CN116653701A - 动力电池全生命周期安全控制方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种动力电池全生命周期安全控制方法、系统、设备及介质，属于动力电池安全控制领域。动力电池在整车上的运行工况具有充放电和搁置两种状态，考虑电芯内阻增长率、容量衰减率和影响正极片与电解液反应放热峰值的因素，制定循环工况控制策略和存储工况控制策略，循环工况控制策略和存储工况控制策略均包括充电截止电压和充电电流的降低，充放电状态下执行循环工况控制策略，搁置状态下执行存储工况控制策略。本发明考虑全生命周期内动力电池的衰减变化，通过限制充电截止电压以及电池充放电功率，减缓电芯内阻上升，降低正极片与电解液反应放热峰，延长了电芯的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池安全控制领域，特别是涉及一种动力电池全生命周期安全控制方法、系统、设备及介质。
背景技术
在新能源汽车发展初期，动力电池的全生命周期的寿命预测和健康管理还处于起步阶段，对动力电池全生命周期内衰减机理的研究不深入，在动力电池的设计、研发、生产、制造和使用等环节中存在验证周期短、验证不充分、验证方法不完善等问题，这就导致动力电池在产品使用过程中并未考虑全生命周期内动力电池的衰减变化。这也是许多新能源车辆全生命周期内，电池的充放电功率、故障阈值等等无法匹配长时间使用后的电池系统，用户感知差、安全事故频发的主要原因。
现有技术的缺陷和不足：
1.动力电池初期的控制策略与动力电池老化后工况不符，电池寿命衰减严重，安全故障频发；
2.未增加安全控制的车辆在后期出现安全事故后，临时“锁电”方案往往很难被客户接受。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池全生命周期安全控制方法、系统、设备及介质，考虑全生命周期内动力电池的衰减变化，减缓电芯内阻上升，减少晰锂，延长电芯的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种动力电池全生命周期安全控制方法，包括：
确定影响正极片与电解液反应放热峰值的因素；
获取电芯内阻增长率和动力电池在使用期间内的容量衰减率；
根据所述影响正极片与电解液反应放热峰值的因素、所述电芯内阻增长率和所述容量衰减率，制定循环工况控制策略和存储工况控制策略；所述循环工况控制策略包括：降低充电电流，降低动力电池的充电截止电压，以及电芯内阻增长率采用预设温度区间内的循环内阻增长率；所述存储工况控制策略包括：降低充电电流以及降低动力电池的充电截止电压；
在动力电池全生命周期中实时识别动力电池运行状态；
若识别的动力电池运行状态为充放电状态，则执行循环工况控制策略；
若识别的动力电池运行状态为搁置状态，则执行存储工况控制策略。
一种动力电池全生命周期安全控制系统，包括：
影响因素确定模块，用于确定影响正极片与电解液反应放热峰值的因素；
获取模块，用于获取电芯内阻增长率和动力电池在使用期间内的容量衰减率；
控制策略制定模块，用于根据所述影响正极片与电解液反应放热峰值的因素、所述电芯内阻增长率和所述容量衰减率，制定循环工况控制策略和存储工况控制策略；所述循环工况控制策略包括：降低充电电流，降低动力电池的充电截止电压，以及电芯内阻增长率采用预设温度区间内的循环内阻增长率；所述存储工况控制策略包括：降低充电电流以及降低动力电池的充电截止电压；
识别模块，用于在动力电池全生命周期中实时识别动力电池运行状态；
循环工况控制策略执行模块，用于若识别的动力电池运行状态为充放电状态，则执行循环工况控制策略；
存储工况控制策略执行模块，用于若识别的动力电池运行状态为搁置状态，则执行存储工况控制策略。
