CN111929596B - 获取电池容量的方法、装置、存储介质和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种获取电池容量的方法，包括：获取电池在预设充电时间段内的累加容量；根据获取的电池在预设充电时间段内的荷电状态SOC变化量计算预设充电时间段内的容量差；根据累加容量与容量差计算得到电池的容量衰减率；当容量衰减率超过预设阈值时，根据容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到电池的当前实际容量。通过上述技术方案，估计当前电池容量时，累计容量表示电池在预设时间段的实际充电量，容量差表示电池在预设时间段的理论充电量，当容量衰减率超过预设阈值时，根据实际充电量与理论充电量差异对电池的上一周期实际容量进行修正，得到电池的当前实际容量。

Description

获取电池容量的方法、装置、存储介质和电子设备
技术领域
本公开涉及电池技术领域，具体地，涉及一种获取电池容量的方法、装置、存储介质和电子设备。
背景技术
目前用电池系统的健康状态(state of health，SOH)来反应电池的老化程度，电池老化后，电池的容量会发生衰减。在采用电池容量定义电池老化状态时，SOH值的定义是指在标准条件下，电池当前实际容量与电池标称容量的比值。对电池的当前实际容量进行估算能够获知电池的健康状态，有助于在电动车设计的时候根据需求进行合理的电池选型、在进行BMS设计的时候开发针对性的电池管理算法。
目前估算电池容量的算法主要是，根据电池模型通过双卡尔曼滤波等方法估算出电池当前实际容量。实验研究表明电池的开路电压为电池SOC的单值函数，本文根据电池的这一特性提出一种获取电池容量的方法。
发明内容
本公开的目的是提供一种获取电池容量的方法、装置、存储介质和电子设备。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种获取电池容量的方法，包括：
获取电池在预设充电时间段内的累加容量；
根据获取的电池在预设充电时间段内的荷电状态SOC变化量计算预设充电时间段内的容量差；
根据累加容量与容量差计算得到电池的容量衰减率；
当容量衰减率超过预设阈值时，根据容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到电池的当前实际容量。
可选地，获取电池在预设充电时间段内的SOC变化量包括：
获取预设充电时间段的起始时刻电池的第一开路电压，根据预先设置的SOC-电压对应关系，获取第一开路电压对应的第一SOC，SOC-电压对应关系包括SOC和开路电压的对应关系；
获取预设充电时间段的终止时刻电池的第二开路电压，根据SOC-电压对应关系，获取第二开路电压对应的第二SOC；
计算第二SOC与第一SOC的差值，得到SOC变化量。
可选地，根据容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到电池的当前实际容量包括：
根据累加容量和SOC变化量，计算得到待定电池容量；
根据待定电池容量获取电池的当前实际容量。
可选地，根据待定电池容量获取电池的当前实际容量包括：
将待定电池容量作为电池的当前实际容量；或者，
获取电池当前的累计安时量，并通过预先设置的安时量-容量对应关系，获取累计安时量对应的目标容量，将待定电池容量和目标容量的均值，作为当前实际容量，安时量-容量对应关系包括安时量和电池容量的对应关系。
可选地，预设充电时间段包括：
电池完全放电状态到充满状态的时间段。
可选地，根据容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到电池的当前实际容量包括：
计算SOC变化量与上一周期的电池实际容量的乘积，得到充电时间段内的容量差；
计算累加容量与容量差的差值，并计算差值与实际容量的比值，得到容量衰减率；
计算实际容量与容量衰减率与实际容量乘积的和值，得到电池的待定电池容量。
可选地，在根据累加容量和SOC变化量，获取电池的当前实际容量后，方法还包括：
计算电池的当前实际容量与电池的标称容量的比值，获得电池的电池健康状态SOH。
本公开第二方面提供一种获取电池容量的方法，包括：
获取模块：用于获取电池在预设充电时间段内的累加容量；
第一计算模块：用于根据获取的电池在预设充电时间段内的荷电状态SOC变化量计算预设充电时间段内的容量差；
