CN114217236B - 基于循环充放电的电池健康状态确定方法和装置 - Google Patents

基于循环充放电的电池健康状态确定方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于循环充放电的电池健康状态确定方法和装置，包括：获取当前电池的电化学系数、环境温度以及放电容量；通过电化学系数、环境温度以及放电容量确定循环充放电工况下当前电池的容量衰减量；基于容量衰减量确定当前电池在循环充放电耐久影响下的电池健康状态，通过循环充放电耐久对电池容量衰减的影响，准确确定电池健康状态。

Description

基于循环充放电的电池健康状态确定方法和装置
技术领域
本发明涉及电池状态监控的技术领域，尤其是涉及一种基于循环充放电的电池健康状态确定方法和装置。
背景技术
当前整车运行之前电池健康状态SOH是百分之百(最好的状态)，在使用过程中，随着充放电次数增加，电池健康状态SOH随之降低。
而对于整车来说，电池健康状态SOH是一种较为重要的电池参数，若电池状态异常的车辆在行驶或充放电过程中的安全可靠性相对较差。因此，如何准确确定电池健康状态SOH是一种亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于循环充放电的电池健康状态确定方法和装置，通过循环充放电耐久对电池容量衰减的影响，准确确定电池健康状态，以解决上述技术问题。
第一方面，实施例提供一种基于循环充放电的电池健康状态确定方法，所述方法包括：
获取当前电池的电化学系数、环境温度以及放电容量；
通过所述电化学系数、所述环境温度以及所述放电容量确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量；
基于所述容量衰减量确定当前电池在循环充放电耐久影响下的电池健康状态。
在可选的实施方式中，通过所述电化学系数、所述环境温度以及所述放电容量确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量的步骤，包括：
基于第一试验标定系数、指数函数以及所述放电容量的乘积确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量，其中，所述指数函数以自然常数e为底，以所述电化学系数和所述环境温度的比值为指数。
在可选的实施方式中，所述容量衰减量的衰减速度与所述放电容量成指数关系。
在可选的实施方式中，基于第一试验标定系数、指数函数以及所述放电容量的乘积确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量的步骤，包括：
通过下述公式实现循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量的确定：
其中，QCycle为容量衰减量，A为第一试验标定系数，Ea1为电化学系数，T为环境温度，Ah为放电容量，Z为第二试验标定系数。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：
通过对所述当前电池的电芯进行多种预设温度条件下的循环充放电试验，确定所述第一试验标定系数、所述第二试验标定系数和所述电化学系数。
在可选的实施方式中，基于所述容量衰减量确定当前电池在循环充放电影响下的电池健康状态的步骤，包括：
基于所述当前电池的初始容量与所述容量衰减量的差值确定当前电池在循环充放电耐久影响下的电池健康状态。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：
获取所述当前电池的实际衰减量；
根据所述当前电池的容量衰减量与所述实际衰减量的差值与预设匹配差值的比较结果进行耐久校核。
第二方面，实施例提供一种基于循环充放电的电池健康状态确定装置，所述装置包括：
获取模块，获取当前电池的电化学系数、环境温度以及放电容量；
第一确定模块，通过所述电化学系数、所述环境温度以及所述放电容量确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量；
第二确定模块，基于所述容量衰减量确定当前电池在循环充放电耐久影响下的电池健康状态。
第三方面，实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述前述实施方式任一项所述的方法的步骤。
第四方面，实施例提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现前述实施方式任一项所述的方法的步骤。
本发明实施例提供的一种基于循环充放电的电池健康状态确定方法和装置，根据当前电池的电化学系数、环境温度以及累计存放时间可以确定此种条件下的循环充放电工况对电池容量衰减的影响，进而能够更加准确地确定出在该循环充放电耐久影响下的电池健康状态。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于循环充放电的电池健康状态确定方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种电池容量衰减的拟合校核示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于循环充放电的电池健康状态确定装置的功能模块图；
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的硬件架构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
经发明人研究发现，循环充放电工况下的循环充放电对电池健康状态存在影响，为了实现对电池健康状态的准确确定，需要考虑该工况对电池健康状态的影响。
