CN113608133B - 一种磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法、系统及存储介质。该方法包括：根据待测磷酸铁锂电池的充电数据，确定dQ/dV两个极大值所对应的两个电压U1和U2，并分别记录U1和U2对应的时间t1和t2，其中，U1＞U2；分别在U1与初始电压U0之间、U2与截止电压Umax之间取电压U3和U4，并分别确定其对应的时间t3和t4；利用时间与电流，分别确定t1与t3之间充入的第一区间容量ΔCap1和t2与t4之间充入的第二区间容量ΔCap2；根据U1、ΔCap1、t1与t3之间的平均温度T1以及子剩余容量确定函数，确定第一子剩余容量Cap1；根据U2、ΔCap2、t2与t4之间的第二平均温度T2以及子剩余容量确定函数，确定第二子剩余容量Cap2；以及根据公式Cap＝a×Cap1+b×Cap2，确定待测磷酸铁锂电池的剩余容量Cap，其中，a+b＝1。

Description

一种磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法、系统及存储介质
技术领域
本说明书涉及电化学领域，特别涉及一种磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法、系统及存储介质。
背景技术
随着磷酸铁锂电池与PACK技术的飞速发展，新能源电动汽车市场保有率持续增加。动力电池系统作为电动汽车的关键零部件，其性能与安全直接影响整车的可靠性与安全性。随着磷酸铁锂电池组的使用次数不断增加，单体磷酸铁锂电池的可用容量会逐渐减少，单体磷酸铁锂电池之间差异也将随之突出，对磷酸铁锂电池组的性能与安全造成不利影响。因此，需要有一种对磷酸铁锂电池剩余容量进行确定的方法和系统。
发明内容
本说明书的一个方面提供一种磷酸铁锂电池的剩余容量的确定方法。所述方法包括：获取充电过程中待测磷酸铁锂电池的充电数据，所述充电数据包括容量电压微分曲线、电流时间曲线、以及温度时间曲线，所述充电过程包括起始电压U0和截止电压Umax，所述容量电压微分曲线包括两个特征峰；确定所述容量电压微分曲线中的第一极大值所对应的第一电压U1和第一时间t1，以及第二极大值所对应的第二电压U2和第二时间t2，其中，U1＞U2，所述第一极大值和所述第二极大值分别对应所述容量电压微分曲线的一个特征峰；根据所述容量电压微分曲线、所述第一电压U1和所述初始电压U0，确定第三电压U3和与其对应的第三时间t3，其中，U0≤U3<U1；根据所述容量电压微分曲线、所述第二电压U2和所述截止电压Umax，确定第四电压U4和与其对应的第四时间t4，其中，U2<U4≤Umax；根据所述第一时间t1、所述第三时间t3和所述电流时间曲线，确定所述第一时间t1与所述第三时间t3之间充入的第一区间容量ΔCap1；根据所述第二时间t2、所述第四时间t4和所述电流时间曲线，确定所述第二时间t2与所述第四时间t4之间充入的第二区间容量ΔCap2；根据所述温度时间曲线，确定所述充电过程中，所述第一时间t1与所述第三时间t3之间的第一时间段内所述待测磷酸铁锂电池的第一平均温度T1，以及所述第二时间t2与所述第四时间t4之间的第二时间段内所述待测磷酸铁锂电池的第二平均温度T2，获取子剩余容量确定函数；根据所述第一电压U1、所述第一区间容量ΔCap1、所述第一平均温度T1以及所述子剩余容量确定函数，确定所述待测磷酸铁锂电池的第一子剩余容量Cap1；根据所述第二电压U2、所述第二区间容量ΔCap2、所述第二平均温度T2以及所述子剩余容量确定函数，确定所述待测磷酸铁锂电池的第二子剩余容量Cap2；以及根据公式Cap＝a×Cap1+b×Cap2，确定所述待测磷酸铁锂电池的剩余容量Cap，其中，a+b＝1。
本说明书的另一个方面提供一种磷酸铁锂电池的剩余容量的确定系统。所述系统包括：至少一个处理器以及至少一个存储器；所述至少一个存储器用于存储指令；所述处理器用于执行所述指令，实现所述磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法。
本说明书的另一个方面一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机运行所述磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法。
附图说明
本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
图1是根据本说明书一些实施例所示的磷酸铁锂电池剩余容量的确定系统的应用场景示意图；
图2是根据本说明书一些实施例所示的磷酸铁锂电池剩余容量的确定系统的功能模块框图；
图3是根据本说明书一些实施例所示的磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法的示例性流程图；以及