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并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如前述的动力电池全生命周期安全控制方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如前述的动力电池全生命周期安全控制方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种动力电池全生命周期安全控制方法、系统、设备及介质，动力电池在整车上的运行工况具有充放电和搁置两种状态，考虑影响正极片与电解液反应放热峰值的因素、电芯内阻增长率和容量衰减率，制定循环工况控制策略和存储工况控制策略，循环工况控制策略和存储工况控制策略均包括充电截止电压和充电电流的降低，充放电状态下执行循环工况控制策略，搁置状态下执行存储工况控制策略。本发明考虑全生命周期内动力电池的衰减变化，通过限制充电截止电压以及电池充放电功率，减缓电芯内阻上升，降低正极片与电解液反应放热峰，延长了电芯的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，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动力电池全生命周期安全控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种动力电池全生命周期安全控制方法的原理图；
图3为本发明实施例提供的不同电池健康状态下正极DSC曲线示意图；
图4为本发明实施例提供的不同电芯电压下正极DSC曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种动力电池全生命周期安全控制方法，包括：
步骤1：确定影响正极片与电解液反应放热峰值的因素。
放热峰值可以反映电芯的老化程度以及电芯安全性的变化。获取现有电芯在循环工况（老化）下不同循环寿命的电芯正极的放热峰值，通过老化数据与BOL(Beginning ofLife，寿命初期)电芯数据对比，得出影响放热峰值变化的因素。
图3为本发明实施例提供的不同电池健康状态下正极DSC曲线示意图。图4为本发明实施例提供的不同电芯电压下正极DSC曲线示意图。DSC的英文全拼为DifferentialScanning Calorimeter，称为差示扫描量热法。差示扫描量热仪记录到的曲线称为DSC曲线。
参见图3，从电芯正极极片放热反应峰值可以得出：随着SOH（State of Health，电池健康状态）降低，正极片与电解液反应放热峰右移并且反应放热峰高降低，这意味着随着SOH的降低，电芯正极热稳定性提高。
参见图4，在不同电芯电压下的电池热反应峰值数据测试正极片与电解液反应放热峰右移并且反应放热峰高降低，表明随着电芯电压的降低，正极氧化性降低，正极片与电解液的反应减弱、正极热稳定性提高。图3和图4的横坐标Temperature表示温度，温度的单位为℃。图3和图4的纵坐标Heat flow表示热流量，热流量的单位为w/g。
所以，影响正极片与电解液反应放热峰值的因素包括：电池健康状态和电芯电压。
步骤2：获取电芯内阻增长率和动力电池在使用期间内的容量衰减率。
获取现有电芯在循环工况（老化）下不同循环寿命时的电芯内阻，以及循环工况下电芯的容量衰减率。其中，电芯内阻增长率是通过对现有电芯的高温加速老化得出的，容量保持率是通过仿真模型计算得出，具体计算为：根据动力电池在高温循环测试中的内阻变化曲线确定电芯内阻增长率；根据电芯的日历寿命测试数据，仿真确定动力电池在使用期间内的容量衰减率。
电池的日历寿命，就是从生产之日起至到期日期的时间为日历寿命。容量衰减率计算方法为：（初始容量-终止容量）/日历寿命。
步骤3：根据所述影响正极片与电解液反应放热峰值的因素、所述电芯内阻增长率和所述容量衰减率，制定循环工况控制策略和存储工况控制策略；所述循环工况控制策略包括：降低充电电流，降低动力电池的充电截止电压，以及电芯内阻增长率采用预设温度区间内的循环内阻增长率；所述存储工况控制策略包括：降低充电电流以及降低动力电池的充电截止电压。
示例性的，所述循环工况控制策略中的降低充电电流，具体包括：将充电电流幅度降低至电芯内阻增长率与容量衰减率中最大值的m倍；其中，m为正数。
所述循环工况控制策略中的降低动力电池充电的截止电压，具体包括：动力电池每次充放电下降0.05%-0.1%的荷电状态。由于一次充放电为一个循环，定义为循环一圈，所以也可以理解为充放电每循环200圈降1%-2%的荷电状态。最优实施方式为充放电每循环200圈降1%的荷电状态。
