CN115079029A - 一种动力电池寿命等效估算方法及装置 - Google Patents

一种动力电池寿命等效估算方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种动力电池寿命等效估算方法及装置,估算方法包括获取满足车辆行驶工况需求的动力电池日历寿命和里程寿命;根据寿命模型估算动力电池日历寿命和里程寿命的等效循环寿命;根据获得的日历寿命和里程寿命的等效循环寿命相加得到动力电池总的等效循环寿命。估算装置包括需求获取模块,用于获取满足车辆行驶工况需求的动力电池日历寿命和里程寿命;计算模块,用于计算动力电池等效循环寿命;输出模块,用来输出等效循环寿命值。本发明将汽车生产厂家对车辆提出的里程寿命、日历寿命指标需求和电池供应商对电芯提出的循环寿命要求作统一量纲处理,以作选型支撑;本发明还涉及大数据统计结果的支撑,可在很大程度上提高计算结果的真实性。

Description

一种动力电池寿命等效估算方法及装置
技术领域
本发明属于动力电池技术领域,具体涉及一种动力电池寿命等效估算方法及装置。
背景技术
现阶段,汽车生产厂家对纯电动或混合电动车辆提出的寿命指标需求,即里程寿命和日历寿命。常见的表述例如:行驶8年12万公里、10年24万公里后,SOH不低于80%,即为车辆的里程寿命和日历寿命要求。而电池供应商对电芯寿命的常见表述,为SOH不低于80%条件下的具体循环圈数,即循环寿命。在研发选型阶段,涉及汽车质保寿命和电池循环寿命的匹配。量纲不统一,针对循环寿命这一性能指标项,做出选型判断有难度。因此,基于现有的电池选型体系下,亟需寻找一种能准确将汽车的日历寿命等效成电池循环寿命的计算方法。
实际计算中,处于研发选型阶段的电芯,往往缺少实际的试验数据,盲目估算将影响结果真实可信度。里程寿命、日历寿命向循环寿命的转化,涉及三种寿命的量纲统一,计算过程中需要大数据统计结果做背景支持。若仅作单一数据源的计算,得到的结果会远远偏离实际值。
大数据应用的飞速发展,极大推动了汽车行业的智能化进程。用大数据云端统计结果做背景支持,计算结果的准确性会更加贴近实际值。
现有技术公开了一种锂离子电池等效循环寿命计算方法,通过统计锂离子电池在不同的实验条件下的理论循环次数、在实际工作中的实际电参数及源数据二维数组中的循环的出现次数,计算所述锂离子电池的寿命损耗与等效循环寿命。该计算方法需测量并记录不同的实验条件下测得的理论循环次数,还需要对锂离子电池状态的在线检测和实时监控,以计算所述锂离子电池的寿命损耗与等效循环寿命,且仅涉及参考实验测得的理论循环次数以计算等效循环寿命,不能实现日历寿命、里程寿命向循环寿命的转化,即三种寿命量纲的统一。
现有技术还公开了一种电池寿命、基于大数据的车辆性能检测方法及系统。通过记录电池充电过程中的荷电状态、电压、电流以及温度,计算电池的实际容量和电池容量保持率,来实时跟踪动力电池的容量,评估动力电池的寿命。该方法需要通过记录电池充电过程中的荷电状态、电压、电流以及温度,计算电池的实际容量和电池容量保持率,来实时跟踪动力电池的容量,评估动力电池的寿命,是电池在使用过程中通过记录电池状态来评估电池寿命,仅涉及对电池容量进行计算,从而对电池寿命进行判断,也不能实现三种寿命量纲的统一。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种动力电池寿命等效估算方法,还涉及一种动力电池寿命等效估算装置,以解决汽车生产厂家对车辆提出的里程寿命、日历寿命指标需求和电池供应商对电芯提出的循环寿命要求量纲不统一的问题。为电芯选型提供理论支撑,本发明还涉及大数据统计结果的应用,可在很大程度上提高计算结果的真实性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种动力电池寿命等效估算方法,包括如下步骤:
S1、获取满足车辆行驶工况需求的动力电池日历寿命和里程寿命;
S2、根据寿命模型估算动力电池日历寿命和里程寿命的等效循环寿命;
S3、根据获得的日历寿命和里程寿命的等效循环寿命相加得到动力电池总的等效循环寿命。
进一步地,步骤S2,所述里程寿命对应的循环寿命计算方法,步骤如下:
S21:获取满足车辆行驶工况需求的里程寿命L,BOL电池电量Q,充放电可用区间δ,单次寿命评估工况电耗Q0,单次寿命评估工况行驶里程L0
S22:计算BOL、EOL充放电一次的续驶公里数LB、LE,EOL衰减系数为θ;
S23:计算全生命周期平均充放电一次的续驶公里数LA
S24:计算里程寿命的等效循环寿命CL
更进一步地,步骤S22,所述BOL充放电一次的续驶公里数LB为:
LB=Q*δ/Q0*L0
式中,Q为电池BOL电量,δ为电池放电可用区间,Q0为单次寿命评估工况电耗,L0为单次寿命评估工况行驶里程;
所述EOL充放电一次的续驶公里数LE为:
LE=LB
式中,θ为电池EOL衰减系数。
更进一步地,步骤S23,所述全生命周期平均充放电一次的续驶公里数LA为:
LA=(LB+LE)/2。
更进一步地,步骤S24,所述里程寿命的等效循环寿命CL为:
CL=L/LA
进一步地,步骤S2,所述日历寿命对应的循环寿命计算方法,步骤如下:
S25:获取同电极材料体系、近似容量电芯的SOH参数表,快慢充的时间Tk,Tm和次数占比Pk,Pm,法规工况行驶速度v0,满足车辆行驶工况需求的日历寿命T;
S26:计算充电时间Tc
S27:计算里程寿命的行驶时间TL
S28:计算存储时间Ts
S29:计算经过存储时间Ts后动力电池的SOH值ω;计算时若无电芯真实试验数据,则需要参考同电极体系、近似容量电芯的SOH参数表,进行折算,根据大数据统计数据,实际应用中用户的平均存储SOC约为70%;
S210:在SOH参数表中查找日历寿命的等效循环寿命CD
更进一步地,步骤S22,所述充电时间Tc为:
TC=CL*(Tk*Pk+Tm*Pm)。
更进一步地,步骤S23,所述里程寿命的行驶时间TL为:
TL=L/v0
步骤S24,所述存储时间Ts为:
Ts=T-TL-Tc
更进一步地,步骤S25,所述经过存储时间Ts后动力电池的SOH值ω:
ω=100%-(100%-ωA)*λ
式中,ωA是以A%SOC,参考的试验值存储Ts时间的SOH数值,可在作为参考的同电极体系、近似容量电芯的SOH参数表中查到,ω以B%SOC,实际值存储Ts时间的SOH数值,一般需*λ,其中λSOH衰减值的折算系数,根据项目经验确定,一般范围在40%≤λ≤100%进行折算后可在SOH参数表中找到B%SOC存储后的SOH值对应的循环寿命圈数CD
一种动力电池寿命等效估算装置,包括需求获取模块、计算模块和输出模块;所述需求获取模块,用于获取满足车辆行驶工况需求的动力电池日历寿命和里程寿命;计算模块,用于根据寿命模型估算动力电池日历寿命和里程寿命,根据获得的日历寿命和里程寿命计算动力电池等效循环寿命;所述输出模块用来输出等效循环寿命值。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明将汽车生产厂家对车辆提出的里程寿命、日历寿命指标需求和电池供应商对电芯提出的循环寿命要求作统一量纲处理,以作选型支撑;本发明还涉及大数据统计结果的支撑,可以在很大程度上提高计算结果的真实性。
具体包括以下优点:
1、可在误差较小的情况下,实现里程寿命、日历寿命和循环寿命的量纲统一;2、实际计算中,将结合以往容量体系相近的电芯的寿命实验数据,做合理推算;
3、基于大数据统计结果,计算结果更真实可信。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1等效循环寿命计算流程框图;