图4是根据本说明书一些实施例所示的磷酸铁锂电池的dQ/dV-U的曲线图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其它词语可实现相同的目的，则可通过其它表达来替换所述词语。
如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其它操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
本说明书实施例涉及一种磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法、系统及存储介质。该磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法、系统及存储介质可以应用于电化学分析、新能源汽车等领域。在一些实施例中，该磷酸铁锂电池的剩余容量的确定方法、系统及存储介质可以应用于其它领域，例如，电子设备节能领域。该磷酸铁锂电池的剩余容量的确定方法、系统及存储介质可以提供诸如工作状态监测、问题数据分析、电池管理等服务。
图1是根据本说明书一些实施例所示的磷酸铁锂电池剩余容量确定系统的应用场景示意图。
如图1所示，磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100可以包括服务器110、处理设备120、存储设备130、电池管理系统140、网络150和用户终端160。
在一些实施例中，服务器110可以用于处理与磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100相关的信息和/或数据，例如，可以基于磷酸铁锂电池充电过程中的充电数据，确定磷酸铁锂电池的剩余容量。在一些实施例中，服务器110可以是单个服务器，也可以是服务器组。服务器组可以是集中式的或分布式的，例如，服务器110可以是分布式系统。在一些实施例中，服务器110可以是本地的，也可以是远程的。例如，服务器110可以经由网络150访问存储在存储设备130、电池管理系统140、用户终端160中的信息和/或数据。又例如，服务器110可以直接连接到存储设备130、电池管理系统140和/或用户终端160以访问存储信息和/或数据。在一些实施例中，服务器110可以在云平台上实现，或者以虚拟方式提供。仅作为示例，所述云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布云、内部云、多层云等或其任意组合。
在一些实施例中，服务器110可以包括处理设备120。处理设备120可以处理与磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100有关的信息和/或数据，以执行本说明书中描述的一个或以上功能。例如，处理设备120可以获取待测磷酸铁锂电池充电过程中的充电数据，并基于该充电数据确定待测磷酸铁锂电池的剩余容量和/或健康状态值。在一些实施例中，充电过程中的充电数据可以包括充电电流、充电电压、充电时间、电池温度等。又例如，当待测磷酸铁锂电池的健康状态值小于阈值时，处理设备120可以提示用户更换待测磷酸铁锂电池。在一些实施例中，处理设备120可以包括一个或以上处理引擎(例如，单芯片处理引擎或多芯片处理引擎)。仅作为示例，处理设备120可以包括中央处理单元(CPU)、特定应用集成电路(ASIC)、特定应用指令集处理器(ASIP)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑设备(PLD)、控制器、微控制器单元、精简指令集计算机(RISC)、微处理器等或其任意组合。
存储设备130可以用于存储与磷酸铁锂电池剩余容量确定相关的数据和/或指令。在一些实施例中，存储设备130可以存储从电池管理系统140和/或用户终端160中获得/获取的数据。在一些实施例中，存储设备130可以储存服务器110用来执行或使用以完成本说明书中描述的示例性方法的数据和/或指令。在一些实施例中，存储设备130可包括大容量存储器、可移动存储器、易失性读写存储器、只读存储器(ROM)等或其任意组合。示例性的大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态磁盘等。示例性可移动存储器可以包括闪存驱动器、软盘、光盘、存储卡、压缩盘、磁带等。示例性易失性读写存储器可以包括随机存取存储器(RAM)。示例性RAM可包括动态随机存取存储器(DRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、晶闸管随机存取存储器(T-RAM)和零电容随机存取存储器(Z-RAM)等。示例性只读存储器可以包括模型只读存储器(MROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)和数字多功能磁盘只读存储器等。在一些实施例中，存储设备130可在云平台上实现。