所述存储工况控制策略中的降低充电电流，具体包括：将充电电流幅度降低至电芯内阻增长率与容量衰减率中的最大值。
所述存储工况控制策略中的降低动力电池充电的截止电压，具体包括：令动力电池每年降1%的荷电状态。
其中，预设温度区间优选为43℃- 47℃，最优温度为45℃。
循环工况控制策略和存储工况控制策略中降低的充电电流是指含反馈的充电电流，即图2中的充电（含反馈）电流。
步骤4：在动力电池全生命周期中实时识别动力电池运行状态。
动力电池管理系统（BatteryManagement System，BMS）通过读取动力电池的健康状态和电芯吞吐量，确定动力电池运行状态。动力电池管理系统中根据电池充放电运行工况通过内部模型估算电池健康状态，电芯吞吐量则是BMS根据电池充放电过程中的容量按时积分进行计算，为累积充放电Ah。
步骤5：若识别的动力电池运行状态为充放电状态，则执行循环工况控制策略。
针对每一次循环以及每次充电都会执行循环工况控制策略，对电池的电压电流进行限制，实现对充放电功率的线性控制。
步骤6：若识别的动力电池运行状态为搁置状态，则执行存储工况控制策略。
动力电池在整车上的运行工况，只有充放电和搁置两种状态。为了实现动力电池全生命周期的安全控制，本发明采用的方案是结合对电芯的测试数据以及仿真参数对电池全生命周期内的每次充放电都进行管控，较传统的使用方案，更贴近于电池本身使用寿命过程中的性能变化，更不易出现过充、过放等滥用状态。
本发明产生了以下有益效果：
1.本发明依据现使用的动力电池电芯高温循环下的内阻增长率、日历寿命容量保持率制定动力电池全生命周期内的安全控制策略（循环工况控制策略和存储工况控制策略），通过限制电池充放电功率以及充电截止电压等，减缓电芯内阻上升、降低正极片与电解液反应放热峰（提高电芯热稳定性），提升了电池的循环寿命以及使用安全系数。
2.BMS依据电池循环工况的安全控制策略以及日历老化工况，并结合电池健康状态对动力电池的充电电压以及充放电功率进行线性控制，避免出现电池容量出现跳水式下降，提升驾乘感受。
电池的吞吐量和SOH以及使用时间是积分上涨，上涨速率均是线性的，在执行安全策略过程中，充放电功率=初始功率×SOH，即得功率控制是线性的。
充电电压是根据使用时间和循环周期（吞吐量）进行限制的，变化系数（使用时间和循环周期）均是线性的，所以说充电电压下降是线性的。
为了执行上述实施例对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种动力电池全生命周期安全控制系统，包括：影响因素确定模块、获取模块、控制策略制定模块、识别模块、循环工况控制策略执行模块和存储工况控制策略执行模块。
影响因素确定模块，用于确定影响正极片与电解液反应放热峰值的因素。
获取模块，用于获取电芯内阻增长率和动力电池在使用期间内的容量衰减率。
控制策略制定模块，用于根据所述影响正极片与电解液反应放热峰值的因素、所述电芯内阻增长率和所述容量衰减率，制定循环工况控制策略和存储工况控制策略；所述循环工况控制策略包括：降低充电电流，降低动力电池的充电截止电压，以及电芯内阻增长率采用预设温度区间内的循环内阻增长率；所述存储工况控制策略包括：降低充电电流以及降低动力电池的充电截止电压。
识别模块，用于在动力电池全生命周期中实时识别动力电池运行状态。
循环工况控制策略执行模块，用于若识别的动力电池运行状态为充放电状态，则执行循环工况控制策略。
存储工况控制策略执行模块，用于若识别的动力电池运行状态为搁置状态，则执行存储工况控制策略。
该动力电池全生命周期安全控制系统可以特指动力电池管理系统，也可以为动力电池管理系统以外的控制或管理系统。
本发明实施例提供的动力电池全生命周期安全控制系统与上述实施例所述的动力电池全生命周期安全控制方法，其工作原理和有益效果类似，故此处不再详述，具体内容可参见上述方法实施例的介绍。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并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如上述的动力电池全生命周期安全控制方法。