基于此，本发明实施例提供的一种基于循环充放电的电池健康状态确定方法和装置，通过循环充放电对电池容量衰减的影响，准确确定电池健康状态。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于循环充放电的电池健康状态确定方法进行详细介绍。
图1为本发明实施例提供的一种基于循环充放电的电池健康状态确定方法流程图。
如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S102，获取当前电池的电化学系数、环境温度以及放电容量。
其中，电化学系数为表示电势(超电势)对阴极反应和阳极反应活化能影响程度的无量纲参数，与当前电池电芯的材质有关；环境温度为当前电池所处的测试环境的温度；放电容量为电池的可进行放电的容积量。
步骤S104，通过所述电化学系数、所述环境温度以及所述放电容量确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量。
这里，经发明人研究发现，根据当前电池的电化学系数、环境温度以及放电容量可以确定此种条件下的循环充放电工况对电池容量的影响，即容量衰减量。
步骤S106，基于所述容量衰减量确定当前电池在循环充放电耐久影响下的电池健康状态。
其中，根据前述得到的容量衰减量能够得到在循环充放电耐久影响下的电池健康状态SOH以及容量保持率。
在实际应用的优选实施例中，根据当前电池的电化学系数、环境温度以及放电容量可以确定此种条件下的循环充放电工况对电池容量衰减的影响，进而能够更加准确地确定出在该循环充放电耐久影响下的电池健康状态。
在一些实施例中，经发明人对循环充放电过程中电池的阻抗变化与容量衰减的相关研究，该步骤S104可包括：
步骤1.1)基于第一试验标定系数、指数函数、所述放电容量以及电池荷电状态的乘积确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量，其中，所述指数函数以自然常数e为底，以所述电化学系数和所述环境温度的比值为指数。
其中，试验标定系数为用户预先在试验过程中对当前电池进行标定得到的系数，用于后续电池健康状态计算。
需要说明的是，所述容量衰减量的衰减速度与所述放电容量成指数关系，作为一种可选的实施例，容量衰减量的衰减速度与放电容量成正比例关系。
在一些实施例中，通过下述公式实现循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量的确定：
其中，QCycle为容量衰减量，A为第一试验标定系数，Ea1为电化学系数，T为环境温度，Ah为放电容量，Z为第二试验标定系数。例如，第一次放电50Ah，第二次放电49Ah，则该计算参数中Ah可取99，前两次的加和。
在一些实施例中，为了进一步保证电池健康状态确定的准确性，上述方法还包括：
步骤2.1)，通过对所述当前电池的电芯进行多种预设温度条件下的循环充放电耐久试验，确定所述第一试验标定系数、所述第二试验标定系数和所述电化学系数。
例如，分别对环境温度为25℃以及45℃的电芯进行循环充放电耐久试验，从电池百分之百的SOC开始，得到A＝0.001375；Ea1＝-942.6；Z＝0.7114。其中，上述参数是通过MATLAB对多项式数据(电池容量以及电池放电末端温度)进行拟合分析得到的，拟合分析方式包括多项式拟合polynimial、高斯拟合gaussian和幂指数拟合power等等。
在一些实施例中，步骤S106还可通过以下步骤实现，包括：
步骤3.1)，基于所述当前电池的初始容量与所述容量衰减量的差值确定当前电池在循环充放电耐久影响下的电池健康状态，具体可根据下式实现：
SOH＝SOH0-QCycle
其中，SOH0为当前电池的初始容量，SOH为当前电池的当前的电池健康状态，QCycle为循环充放电耐久影响下的容量衰减量。
在一些实施例中，可通过采集电池实际衰减情况与按照本申请方式确定的电池健康状态进行匹配，以保证电池健康状态的准确性，该方法还包括：
步骤4.1)，获取所述当前电池的实际衰减量。
其中，可采用传感设备等仪器对电池的衰减量实际值进行精准检测。
步骤4.2)，根据所述当前电池的容量衰减量与所述实际衰减量的差值与预设匹配差值的比较结果进行耐久校核。
如图2所示，实际衰减量以及当前电池的容量衰减量分别生成了点状线和实线，每种情况下呈点状的实际衰减量与仿真得到的容量衰减拟合线匹配度较高。
作为一种可选的实施例，从前述公式可以看出，温度越高，电池容量衰减越快，可选择一个温度较高的地区的温度情况作为实机耐久的评估条件，如广州，年平均温度为23.78℃，年最高温度34℃，年最低温度为10℃。(25±2℃)进行标准充电。需要说明的是，前述实施例中确定的电池健康状态为一种测试温度和充放电量的循环充放电工况影响的电池状态，在实际电池健康状态监测或试验过程中，往往需要对多种温度或者多种充放电量的循环充放电工况下的电池健康状态进行确定，即需要多次循环前述实施例步骤中S102-S106的过程。
例如，满电电池以91A恒流放电10min，7kW恒功率充电至393.6V，393.6V恒压充电至电流降低至7.65A，静置5min，再将电池以91A恒流放电10min，7kW恒功率充电至393.6V，393.6V恒压充电至电流降低至7.65A，静置5min。循环上述过程2168次，其中，每循环100次，执行标准充放电一次，并采用传感设备检测记录此时电池的容量衰减量以及容量保持率。
如图3所示，本发明实施例还提供一种基于循环充放电耐久的电池健康状态确定装置200，所述装置包括：
获取模块201，用于获取当前电池的电化学系数、环境温度以及放电容量；
第一确定模块202，通过所述电化学系数、所述环境温度以及所述放电容量确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量；
第二确定模块203，基于所述容量衰减量确定当前电池在循环充放电耐久影响下的电池健康状态。