仅作为示例，该云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布云、内部云、多层云等或其任意组合。在一些实施例中，存储设备130可以连接到网络150以与磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100的一个或以上组件(例如，服务器110、电池管理系统140、用户终端160)通信。磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100的一个或以上组件可以经由网络150访问存储在存储设备130中的数据或指令。在一些实施例中，存储设备130可以直接连接到磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100的一个或以上组件(例如，服务器110、电池管理系统140、用户终端160)或与之通信。在一些实施例中，存储设备130可以是服务器110的一部分。在一些实施例中，存储设备130可以是单独的存储器。
电池管理系统140可以用于对磷酸铁锂电池进行管理和/或控制。例如，通过电池管理系统140可以对磷酸铁锂电池进行充放电测试。又例如，通过电池管理系统140可以锁定或解锁磷酸铁锂电池，从而进行更换或安装。在一些实施例中，电池管理系统140可以将与磷酸铁锂电池相关的数据发送给处理设备120，以进行分析处理。在一些实施例中，电池管理系统140可以将与磷酸铁锂电池相关的数据传输至存储设备130以进行存储。
在一些实施例中，电池管理系统140可以包括处理器。处理器可以分析处理磷酸铁锂电池充放电过程的数据。例如，电池管理系统140可以根据磷酸铁锂电池充电过程中的充电数据确定磷酸铁锂电池的剩余容量。在一些实施例中，充电数据可以包括时间、电压、电流、温度等中的一种或多种。
网络150可以促进信息和/或数据的交换。在一些实施例中，磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100的一个或以上组件，例如，服务器110、电池管理系统140、用户终端160，可以经由网络150将信息和/或数据发送至磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100的其它组件。例如，服务器110可以经由网络150从电池管理系统140获取磷酸铁锂电池充电过程中的充电数据。在一些实施例中，网络150可以是有线网络或无线网络等或其任意组合。仅作为示例，网络150可以包括电缆网络、有线网络、光纤网络、电信网络、内部网络、互联网、局域网络(LAN)、广域网络(WAN)、无线局域网络(WLAN)、城域网(MAN)、公共交换电话网络(PSTN)、蓝牙网络、紫蜂(ZigBee)网络、近场通讯(NFC)网络、全球移动通讯系统(GSM)网络、码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、通用分组无线服务(GPRS)网络、增强数据速率GSM演进(EDGE)网络、宽带码分多址接入(WCDMA)网络、高速下行分组接入(HSDPA)网络、长期演进(LTE)网络、用户数据报协议(UDP)网络、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)网络、短讯息服务(SMS)网络、无线应用协议(WAP)网络、超宽带(UWB)网络、红外线等或其任意组合。在一些实施例中，磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100可以包括一个或以上网络接入点。例如，基站和/或无线接入点150-1、150-2、…，磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100的一个或以上组件可以连接到网络150以交换数据和/或信息。
用户终端160可以使用户与磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100进行用户交互。例如，用户可以通过用户终端160发送控制指令以控制电池管理系统140对磷酸铁锂电池进行充放电。在一些实施例中，用户终端160可以接收服务器110传输的提示信息(例如，提示音、提示动画等)。在一些实施例中，用户终端160可以包括移动设备160-1、平板电脑160-2、膝上电脑160-3、台式计算机160-4等或其任意组合等或其任意组合。
应当注意磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100仅仅是为了说明的目的而提供的，并不意图限制本申请的范围。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本说明书的描述，做出多种修改或变化。例如，磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100还可以包括数据库。又例如，磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100可以在其它设备上实现类似或不同的功能。然而，这些变化和修改不会背离本申请的范围。