图2动力电池寿命等效估算装置框图;
图3动力电池寿命等效估算方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明:
如图1所示,本发明动力电池寿命等效估算方法,包括如下步骤:
S1:获取满足车辆行驶工况需求的动力电池日历寿命和里程寿命;
S2:根据寿命模型估算动力电池日历寿命和里程寿命的等效循环寿命;
S3:根据获得的日历寿命和里程寿命的等效循环寿命相加得到动力电池总的等效循环寿命。
所述里程寿命和日历寿命,是通过将车辆的日历寿命值和电池循环寿命值作统一量纲处理获得:循环寿命=里程寿命对应的循环寿命+日历寿命对应的循环寿命。
通过对汽车生产厂家对车辆提出的里程寿命、日历寿命指标需求和电池供应商对电芯提出的循环寿命要求作统一量纲处理,为电芯研发阶段的选型提供了理论支撑。同时,本发明还涉及大数据统计学的支撑,可以在很大程度上提高计算结果的真实性。
步骤S2,所述里程寿命对应的循环寿命计算方法,步骤如下:
S21:获取满足车辆行驶工况需求的里程寿命L,BOL电池电量Q,充放电可用区间δ,单次寿命评估工况电耗Q0,单次寿命评估工况行驶里程L0
S22:计算BOL、EOL充放电一次的续驶公里数LB、LE,EOL衰减系数为θ;
S23:计算全生命周期平均充放电一次的续驶公里数LA
S24:计算里程寿命的等效循环寿命CL
所述BOL充放电一次的续驶公里数LB为:
LB=Q*δ/Q0*L0
式中,Q为电池BOL电量,δ为电池放电可用区间,Q0为单次寿命评估工况电耗,L0为单次寿命评估工况行驶里程。
所述EOL充放电一次的续驶公里数LE为:
LE=LB
式中,θ为电池EOL衰减系数。
所述全生命周期平均充放电一次的续驶公里数LA为:
LA=(LB+LE)/2
所述里程寿命的等效循环寿命CL为:
CL=L/LA
步骤S2,所述日历寿命对应的循环寿命计算方法,步骤如下:
S25:获取同电极材料体系、近似容量电芯的SOH参数表,快慢充的时间Tk,Tm和次数占比Pk,Pm,法规工况行驶速度v0,满足车辆行驶工况需求的日历寿命T。
S26:计算充电时间Tc
S27:计算里程寿命的行驶时间TL
S28:计算存储时间Ts
S29:计算经过存储时间Ts后动力电池的SOH值ω。计算时若无电芯真实试验数据,则需要参考同电极体系、近似容量电芯的SOH参数表,进行折算;以越高的SOC进行静置存储,电池衰减越快。根据大数据统计数据,实际应用中用户的平均存储SOC约为70%;
S210:在SOH参数表中查找日历寿命的等效循环寿命CD
所述充电时间Tc为:
TC=CL*(Tk*Pk+Tm*Pm)
所述里程寿命的行驶时间TL为:
TL=L/v0
所述存储时间Ts为:
Ts=T-TL-TC
所述经过存储时间Ts后动力电池的SOH值ω:
ω=100%-(100%-ωA)*λ
式中,ωA是以A%SOC(参考的试验值)存储Ts时间的SOH数值,可在作为参考的同电极体系、近似容量电芯的SOH参数表中查到。ω以B%SOC(实际值)存储Ts时间的SOH数值。一般需*λ(其中λSOH衰减值的折算系数,根据项目经验确定,一般范围在40%≤λ≤100%)进行折算。后可在SOH参数表中找到B%SOC存储后的SOH值对应的循环寿命圈数CD
一种动力电池寿命等效估算装置,包括需求获取模块、计算模块和输出模块;所述需求获取模块,用于获取满足车辆行驶工况需求的动力电池日历寿命和里程寿命;计算模块,用于根据寿命模型估算动力电池日历寿命和里程寿命,根据获得的日历寿命和里程寿命计算动力电池等效循环寿命;所述输出模块用来输出等效循环寿命值。