第二计算模块：用于根据累加容量与容量差计算得到电池的容量衰减率；
第三计算模块：用于当容量衰减率超过预设阈值时，根据容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到电池的当前实际容量。
本公开第三方面提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面方法的步骤。
本公开第四方面提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行存储器中的计算机程序，以实现第一方面中任一项方法的步骤。
通过上述技术方案，估计当前电池容量时，累计容量表示电池在预设时间段的实际充电量，容量差表示电池在预设时间段的理论充电量，当容量衰减率超过预设阈值时，根据实际充电量对理论充电量差异对电池的上一周期实际容量进行修正，得到电池的当前实际容量。
本公开的其他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
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种获取电池容量的方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种获取电池容量的方法的流程图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种获取电池SOH的方法的流程图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种获取电池容量的装置的框图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种获取设备的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
电池在使用一段时间后，电池会发生老化，粒子转移能力下降，容量会发生衰减，本文中获取的电池容量为电池容量衰减后电池的实际容量。
图1是根据一示例性实施例提出的一种获取电池容量的方法的流程图，如图一所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101、获取电池在预设充电时间段内的累加容量。
预设充电时间段可以为电池完全放电状态到充满状态的时间段，例如从0冲到100％，也可以为电池从一个电量状态充电到另一电量状态，例如从20％冲到50％。
在有效充电时间段时，电池的电流和电压、温度不超过预设的区间范围。累加容量为有效充电时间段内实际增加的容量，可以通过安时积分法计算预设充电时间段内累加容量，具体计算公式如下：
Figure BDA0002613095400000041
其中，t1表示有效充电时间段的起始时刻，t2表示有效充电时间段的结束时刻，I(t)表示t1到t2时间段内的充电电流。
步骤S102、根据获取的电池在预设充电时间段内的荷电状态SOC变化量计算预设充电时间段内的容量差。
上述步骤S102获取电池在预设充电时间段内的SOC变化量具体包括：
获取预设充电时间段的起始时刻电池的第一开路电压，根据预先设置的SOC-电压对应关系，获取第一开路电压对应的第一SOC，SOC-电压对应关系包括SOC和开路电压的对应关系；
获取预设充电时间段的终止时刻电池的第二开路电压，根据SOC-电压对应关系，获取第二开路电压对应的第二SOC；
计算第二SOC与第一SOC的差值，得到SOC变化量
开路电压为可以表示为OCV，SOC-电压对应关系可以为SOC-OCV曲线，也可以为SOC-OCV关系式，或者为SOC-OCV的对应表格。对于不同类型的电芯可以预先测定电芯对应的SOC-OCV关系，SOC-OCV关系测试由专业单位的电池充放电设备完成的。
开路电压可以通过测试对应时刻电池的电芯电压获得，即直接将测量得到的电池的电芯电压作为开路电压。电池在充电后电池中的粒子会发生极化现象，为了准确的测量出电池的电芯电压，获得准确的SOC值，在每次测量电池的电芯电压时，需要对电池进行充分静置，静置时间根据需要可以设置为几小时到十几小时不等。
表1为实际应用中电池的电芯电压与SOC的示例性关系表，如表1所示，开始充电时刻为t1时刻，测量t1时刻电芯电压为3.0V，则对应的SOC为0％。对电池充电直至充满，充电结束时刻为t2时刻，电芯电压可能为4.2V，则对应的SOC为100％，计算得到SOC变化量为100％-0％＝100％。需要注意的是，实际中为了保护电池避免过度充电，充电结束时的SOC设置为95％。