图2是根据本说明书一些实施例所示的磷酸铁锂电池剩余容量的确定系统的功能模块框图。系统200可以由服务器110(如处理设备120)实现。
如图2所示，系统200可以包括充电数据获取模块210、极值电压确定模块220、区间电压确定模块230、区间容量确定模块240、电池平均温度确定模块250、函数获取模块260、剩余容量确定模块270。
充电数据获取模块210可以用于获取充电过程中待测磷酸铁锂电池的容量电压微分曲线、电流时间曲线、以及温度时间曲线。该充电过程包括起始电压U0和截止电压Umax。所述容量电压微分曲线包括两个特征峰。在一些实施例中，充电数据获取模块210可以通过电池管理系统140获取待测磷酸铁锂电池的容量、电压、电流、时间、以及温度数据，并绘制成以上曲线。例如，可以利用电流传感器、电压传感器、温度传感器等实时监测充电过程中待测磷酸铁锂电池的电压、电流、温度等，同时利用计时器记录时间，并进行保存，直到到达预设的截止电压Umax为止。更多关于充电数据的描述可以参见步骤S310，此处不再赘述。
极值电压确定模块220可以用于确定容量电压微分曲线中的第一极大值所对应的第一电压U1和第一时间t1，以及第二极大值所对应的第二电压U2和第二时间t2，其中，U1＞U2，所述第一极大值和所述第二极大值分别对应所述容量电压微分曲线的一个特征峰。例如，极值电压确定模块220可以直接求解容量电压微分曲线所对应的函数来确定第一极大值和第二极大值。又例如，极值电压确定模块220可以直接从容量电压微分曲线上选取两个特征峰所对应的值为第一极大值和第二极大值，其中第一极大值对应的电压大于第二极大值对应的电压。
区间电压确定模块230可以用于根据容量电压微分曲线、第一电压U1和初始电压U0，确定第三电压U3和与其对应的第三时间t3，其中，U0≤U3<U1。第三电压U3可以是满足条件的任意值。区间电压确定模块230还可以用于根据所述容量电压微分曲线、所述第二电压U2和所述截止电压Umax，确定第四电压U4和与其对应的第四时间t4，其中，U2<U4≤Umax。第四电压U4可以是满足条件的任意值。
区间容量确定模块240可以用于根据第一时间t1、第三时间t3和电流时间曲线，确定第一时间t1与第三时间t3之间充入的区间容量ΔCap1。区间容量确定模块240还可以用于根据第二时间t2、第四时间t4和电流时间曲线，确定第二时间t2与第四时间t4之间充入的第二区间容量ΔCap2。更多关于区间容量的描述参见步骤S350和步骤S360，此处不再赘述。
电池平均温度确定模块250可以用于根据温度时间曲线，确定充电过程中，第一时间t1与第三时间t3之间的第一时间段内待测磷酸铁锂电池的第一平均温度T1，以及第二时间t2与第四时间t4之间的第二时间段内待测磷酸铁锂电池的第二平均温度T2。
函数获取模块260可以用于获取子剩余容量确定函数。在一些实施例中，子剩余容量确定函数可以是系统默认设置的函数。在一些实施例中，子剩余容量确定函数可以也可以通过其他方式获取，如通过网络从数据库、存储设备130等获取。
剩余容量确定模块270可以用于根据第一电压U1、第一区间容量ΔCap1、第一平均温度T1以及子剩余容量确定函数，确定待测磷酸铁锂电池的第一子剩余容量Cap1。剩余容量确定模块270还可以根据第二电压U2、第二区间容量ΔCap2、第二平均温度T2以及子剩余容量确定函数，确定待测磷酸铁锂电池的第二子剩余容量Cap2。剩余容量确定模块270可以根据公式Cap＝a×Cap1+b×Cap2，确定待测磷酸铁锂电池的剩余容量Cap，其中，a+b＝1。
应当理解，图2所示的系统及其模块可以利用各种方式来实现。例如，在一些实施例中，系统及其模块可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。其中，硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分则可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域技术人员可以理解上述的方法和系统可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本申请的系统及其模块不仅可以有诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用例如由各种类型的处理器所执行的软件实现，还可以由上述硬件电路和软件的结合(例如，固件)来实现。