此外，上述的存储器中的计算机程序通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
进一步地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述的动力电池全生命周期安全控制方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种动力电池全生命周期安全控制方法，其特征在于，包括：
确定影响正极片与电解液反应放热峰值的因素；
获取电芯内阻增长率和动力电池在使用期间内的容量衰减率；
根据所述影响正极片与电解液反应放热峰值的因素、所述电芯内阻增长率和所述容量衰减率，制定循环工况控制策略和存储工况控制策略；所述循环工况控制策略包括：降低充电电流，降低动力电池的充电截止电压，以及电芯内阻增长率采用预设温度区间内的循环内阻增长率；所述存储工况控制策略包括：降低充电电流以及降低动力电池的充电截止电压；
在动力电池全生命周期中实时识别动力电池运行状态；
若识别的动力电池运行状态为充放电状态，则执行循环工况控制策略；
若识别的动力电池运行状态为搁置状态，则执行存储工况控制策略。
2.根据权利要求1所述的动力电池全生命周期安全控制方法，其特征在于，所述影响正极片与电解液反应放热峰值的因素包括：电池健康状态和电芯电压。
3.根据权利要求1所述的动力电池全生命周期安全控制方法，其特征在于，获取电芯内阻增长率和动力电池在使用期间内的容量衰减率，具体包括：
根据动力电池在高温循环测试中的内阻变化曲线确定电芯内阻增长率；
根据电芯的日历寿命测试数据，仿真确定动力电池在使用期间内的容量衰减率。
4.根据权利要求1所述的动力电池全生命周期安全控制方法，其特征在于，循环工况控制策略中的降低充电电流，具体包括：将充电电流幅度降低至电芯内阻增长率与容量衰减率中最大值的m倍；其中，m为正数；
循环工况控制策略中的降低动力电池的充电截止电压，具体包括：令动力电池每次充放电下降0.05%-0.1%的荷电状态；
所述预设温度区间为43℃- 47℃。
5.根据权利要求1所述的动力电池全生命周期安全控制方法，其特征在于，所述存储工况控制策略中的降低充电电流，具体包括：将充电电流幅度降低至电芯内阻增长率与容量衰减率中的最大值；
所述存储工况控制策略中的降低动力电池的充电截止电压，具体包括：令动力电池每年降1%的荷电状态。
6.根据权利要求1所述的动力电池全生命周期安全控制方法，其特征在于，所述识别动力电池运行状态，具体包括：
动力电池管理系统通过读取动力电池的健康状态和电芯吞吐量，确定动力电池运行状态。
7.一种动力电池全生命周期安全控制系统，其特征在于，包括：
影响因素确定模块，用于确定影响正极片与电解液反应放热峰值的因素；
获取模块，用于获取电芯内阻增长率和动力电池在使用期间内的容量衰减率；
控制策略制定模块，用于根据所述影响正极片与电解液反应放热峰值的因素、所述电芯内阻增长率和所述容量衰减率，制定循环工况控制策略和存储工况控制策略；所述循环工况控制策略包括：降低充电电流，降低动力电池的充电截止电压，以及电芯内阻增长率采用预设温度区间内的循环内阻增长率；所述存储工况控制策略包括：降低充电电流以及降低动力电池的充电截止电压；
识别模块，用于在动力电池全生命周期中实时识别动力电池运行状态；
循环工况控制策略执行模块，用于若识别的动力电池运行状态为充放电状态，则执行循环工况控制策略；
存储工况控制策略执行模块，用于若识别的动力电池运行状态为搁置状态，则执行存储工况控制策略。
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并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如权利要求1至6中任一项所述的动力电池全生命周期安全控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的动力电池全生命周期安全控制方法。
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