表1：电池的电芯电压与SOC的示例性关系表
<![CDATA[U<sub>b</sub>]]> 3v 3.3v 3.5v 3.7v 3.8v 3.9v 4.0v 4.1v 4.2v
SOC -0 10 20 30 40 50 60 70 100
根据公式SOC的计算公式可知，SOC等于剩余容量与当前容量的比值，则根据剩余容量的变化量可以计算出预设时间段内的剩余容量变化量，剩余容量变化量即为容量差。
步骤S103、当容量衰减率超过预设阈值时，根据容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到电池的当前实际容量。
当容量衰减率超过预设阈值时，根据容量衰减率更新上一周期的实际容量得到电池的当前容量，当容量为超过预设阈值时，使用上一周期的实际容量作为电池的当前容量。
上述步骤S103具体包括：
计算SOC变化量与上一周期的电池实际容量的乘积，得到充电时间段内的容量差；
计算累加容量与容量差的差值，并计算差值与实际容量的比值，得到容量衰减率；
计算实际容量与容量衰减率与实际容量乘积的和值，得到电池的待定电池容量。
随着充放电循环的进行，电池的容量逐渐发生衰减，上一周期的电池实际容量可以为上一个充放电周期时电池的实际容量。示例的，将电池开始充电的电量为SOC记为InitSOCWakeUP，将电池结束充电时电池的SOC记为FinalSOCWakeUP，将电池的上一周期时间容量记为CapAct。将电池的容量差记为DeltaCapVoltWakeUp，则容量差可以表示为：
DeltaCapVoltWakeUp＝|0.01×(InitSOCWakeUp-FinalSOCWakeUp)×CapAct|
记录电池唤醒时的时间T1，记录电池充满时的时间T2，计算T1到T2时刻的电池的累加容量IntegCurrWakeUp，将容量衰减率记为CapFadeWakeUP，则容量衰减率可以表示为：
Figure BDA0002613095400000071
电池的待定电池容量记为NewCapWakeUP，待定电池容量可以表示为：
NewCapWakeUp＝(1+CapFadeWakeUp)×CapAct
示例的，一个充电周期里，将电量从0冲到100％，InitSOCWakeUP＝0，FinalSOCWakeUP＝100％，假设电池的上一周期实际容量为100AH、电池的IntegCurrWakeUp的绝对值为95AH，则电池容量衰减量为(95-100)/100＝-0.05，假设0.05超过预设阈值，则计算得到当前容量为95AH。
第一次充放电过程中电池的上一周期实际容量可以为电池的标称容量，每次充放电过程后，都计算衰减率，当衰减率超过预设值后，更新电池当前容量，通过多次迭代运算，电池管理系统可以根据电池当前的充放电循环过程获得电池的当前容量。
通过上述技术方案，估计当前电池容量时，累计容量表示电池在预设时间段的实际充电量，容量差表示电池在预设时间段的理论充电量，根据实际充电量与理论充电量差异对电池的上一周期实际容量进行修正，得到电池的当前实际容量。
图2是根据一示例性实施例示出的一种获取电池容量的方法的流程图。在图1所示方法的基础上，该获取电池的容量的方法还包括以下步骤：
步骤S105、根据容量衰减率和上一周期的电池实际容量，计算得到待定电池容量；根据待定电池容量获取电池的当前实际容量。
具体的，上述步骤S105具体包括：根据待定电池容量获取电池的当前实际容量包括：将待定电池容量作为电池的当前实际容量；或者，获取电池当前的累计安时量，并通过预先设置的安时量-容量对应关系，获取累计安时量对应的目标容量，将待定电池容量和目标容量的均值，作为当前实际容量，安时量-容量对应关系包括安时量和电池容量的对应关系。
根据图1所示的方法获取当前实际容量后，可以直接获得电池的当前实际容量。还可以利用离线的方法，根据安时量-容量对应关系再获取一个电池的当前实际容量，将两种方法计算出的容量进行平均后作为电池的当前实际容量。也可以使用图1所示的方法计算出一个充电周期内多个有效充电时间段的电池当前容量，将多个电池当前容量与根据安时量-容量对应关系计算出的当前电池容量做平均值，获得电池的当前实际容量。