需要注意的是，以上对于系统及其模块的描述，仅为描述方便，并不能把本申请限制在所举实施例范围之内。可以理解，对于本领域的技术人员来说，在了解该系统的原理后，可能在不背离这一原理的情况下，对各个模块进行任意组合，或者构成子系统与其他模块连接。例如，在一些实施例中，充电数据获取模块210和函数获取模块260可以整合在一个模块中。又例如，各个模块可以共用一个存储设备，各个模块也可以分别具有各自的存储设备。诸如此类的变形，均在本申请的保护范围之内。
图3是根据本说明书一些实施例所示的磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法的示例性流程图。在一些实施例中，流程300可以通过处理逻辑来执行，该处理逻辑可以包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微代码等)、软件(运行在处理设备上以执行硬件模拟的指令)等，或其任意组合。图3所示的用于确定磷酸铁锂电池剩余容量的一个或多个操作可以通过图1所示的磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100或图2所示的系统200实现。例如，流程300可以以指令的形式存储在存储设备130中，并由处理设备120调用和/或执行。
步骤S310，可以获取充电过程中待测磷酸铁锂电池的容量电压微分曲线、电流时间曲线、以及温度时间曲线。在一些实施例中，步骤S310可由充电数据获取模块210执行。
待测磷酸铁锂电池可以是包含任何电量的磷酸铁锂电池。例如，待测磷酸铁锂电池可以是从未使用过的电池。又例如，待测磷酸铁锂电池可以是使用过一段时间(例如，1个月、3个月、半年)的电池。在一些实施例中，待测磷酸铁锂电池可以包括以磷酸铁锂作为正极材料，碳作为负极材料的电池。在一些实施例中，待测磷酸铁锂电池可以是电动汽车的动力电池中的单体电池(也称为电芯)。在一些实施例中，待测磷酸铁锂电池也可以简称为电池或电芯。
充电过程包括起始电压U0和截止电压Umax。起始电压U0可以是充电过程开始时的电压。截止电压Umax可以是充电过程终止时的电压。截止电压Umax可以小于或等于待测磷酸铁锂电池的最大允许的充电截止电压。例如，当待测磷酸铁锂电池允许的工作范围是2.5V-3.65V时，起始电压U0可以是3.2V，截止电压Umax可以是3.60V。在一些实施例中，待测锂离子电池的电池电荷状态(State of Charge，SOC)(即剩余的电荷电量)可以大于等于0、10％、20％、30％、40％、50％、60％等。
在一些实施例中，可以对待测磷酸铁锂电池进行恒流充电以获得该待测磷酸铁锂电池的充电数据。例如，可以利用电流传感器、电压传感器、温度传感器等实时监测充电过程中待测磷酸铁锂电池的电压、电流、温度等，同时利用计时器记录时间，并进行保存，直到到达预设的截止电压Umax为止。通过对充电数据进行处理，可以获得该单体电池的容量电压微分曲线、电流时间曲线、温度时间曲线等。例如，可以对电动汽车动力电池中的单体电池进行恒流充电，并通过安装在电动汽车上的电池管理系统获取该单体电池的充电数据。然后通过容量增量分析法对待测磷酸铁锂电池恒流充电电压曲线进行变换处理，并采用简化的 处理方式进行容量电压微分曲线计算。
在一些实施例中，容量电压微分曲线可以包括两个特征峰。每个特征峰代表一个化学反应发生。在一些实施例中，容量电压微分曲线可以是以电压U为横坐标，为纵坐标绘制的曲线。例如，图4是根据本说明书一些实施例所示的磷酸铁锂电池的dQ/dV-U的曲线图。在如图4所示的曲线中，基于/>-U曲线，可以直接确定/>对应的电压。在一些实施例中，容量电压微分曲线的横坐标可以是其他参数，例如，容量电压微分曲线的横坐标可以是时间t。例如，容量电压微分曲线的横坐标可以是时间t。在这种情况下，可以基于/>曲线，确定/>所对应的时间，再基于U-t曲线，可以确定该时间对应的电压，从而确定/>对应的电压。
需要知道的是，在充电数据中的温度为待测磷酸铁锂电池的温度。在一些实施例中，温度可以通过传感器获得。例如，可以在电池表面布置温感线，从而采集电池温度。
步骤S320，可以确定容量电压微分曲线中的第一极大值所对应的第一电压U1和第一时间t1，以及第二极大值所对应的第二电压U2和第二时间t2，其中，U1＞U2。第一极大值和第二极大值分别对应容量电压微分曲线的一个特征峰。在一些实施例中，步骤S320可由极值电压确定模块220执行。
需要知道的是，在本申请中，为了使待测磷酸铁锂电池的容量电压微分曲线包括两个特征峰，起始电压U0必须小于待测磷酸铁锂电池进行第一个电化学反应时所对应的电压(即第二极大值所对应的电压)，即，起始电压U0小于第二电压U2。由于特征峰对应的电压即为极大值所对应的电压，因此，可以直接从待测磷酸铁锂电池的dQ/dV-U的曲线图中读出第一极大值和第二极大值。例如，如图4所示的待测磷酸铁锂电池的dQ/dV-U的曲线图，可以直接读出该待测磷酸铁锂电池的第一极大值为3.40V，第二极大值为3.362V。
步骤S330，可以根据容量电压微分曲线、第一电压U1和起始电压U0，确定第三电压U3和与其对应的第三时间t3，其中，U0≤U3<U1。在一些实施例中，步骤S330可由区间电压确定模块230执行。