本发明将汽车生产厂家对车辆提出的日历寿命指标需求和电池供应商对电芯提出的循环寿命要求作统一量纲处理,以作选型支撑。本发明中,所述电池的寿命表述。并不是对电池寿命等效转化的限制,而是表示至少存在一种提及到的可实现本发明的方法。所述的寿命名称包括存储时间,可变换为静置时间。
如图3所示,本发明动力电池寿命等效估算方法的计算流程,具体为:
1、选择某一法规工况进行计算,以下步骤均在此工况条件下进行。
2、确认车辆的驱动功率数值,并根据大数据统计结果确定整车的行驶功率。主要需考虑空调压缩机、PTC等用电器的消耗占比。且春夏秋冬四季的耗电占比有差异需分别计算,求平均值。
3、对日历寿命进行拆分计算,如10年24万公里、8年12万公里中的10年、8年为日历寿命;24万公里、12万公里为里程寿命。二者转换为循环寿命的方法不同,所以需分别进行计算。
4、在对里程寿命进行转化时,对于车用锂离子电池来说,由于电池性能的衰减,寿命初期和寿命末期一个循环周期内的可以达到的行驶里程不同。在进行循环寿命估算时,需要对寿命初末期做平均值计算,得到整个电池生命周期内一个循环周期内平均可达到的行驶里程数。
5、用里程寿命除以电池生命周期内一个循环周期内平均可达到的行驶里程数,可计算得到里程寿命对应的循环圈数。
6、在对日历寿命进行转化时,仅计算静置存储时间对车用电池造成的寿命衰减,存储时间=日历寿命-里程寿命的行驶时间-充电时间。
7、行驶时间可根据行驶工况进行计算。
8、充电时间,需根据大数据统计学估算一种型号的汽车一年时间内的慢充和快充的次数占比和时间,来估算里程生命周期中的快充、慢充次数和时间。
9、通过减法计算得到车辆在使用周期中的静置存储时间,而后可转化为衰减系数。
10、通过该款电芯或相似款电芯的SOH参数表查找衰减系数对应的循环圈数。
11、将此循环圈数和步骤5的循环圈数相加,即可得到最终的循环寿命,完成日历寿命到循环寿命的转换。
本发明计算过程的复杂程度明显降低,计算结果的准确度明显提高。
实施例1
1、行驶工况确认:以下实施例以CLTC工况为例。
2、根据大数据组的统计某款车型2020年2月—2021年2月各温度区间各部件能耗占比,主要考虑PTC、压缩机、DCDC等件的能耗。根据电机驱动功率计算出不同温度下整车行驶功率。
3、在对12万公里、24万公里等里程寿命进行转化时,对于车用锂离子电池来说,由于电池性能的衰减,寿命初期和寿命末期一个循环周期内的可以达到的行驶里程不同。在进行循环寿命估算时,末期行驶里程约为初期的70%。需做平均值计算,可得到整个电池生命周期内一个循环周期内平均可达到的行驶里程数,可通过计算得到里程寿命对应的循环圈数。
4、在对8年、10年等日历寿命进行转化时,我们只计算静置状态对车用电池造成的寿命衰减,存储时间=日历寿命-里程寿命的行驶时间-充电时间。行驶时间可根据行驶工况进行计算;充电时间,需根据大数据统计学估算一种型号的汽车,慢充和快充次数的占比,来计算里程生命周期中的快充、慢充时间。
5、通过减法计算得到车辆在使用周期中的静置存储时间,而后可转化为衰减系数。通过该款电芯或相似款电芯的SOH参数表查找衰减系数对应的循环圈数。计算时需考虑到以越高的SOC值进行存储,电池衰减越快。根据大数据统计数据,实际应用中用户的平均存储SOC约为70%。需根据具体SOH参数表,进行折算,本实施例中SOH衰减值的折算系数取80%。
6、将此循环圈数和步骤3的循环圈数相加,即可得到最终的循环寿命,完成日历寿命到循环寿命的转换。
本发明可在误差较小的情况下,实现日历寿命和循环寿命的量纲统一。基于大数据统计,计算结果真实性明显提高。实际计算中,将结合根据项目经验,利用容量相近的电芯寿命数据来做合理推算。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种动力电池寿命等效估算方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、获取满足车辆行驶工况需求的动力电池日历寿命和里程寿命;