安时量-容量对应关系是根据电池寿命试验得出的，电池寿命试验是对电池进行恒流充放电特性的实验。可以预先对不同电芯类型和容量规格的电池进行寿命试验，根据电池寿命试验中记录的电池当前容量与累计安时量数据的对应数据，拟合出电池当前容量与累计安时量的非线性关系，得出电池容量衰减模型，累计安时量是在充放电周期记录的电池的总容量吞吐量。在电池上电使用后，电池管理系统记录电池的使用情况，与累计的充放电情况，通过累计的充放电情况可以获得电池的累计安时量，在容量衰减模型中输入当前的累计安时量，获取电池的当前实际容量。
图3是根据一示例性实施例示出的一种获取电池SOH的方法的流程图。
在图1所示方法的基础上，该获取电池的容量的方法还包括以下步骤：
步骤S106、计算电池的当前实际容量与电池的标称容量的比值，获得电池的电池健康状态SOH。
电池在出厂前都会预先标定标称容量，计算出电池的当前实际容量后，将电池的当前实际容量与标称容量作比值，可以获得电池的电池健康状态SOH。目前在使用中当电池的健康状态值小于80％后，将考虑对电池进行更新，因此，本申请中获取电池SOH有利于进行电池的状态监控。
图4是根据一示例性实施例示出的一种获取电池容量的装置的框图。如图4所示，本实施例提供的装置110包括：
获取模块111：获取电池在预设充电时间段内的累加容量；
第一计算模块112：根据获取的电池在预设充电时间段内的荷电状态SOC变化量计算预设充电时间段内的容量差；
第二计算模块113：根据累加容量与容量差计算得到电池的容量衰减率；
第三计算模块114：当容量衰减率超过预设阈值时，根据容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到电池的当前实际容量。
第一计算模块112：具体用于获取预设充电时间段的起始时刻电池的第一开路电压，根据预先设置的SOC-电压对应关系，获取第一开路电压对应的第一SOC，SOC-电压对应关系包括SOC和开路电压的对应关系；获取预设充电时间段的终止时刻电池的第二开路电压，根据SOC-电压对应关系，获取第二开路电压对应的第二SOC；计算第二SOC与第一SOC的差值，得到SOC变化量。
第三计算模块114：具体用于根据容量衰减率和上一周期的电池实际容量，计算得到待定电池容量；根据待定电池容量获取电池的当前实际容量。
第三计算模块114：具体用于将待定电池容量作为电池的当前实际容量；或者，获取电池当前的累计安时量，并通过预先设置的安时量-容量对应关系，获取累计安时量对应的目标容量，将待定电池容量和目标容量的均值，作为当前实际容量，安时量-容量对应关系包括安时量和电池容量的对应关系。
其中，预设充电时间段包括：电池完全放电状态到充满状态的时间段。
第三计算模块114：具体用于根据容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到电池的当前实际容量包括：计算SOC变化量与上一周期的电池实际容量的乘积，得到预设充电时间段内的容量差；计算累加容量与容量差的差值，并计算差值与实际容量的比值，得到容量衰减率；计算实际容量与容量衰减率与实际容量乘积的和值，得到电池的待定电池容量。
装置110还包括第四计算模块，用于计算电池的当前实际容量与电池的标称容量的比值，获得电池的电池健康状态SOH。
通过上述技术方案，估计当前电池容量时，累计容量表示电池在预设时间段的实际充电量，容量差表示电池在预设时间段的理论充电量，当容量衰减率超过预设阈值时，根据实际充电量与理论充电量差异对电池的上一周期实际容量进行修正，得到电池的当前实际容量。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
图5是根据一示例性实施例示出的一种电子设备150的框图。例如，电子设备150可以被提供为一服务器。参照图5，电子设备150包括处理器151，其数量可以为一个或多个，以及存储器152，用于存储可由处理器151执行的计算机程序。存储器152中存储的计算机程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理器151可以被配置为执行该计算机程序，以执行上述的控制智能设备的方法。
另外，电子设备150还可以包括电源组件153和通信组件154，该电源组件153可以被配置为执行电子设备150的电源管理，该通信组件154可以被配置为实现电子设备150的通信，例如，有线或无线通信。此外，该电子设备150还可以包括输入/输出(I/O)接口155。电子设备150可以操作基于存储在存储器152的操作系统，例如Windows ServerTM，Mac OSXTM，UnixTM，LinuxTM等等。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的控制智能设备的方法的步骤。