在一些实施例中，第三电压U3可以是第一电压U1和起始电压U0之间任取的电压值。
步骤S340，可以根据容量电压微分曲线、第二电压U2和截止电压Umax，确定第四电压U4和与其对应的第四时间t4，其中，U2<U4≤Umax。在一些实施例中，步骤S340可由区间电压确定模块230执行。
在一些实施例中，第四电压U4可以是截止电压Umax和第二电压U2之间任取的电压值。
步骤S350，可以根据第一时间t1、第三时间t3和电流时间曲线，确定第一时间t1与第三时间t3之间充入的第一区间容量ΔCap1。在一些实施例中，步骤S350可由区间容量确定模块240执行。
第一区间容量ΔCap1可以是从第一时间t1到第三时间t3这个时间段内，充电过程充入的电量。在一些实施例中，当待测磷酸铁锂电池的充电过程为电流为I0的恒流充电时，此时第一区间容量ΔCap1通过计算公式(1)确定：
ΔCap1＝I0(t1-t3)。 (1)
需要知道的是，在实际进行恒流充电时，电流可能会受现场环境、设备、电流采集精度等原因，其提供的恒定电流会有一定幅度的波动。此时，恒流充电也可以被看作是非恒流充电。在一些实施例中，当待测磷酸铁锂电池的充电过程为非恒流充电时，此时，第一区间容量ΔCap1可以通过计算公式(2)确定：
步骤S360，可以根据第二时间t2、第四时间t4和电流时间曲线，确定第二时间t2与第四时间t4之间充入的第二区间容量ΔCap2。在一些实施例中，步骤S360可由区间容量确定模块240执行。
第二区间容量ΔCap2可以是从第二时间t2到第四时间t4这个时间段内，充电过程充入的电量。在一些实施例中，当待测磷酸铁锂电池的充电过程为电流为I0的恒流充电时，此时第二区间容量ΔCap2通过计算公式(3)确定：
ΔCap2＝I0(t4-t2)。 (3)
在一些实施例中，当待测磷酸铁锂电池的充电过程为非恒流充电时，此时，第二区间容量ΔCap2可以通过计算公式(4)确定：
步骤S370，根据温度时间曲线，确定充电过程中，第一时间t1与第三时间t3之间的第一时间段内待测磷酸铁锂电池的第一平均温度T1，以及第二时间t2与第四时间t4之间的第二时间段内待测磷酸铁锂电池的第二平均温度T2。在一些实施例中，步骤S370可由电池平均温度确定模块250执行。
在一些实施例中，第一平均温度T1可以通过选取温度时间曲线第一时间t1至第三时间t3之间的第一时间段内的记录点来计算求得。例如，若在第一时间段内选取3个记录点的温度分别为28.5℃、33.8℃和40℃，则待测磷酸铁锂电池的第一平均温度T1可以确定为(28.5+33.8+40.0)/3＝34.1℃。选取的记录点越多，则测得的平均温度可以越准确。
第二平均温度T2可以通过与确定第一平均温度T1时类似的方法获得。例如，可以通过计算记录点的平均值或选取记录点的中位数来确定第二平均温度T2。
步骤S380，可以获取子剩余容量确定函数。在一些实施例中，步骤S380可由函数获取模块260执行。
子剩余容量确定函数可以反映区间容量与该区间容量在子剩余容量中的占比之间的关系。在一些实施例中，子剩余容量确定函数可以是系统的默认设置函数。在一些实施例中，子剩余容量确定函数可以也可以通过其他方式获取，如通过网络从数据库、存储设备130等获取。
在一些实施例中，子剩余容量确定函数可通过如下关系式(5)表达：
其中，Capi表示第i子剩余容量；f(Ti)表示与充电过程中待测磷酸铁锂电池的平均温度Ti相关的函数；f(Ui)表示与第i极大值对应的电压Ui相关的函数；ΔCapi表示待测磷酸铁锂电池的第i区间容量；η表示待测磷酸铁锂电池的库伦效率；K表示与对待测磷酸铁锂电池进行充电的充电过程中的充电电流相关的系数。
f(Ti)可以表示的是将不同充电温度转换为标准温度即25℃的系数。f(Ti)可以与待测磷酸铁锂电池的种类、生产工艺、电化学体系设计等相关。在一些实施例中，f(Ti)可以通过对一个或以上参考磷酸铁锂电池的充电数据(如表1所示数据)进行第一拟合操作来确定。参考磷酸铁锂电池可以是与待测磷酸铁锂电池同类型的未使用过的电池。在一些实施例中，通过对多个参考磷酸铁锂电池的充电数据进行拟合可以提高本申请所述方法的测量精度。在一些实施例中，参考磷酸铁锂电池的尺寸、生产工艺、化学体系、结构设计等中的一种或多种可以与待测磷酸铁锂电池的尺寸、生产工艺、化学体系、结构设计等相同。在一些实施例中，第一拟合操作可以是最小二乘拟合、多项式拟合等或其任意组合。在一些实施例中，可以用待测磷酸铁锂电池的充电数据来更新拟合f(Ti)。
f(Ui)可以反映第i区间容量ΔCapi占第i子剩余容量的百分比。f(Ui)可以与待测磷酸铁锂电池的种类、标称容量、形状、封装方式等相关。在一些实施例中，f(Ui)可以通过对一个或以上参考磷酸铁锂电池的充电数据进行第二拟合操作来确定。在一些实施例中，第二拟合操作可以是最小二乘拟合、多项式拟合等或其任意组合。在一些实施例中，可以用待测磷酸铁锂电池的充电数据来更新拟合f(Ui)。