图4为本发明实施例提供的电子设备300的硬件架构示意图。参见图4所示，该电子设备300包括：机器可读存储介质301和处理器302，还可以包括非易失性存储介质303、通信接口304和总线305；其中，机器可读存储介质301、处理器302、非易失性存储介质303和通信接口304通过总线305完成相互间的通信。处理器302通过读取并执行机器可读存储介质301中基于循环充放电的电池健康状态确定的机器可执行指令，可执行上文实施例描述基于循环充放电的电池健康状态确定方法。
本文中提到的机器可读存储介质可以是任何电子、磁性、光学或其它物理存储装置，可以包含或存储信息，如可执行指令、数据，等等。例如，机器可读存储介质可以是：RAM(RadomAccess Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。
非易失性介质可以是非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的非易失性存储介质，或者它们的组合。
可以理解的是，本实施例中的各功能模块的具体操作方法可参照上述方法实施例中相应步骤的详细描述，在此不再重复赘述。
本发明实施例所提供计算机可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序代码被执行时可实现上述任一实施例所述的基于循环充放电的电池健康状态确定方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于循环充放电的电池健康状态确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取当前电池的电化学系数、环境温度以及放电容量；
通过所述电化学系数、所述环境温度以及所述放电容量确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量；
基于所述容量衰减量确定当前电池在循环充放电耐久影响下的电池健康状态；
通过所述电化学系数、所述环境温度以及所述放电容量确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量的步骤，包括：
基于第一试验标定系数、指数函数以及所述放电容量的乘积确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量，其中，所述指数函数以自然常数e为底，以所述电化学系数和所述环境温度的比值为指数；所述试验标定系数为用户预先在试验过程中对当前电池进行标定得到的系数，用于后续电池健康状态计算；
基于第一试验标定系数、指数函数以及所述放电容量的乘积确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量的步骤，包括：
通过下述公式实现循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量的确定：
其中，QCycle为容量衰减量，A为第一试验标定系数，Ea1为电化学系数，T为环境温度，Ah为放电容量，Z为第二试验标定系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容量衰减量的衰减速度与所述放电容量成指数关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过对所述当前电池的电芯进行多种预设温度条件下的循环充放电试验，确定所述第一试验标定系数、所述第二试验标定系数和所述电化学系数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述容量衰减量确定当前电池在循环充放电影响下的电池健康状态的步骤，包括：
基于所述当前电池的初始容量与所述容量衰减量的差值确定当前电池在循环充放电耐久影响下的电池健康状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述当前电池的实际衰减量；
根据所述当前电池的容量衰减量与所述实际衰减量的差值与预设匹配差值的比较结果进行耐久校核。
6.一种基于循环充放电的电池健康状态确定装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，获取当前电池的电化学系数、环境温度以及放电容量；
第一确定模块，通过所述电化学系数、所述环境温度以及所述放电容量确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量；
第二确定模块，基于所述容量衰减量确定当前电池在循环充放电耐久影响下的电池健康状态；
第一确定模块还用于基于第一试验标定系数、指数函数以及所述放电容量的乘积确定循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量，其中，所述指数函数以自然常数e为底，以所述电化学系数和所述环境温度的比值为指数；所述试验标定系数为用户预先在试验过程中对当前电池进行标定得到的系数，用于后续电池健康状态计算；
第一确定模块还用于，通过下述公式实现循环充放电工况下所述当前电池的容量衰减量的确定：
其中，QCycle为容量衰减量，A为第一试验标定系数，Ea1为电化学系数，T为环境温度，Ah为放电容量，Z为第二试验标定系数。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至5任一项所述的方法的步骤。
8.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现权利要求1至5任一项所述的方法的步骤。
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