.根据权利要求6所述的电池安全截止电压预测装置，其特征在于，所述截止电压预测模型和/或所述工作参数校准模型包括关系映射表，其中所述电池安全截止电压预测装置包括：
查表单元，用于通过查表的方式确定与所述实时电池健康状态相对应的目标安全截止电压，和/或，通过查表的方式确定与所述实时电池工作参数相对应的目标校准系数。
8.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统用于执行如权利要求1-5中任一项所述的电池安全截止电压预测方法。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111030249B (zh) * 2019-12-30 2022-05-31 联想(北京)有限公司 一种截止电压控制方法及电子设备
CN111381169B (zh) * 2020-03-05 2021-01-19 大连理工大学 一种动力电池热失控预警方法
CN111446514A (zh) * 2020-03-17 2020-07-24 上海理工大学 伴随电池寿命衰减合理调整锂电池放电截止电压的方法
CN111880108B (zh) * 2020-07-16 2023-06-30 蜂巢能源科技股份有限公司 电池测试的方法、装置、存储介质及电子设备
CN111948541A (zh) * 2020-08-13 2020-11-17 中国第一汽车股份有限公司 车辆电池过压预测方法、装置、服务器及存储介质
CN112054256B (zh) * 2020-08-21 2023-01-20 山东电子职业技术学院 一种基于锂电池低温放电曲线的宽温度环境下的电池管控方法
CN112706652A (zh) * 2020-12-31 2021-04-27 蜂巢能源科技有限公司 电动车v2g模式放电量确定方法、装置及存储装置
CN112666464B (zh) * 2021-01-27 2023-11-07 北京嘀嘀无限科技发展有限公司 电池健康状态预测方法、装置、电子设备和可读存储介质
CN114152892B (zh) * 2021-12-01 2023-09-22 国网山西省电力公司电力科学研究院 用于故障指示器电池健康度的监测方法
CN114597992A (zh) * 2022-02-23 2022-06-07 深圳市道通合创新能源有限公司 一种充电截止电量的获取和设置方法、充电管理系统
CN116491006A (zh) * 2022-03-31 2023-07-25 宁德新能源科技有限公司 电化学装置及其控制方法、电子设备和存储介质
CN114655078B (zh) * 2022-04-12 2023-12-15 东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司 续航里程的确定方法、装置和电子设备
CN115508723B (zh) * 2022-10-19 2024-04-16 四川新能源汽车创新中心有限公司 电芯充放电截止电压确定方法及相关装置
CN117092541B (zh) * 2023-08-23 2024-04-30 苏州吉智能源科技有限公司 一种直流充电大数据计算电池健康的分析方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105742738A (zh) * 2016-01-30 2016-07-06 清华大学 通过调整电池放电截止电压以增加低温放电容量的方法
CN107221721A (zh) * 2017-05-19 2017-09-29 江苏大学 一种考虑并联电池差异的单节电池安全充电截止电压界定方法
CN109633474A (zh) * 2018-11-14 2019-04-16 江苏大学 一种锂离子电池剩余寿命预测方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI616667B (zh) * 2014-04-01 2018-03-01 鴻海精密工業股份有限公司 電池健康狀態的估算方法及其裝置
US10302709B2 (en) * 2016-11-30 2019-05-28 Cadex Electronics Inc. Battery state-of-health determination using multi-factor normalization
CN108777328B (zh) * 2018-04-09 2020-06-23 江西优特汽车技术有限公司 一种动力电池衰减一致性管理方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105742738A (zh) * 2016-01-30 2016-07-06 清华大学 通过调整电池放电截止电压以增加低温放电容量的方法
CN107221721A (zh) * 2017-05-19 2017-09-29 江苏大学 一种考虑并联电池差异的单节电池安全充电截止电压界定方法
CN109633474A (zh) * 2018-11-14 2019-04-16 江苏大学 一种锂离子电池剩余寿命预测方法

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