ΔCapi可以通过步骤S310至S360来确定。
在一些实施例中，η可以为99.0％、99.5％、99.75％、99.98％、99.99％等。
K可以反映待测磷酸铁锂电池的充电过程中的电流制度，即以多大电流进行充电。在一些实施例中，K可以等于充电电流与标准充电电流，容量的拟合的函数。标准充电电流的数值可以对应1C充电的电流，其值与待测磷酸铁锂电池的标称容量相等。在一些实施例中，若获取拟合f(Ti)和f(Ui)的拟合数据时的充电电流与实测时的充电电流相等时，则K＝1。
库伦效率是指放电容量与充电容量之比。在一些实施例中，库伦效率可以与电池的种类、电池的化学体系设计、电池的生产工艺等有关。在一些实施例中，可以参照国家标准GB/T31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》测试方法获得充电和放电容量，来确定库伦效率。
步骤S390，可以根据第一电压U1、第一区间容量ΔCap1、第一平均温度T1以及剩余容量确定函数，确定待测磷酸铁锂电池的第一子剩余容量Cap1，以及根据第二电压U2、第二区间容量ΔCap2、第二平均温度T2以及剩余容量确定函数，确定待测磷酸铁锂电池的第二子剩余容量Cap2；在一些实施例中，步骤S390可由剩余容量确定模块270执行。
可以将第一电压U1、第一区间容量ΔCap1、第一平均温度T1和库伦效率η输入子剩余容量确定函数，并将子剩余容量确定函数的输出确定为待测磷酸铁锂电池的第一子剩余容量Cap1；将第二电压U2、第二区间容量ΔCap2、第二平均温度T2和库伦效率η输入子剩余容量确定函数，并将子剩余容量确定函数的输出确定为待测磷酸铁锂电池的第二子剩余容量Cap2。
步骤S395，可以根据公式Cap＝a×Cap1+b×Cap2，确定待测磷酸铁锂电池的剩余容量Cap，其中，a+b＝1。在一些实施例中，步骤S390可由剩余容量确定模块270执行。
系数a和b可以是任意满足a+b＝1的正数。例如，若a＝0.01，则b＝0.99。又例如，若a＝0.8，则b＝0.2。再例如，a＝b＝0.5。在一些实施例中，系数a和b可以是待测磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100的默认设置或是用户通过用户终端160进行设置。
在一些实施例中，可以直接确定第一子剩余容量或第二子剩余容量为待测磷酸铁锂电池的剩余容量Capt。此时，a＝0或b＝0。
在一些实施例中，可以根据待测磷酸铁锂电池的剩余容量与待测磷酸铁锂电池的标称容量的比值，确定待测磷酸铁锂电池的健康状态(State of Health，SOH)值。磷酸铁锂的健康状态值可以反映待测磷酸铁锂电池的衰减程度。
在一些实施例中，当待测磷酸铁锂电池的剩余容量和/或健康状态值小于阈值时，可以提示用户更换待测磷酸铁锂电池。阈值可以是待测磷酸铁锂电池剩余容量确定系统100的默认设置或是用户通过用户终端160进行设置。
基于上述实施例所提出的方法，下面将通过对电动汽车的电芯进行验证。
实施例
针对标称容量为80Ah的磷酸铁锂电池，首先对多个磷酸铁锂电池(即参考磷酸铁锂电池)进行充放电，得到该参考磷酸铁锂电池的充电数据，如表1所示。
表1参考磷酸铁锂电池的充电数据
对充电数据进行第一拟合操作和第二拟合操作，则分别得到f(Ti)、f(U1)、f(U2)的函数如下式(6)、式(7)和式(8)：
f(Ti)＝0.026ln(Ti)+0.9162， (6)
f(U1)＝-5.9211×U1+20.445， (7)
f(U2)＝5.8173×U2-19.286。 (8)
对标称容量为80Ah的3个待测磷酸铁锂电池样本进行恒流充电，充电电流为40A，则K＝1。通过国标法测得该待测磷酸铁锂电池的η＝99.99％。利用图3中所述的方法对该待测磷酸铁锂电池进行3次测试，测得待测磷酸铁锂电池的第一子剩余容量、第二子剩余容量以及剩余容量结果，如表1至表3所示。依据3次验证(表4)可知，计算偏差最大值为0.85％，最小值为0.36％，计算偏差小。依据本申请中所述的方法可以很好地掌握电池系统的状态，必要时可以及时进行更换，提高电池的综合性能。
表2待测磷酸铁锂电池的第一子剩余容量的测试结果
表3待测磷酸铁锂电池的第二子剩余容量的测试结果
表4待测磷酸铁锂电池的剩余容量的测试结果
本说明书实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)不需要对待测磷酸铁锂电池进行满充满放，即可得到剩余容量，对起始充电的电池电荷状态(即剩余的电荷电量)要求低；(2)只需要利用电池管理系统采集的磷酸铁锂电池的电压、电流、温度参数，就可以在线计算磷酸铁锂电池的剩余容量与健康状态值，估算准确度高，更符合整车实际运行情况。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其它名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其它材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其它的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取充电过程中待测磷酸铁锂电池的充电数据，所述充电数据包括容量电压微分曲线、电流时间曲线、以及温度时间曲线，所述充电过程包括起始电压U0和截止电压Umax，所述容量电压微分曲线包括两个特征峰；