在另一示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序，该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的控制智能设备的方法的代码部分。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (8)

1.一种获取电池容量的方法，其特征在于，包括：
获取电池在预设充电时间段内的累加容量；
根据获取的所述电池在预设充电时间段内的荷电状态SOC变化量计算预设充电时间段内的容量差；
根据所述累加容量与所述容量差计算得到所述电池的容量衰减率；
当所述容量衰减率超过预设阈值时，根据所述容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到所述电池的当前实际容量；
所述根据所述容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到所述电池的当前实际容量包括：
根据所述容量衰减率和上一周期的电池实际容量，计算得到待定电池容量；
根据所述待定电池容量获取所述电池的当前实际容量；
所述根据所述待定电池容量获取所述电池的当前实际容量包括：
获取所述电池当前的累计安时量，并通过预先设置的安时量-容量对应关系，获取所述累计安时量对应的目标容量，将所述待定电池容量和所述目标容量的均值，作为所述当前实际容量，所述安时量-容量对应关系包括安时量和电池容量的对应关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述电池在预设充电时间段内的SOC变化量包括：
获取所述预设充电时间段的起始时刻电池的第一开路电压，根据预先设置的SOC-电压对应关系，获取所述第一开路电压对应的第一SOC，所述SOC-电压对应关系包括SOC和开路电压的对应关系；
获取所述预设充电时间段的终止时刻电池的第二开路电压，根据所述SOC-电压对应关系，获取所述第二开路电压对应的第二SOC；
计算所述第二SOC与第一SOC的差值，得到所述SOC变化量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设充电时间段包括：
电池完全放电状态到充满状态的时间段。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到所述电池的当前实际容量包括：
计算所述SOC变化量与所述上一周期的电池实际容量的乘积，得到预设所述充电时间段内的容量差；
计算所述累加容量与所述容量差的差值，并计算所述差值与所述实际容量的比值，得到容量衰减率；
计算所述实际容量与所述容量衰减率与实际容量乘积的和值，得到所述电池的待定电池容量。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，在根据所述累加容量和所述SOC变化量，获取所述电池的当前实际容量后，所述方法还包括：
计算所述电池的当前实际容量与电池的标称容量的比值，获得电池的电池健康状态SOH。
6.一种获取电池容量的装置，其特征在于，包括：
获取模块：用于获取电池在预设充电时间段内的累加容量；
第一计算模块：用于根据获取的所述电池在预设充电时间段内的荷电状态SOC变化量计算预设充电时间段内的容量差；
第二计算模块：用于根据所述累加容量与所述容量差计算得到所述电池的容量衰减率；
第三计算模块：用于当所述容量衰减率超过预设阈值时，根据所述容量衰减率和电池的上一周期实际容量计算得到所述电池的当前实际容量；
所述第三计算模块：用于根据所述容量衰减率和上一周期的电池实际容量，计算得到待定电池容量；根据所述待定电池容量获取所述电池的当前实际容量；
所述第三计算模块：用于获取所述电池当前的累计安时量，并通过预先设置的安时量-容量对应关系，获取所述累计安时量对应的目标容量，将所述待定电池容量和所述目标容量的均值，作为所述当前实际容量，所述安时量-容量对应关系包括安时量和电池容量的对应关系。
7.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
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