S2、根据寿命模型估算动力电池日历寿命和里程寿命的等效循环寿命;
S3、根据获得的日历寿命和里程寿命的等效循环寿命相加得到动力电池总的等效循环寿命。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池寿命等效估算方法,其特征在于,步骤S2,所述里程寿命对应的循环寿命计算方法,步骤如下:
S21:获取满足车辆行驶工况需求的里程寿命L,BOL电池电量Q,充放电可用区间δ,单次寿命评估工况电耗Q0,单次寿命评估工况行驶里程L0
S22:计算BOL、EOL充放电一次的续驶公里数LB、LE,EOL衰减系数为θ;
S23:计算全生命周期平均充放电一次的续驶公里数LA
S24:计算里程寿命的等效循环寿命CL
3.根据权利要求2所述的一种动力电池寿命等效估算方法,其特征在于,步骤S22,所述BOL充放电一次的续驶公里数LB为:
LB=Q*δ/Q0*L0
式中,Q为电池BOL电量,δ为电池放电可用区间,Q0为单次寿命评估工况电耗,L0为单次寿命评估工况行驶里程;
所述EOL充放电一次的续驶公里数LE为:
LE=LB
式中,θ为电池EOL衰减系数。
4.根据权利要求2所述的一种动力电池寿命等效估算方法,其特征在于,步骤S23,所述全生命周期平均充放电一次的续驶公里数LA为:
LA=(LB+LE)/2。
5.根据权利要求2所述的一种动力电池寿命等效估算方法,其特征在于,步骤S24,所述里程寿命的等效循环寿命CL为:
CL=L/LA
6.根据权利要求1所述的一种动力电池寿命等效估算方法,其特征在于,步骤S2,所述日历寿命对应的循环寿命计算方法,步骤如下:
S25:获取同电极材料体系、近似容量电芯的SOH参数表,快慢充的时间Tk,Tm和次数占比Pk,Pm,法规工况行驶速度v0,满足车辆行驶工况需求的日历寿命T;
S26:计算充电时间Tc
S27:计算里程寿命的行驶时间TL
S28:计算存储时间Ts
S29:计算经过存储时间Ts后动力电池的SOH值ω;计算时若无电芯真实试验数据,则需要参考同电极体系、近似容量电芯的SOH参数表,进行折算,根据大数据统计数据,实际应用中用户的平均存储SOC约为70%;
S210:在SOH参数表中查找日历寿命的等效循环寿命CD
7.根据权利要求6所述的一种动力电池寿命等效估算方法,其特征在于,步骤S22,所述充电时间Tc为:
TC=CL*(Tk*Pk+Tm*Pm)。
8.根据权利要求6所述的一种动力电池寿命等效估算方法,其特征在于,
步骤S23,所述里程寿命的行驶时间TL为:
TL=L/v0
步骤S24,所述存储时间Ts为:
Ts=T-TL-Tc
9.根据权利要求6所述的一种动力电池寿命等效估算方法,其特征在于步骤S25,所述经过存储时间Ts后动力电池的SOH值ω:
ω=100%-(100%-ωA)*λ
式中,ωA是以A%SOC,参考的试验值存储Ts时间的SOH数值,可在作为参考的同电极体系、近似容量电芯的SOH参数表中查到,ω以B%SOC,实际值存储Ts时间的SOH数值,一般需*λ,其中λSOH衰减值的折算系数,根据项目经验确定,一般范围在40%≤λ≤100%进行折算后可在SOH参数表中找到B%SOC存储后的SOH值对应的循环寿命圈数CD
10.一种动力电池寿命等效估算装置,其特征在于:包括需求获取模块、计算模块和输出模块;所述需求获取模块,用于获取满足车辆行驶工况需求的动力电池日历寿命和里程寿命;计算模块,用于根据寿命模型估算动力电池日历寿命和里程寿命,根据获得的日历寿命和里程寿命计算动力电池等效循环寿命;所述输出模块用来输出等效循环寿命值。
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