确定所述容量电压微分曲线中的第一极大值所对应的第一电压U1和第一时间t1，以及第二极大值所对应的第二电压U2和第二时间t2，其中，U1＞U2，所述第一极大值和所述第二极大值分别对应所述容量电压微分曲线的一个特征峰；
根据所述容量电压微分曲线、所述第一电压U1和所述起始电压U0，确定第三电压U3和与其对应的第三时间t3，其中，U0≤U3＜U1；
根据所述容量电压微分曲线、所述第二电压U2和所述截止电压Umax，确定第四电压U4和与其对应的第四时间t4，其中，U2＜U4≤Umax；
根据所述第一时间t1、所述第三时间t3和所述电流时间曲线，确定所述第一时间t1与所述第三时间t3之间充入的第一区间容量ΔCap1；
根据所述第二时间t2、所述第四时间t4和所述电流时间曲线，确定所述第二时间t2与所述第四时间t4之间充入的第二区间容量ΔCap2；
根据所述温度时间曲线，确定所述充电过程中，所述第一时间t1与所述第三时间t3之间的第一时间段内所述待测磷酸铁锂电池的第一平均温度T1，以及所述第二时间t2与所述第四时间t4之间的第二时间段内所述待测磷酸铁锂电池的第二平均温度T2，
获取子剩余容量确定函数；
根据所述第一电压U1、所述第一区间容量ΔCap1、所述第一平均温度T1以及所述子剩余容量确定函数，确定所述待测磷酸铁锂电池的第一子剩余容量Cap1；
根据所述第二电压U2、所述第二区间容量ΔCap2、所述第二平均温度T2以及所述子剩余容量确定函数，确定所述待测磷酸铁锂电池的第二子剩余容量Cap2；以及
根据公式Cap＝a×Cap1+b×Cap2，确定所述待测磷酸铁锂电池的剩余容量Cap，其中，a+b＝1。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法，其特征在于，所述待测磷酸铁锂电池的充电过程为电流为I0的恒流充电，所述第一子剩余容量Cap1与所述第二子剩余容量Cap2计算公式如下：
ΔCap1＝I0(t1-t3)，
ΔCap2＝I0(t4-t2)。
3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法，其特征在于，所述子剩余容量确定函数的计算公式为：
其中，Capi表示第i子剩余容量；f(Ti)表示与充电过程中所述待测磷酸铁锂电池的第i平均温度相关的函数；f(Ui)表示与第i极大值对应的电压Ui相关的函数；η表示所述待测磷酸铁锂电池的库伦效率；K表示与对所述待测磷酸铁锂电池进行充电的充电过程中的充电电流相关的系数。
4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法，其特征在于，
f(Ti)是通过对参考磷酸铁锂电池的充放电数据进行第一拟合操作来确定的；以及f(Ui)是通过对所述参考磷酸铁锂电池的所述充放电数据进行第二拟合操作来确定的。
5.根据权利要求4所述的磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法，其特征在于，
f(Ti)＝0.026ln(Ti)+0.9162；
f(U1)＝-5.9211×U1+20.445；
f(U2)＝5.8173×U2-19.286。
6.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法，其特征在于，所述待测磷酸铁锂电池是电动汽车的动力电池中的单体电池。
7.根据权利要求6所述的磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述待测磷酸铁锂电池的所述剩余容量与所述待测磷酸铁锂电池的标称容量的比值，确定所述待测磷酸铁锂电池的健康状态值。
8.根据权利要求7所述的磷酸铁锂电池剩余容量的确定方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述待测磷酸铁锂电池的健康状态值小于阈值时，提示用户更换所述待测磷酸铁锂电池。
9.一种磷酸铁锂电池剩余容量的确定系统，其特征在于，包括至少一个处理器以及至少一个存储器；
所述至少一个存储器用于存储指令；
所述处理器用于执行所述指令，实现如权利要求1至8中任一项所述方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机运行如权利要求1至8中任意一项所述方法。
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