評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法，包括獲取電池的歷史充電記錄和歷史健康狀態(tài)信息；評估電池當前的健康狀態(tài)信息；根據(jù)電池當前的健康狀態(tài)信息和電池衰退樣本庫預測不同充電工況組合下的電池的預期使用壽命；根據(jù)預期使用壽命選擇充電控制參數(shù)組合；根據(jù)充電控制參數(shù)組合控制功率源的充電電流；根據(jù)電池的電壓和電流特征計算電池的剩余電量，根據(jù)剩余電量和充電控制參數(shù)計算剩余充電時間；向用戶提供電池健康狀態(tài)評估報告，并存儲本次充電信息。本發(fā)明還公開了一種評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的系統(tǒng)。本發(fā)明使駕駛者能了解所選充電模式下的電池的健康狀態(tài)，從而選擇合適的充電模式。
【專利說明】評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種評估充電行為對電池健康狀況的影響的方法，尤其涉及一種評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法，本發(fā)明還涉及一種評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛的車輛，由于其對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，符合新型能源發(fā)展要求，是解決能源和環(huán)境問題的重要手段，因而是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
[0003]在電動汽車的各部件中，電動汽車的電池是電動汽車發(fā)展的首要關鍵，應用于電動車的電池應該滿足成本低、容量大、壽命長及安全性好這四大要求。然而，由于目前的電化學儲能技術尚不成熟，所生產(chǎn)的電池偶發(fā)的意外燃燒事故以及生產(chǎn)質(zhì)量參差不齊導致電動汽車的發(fā)展有所停滯。因此，目前很多研發(fā)集中在電池的材料穩(wěn)定性和制造可靠性的方面，而對于評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響方面沒有涉及。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法和系統(tǒng)，其可根據(jù)駕駛者選擇的充電模式對電動汽車電池的健康狀況進行評估和顯示，以使駕駛者了解所選充電模式下的電池的健康狀態(tài)，從而指導駕駛者選擇合適的充電模式。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法，所述方法包括以下步驟:
[0006]第一步，獲取電池的歷史充電記錄和歷史健康狀態(tài)信息；
[0007]第二步，評估電池當前的健康狀態(tài)信息；
[0008]第三步，根據(jù)電池當前的健康狀態(tài)信息和電池衰退樣本庫預測不同充電工況組合下的電池的預期使用壽命；
[0009]第四步，根據(jù)電池的預期使用壽命選擇充電控制參數(shù)組合；
[0010]第五步，根據(jù)充電控制參數(shù)組合控制功率源的充電電流；
[0011 ] 第六步，根據(jù)電池的電壓和電流特征計算電池的剩余電量，根據(jù)剩余電量和充電控制參數(shù)計算剩余充電時間；
[0012]第七步，向用戶提供電池健康狀態(tài)評估報告，并存儲本次充電信息。
[0013]進一步地，所述歷史充電記錄包括歷史充電的次數(shù)、歷史充電時長、歷史充電起始和終止電量、歷史充電電流和歷史充電溫度。
[0014]進一步地，所述充電工況組合包括充電電流、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、充電終止電荷量。
[0015]進一步地，所述充電控制參數(shù)組合包括充電電流曲線、恒流充電起始電壓、恒壓充電起始電壓和終止電流、激勵充電電流、激勵間隔時間、充電終止電壓。
[0016]進一步地，所述電池健康狀態(tài)評估報告包括電池滿充電荷、電池內(nèi)阻、電池不平衡參數(shù)、電池剩余壽命，以及相應的維護和使用建議。
[0017]本發(fā)明還提供了一種評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括充電樁，所述充電樁與電動汽車連接，所述充電樁包括電池充電控制模塊、電池狀態(tài)特征提取模塊、電池健康狀態(tài)分析模塊；
[0018]其中，所述電池充電控制模塊與電動汽車的電池連接，用于獲取電池的歷史充電記錄和歷史健康狀態(tài)信息；所述電池狀態(tài)特征提取模塊與所述電池充電控制模塊連接，用于提取電池的狀態(tài)特征；所述電池健康狀態(tài)分析模塊與所述電池狀態(tài)特征提取模塊連接，用于計算電池組當前的健康狀態(tài)信息。
[0019]進一步地，所述系統(tǒng)還包括電池衰退樣本庫和電池測試模型庫，所述電池衰退樣本庫存儲有電池在不同充電參數(shù)下的衰退模型、模型參數(shù)和預期使用壽命；所述電池測試模型庫與所述電池衰退樣本庫和所述電池健康狀態(tài)分析模塊分別連接，所述電池測試模型庫存儲有充電控制參數(shù)，并能根據(jù)所述當前的健康狀態(tài)信息和所述電池衰退樣本庫預測不同充電工況組合下電池的預期使用壽命；所述電池測試模型庫還與所述電池充電控制模塊連接，所述電池充電控制模塊根據(jù)所述電池的預期使用壽命和環(huán)境參數(shù)從所述電池測試模型庫中選擇充電控制參數(shù)組合。
[0020]進一步地，所述系統(tǒng)還包括充電系統(tǒng)功率源、剩余電量和剩余充電時間分析模塊，所述充電系統(tǒng)功率源、所述剩余電量和剩余充電時間分析模塊分別與所述電池充電控制模塊相連；所述電池充電控制模塊根據(jù)所述充電控制參數(shù)控制功率源的充電電流，所述剩余電量和剩余充電時間分析模塊根據(jù)電池的電壓和電流特征計算電池的剩余電量，根據(jù)剩余電量和充電控制參數(shù)計算剩余充電時間。
[0021]進一步地，所述系統(tǒng)還包括充電信息顯示模塊和評估報告生成模塊；
[0022]其中，所述充電信息顯示模塊與所述充電系統(tǒng)功率源相連，用于顯示充電過程中的充電功率、電池組電壓、剩余充電時間、電池溫度和充電費用；
[0023]所述評估報告生成模塊與所述電池充電控制模塊、所述電池狀態(tài)特征提取模塊、所述電池健康狀態(tài)分析模塊分別相連，用于生成電池健康狀態(tài)評估報告，并提出相應的維護和使用建議。
[0024]進一步地，所述充電控制參數(shù)是所述電池測試模型庫通過控制充電電流、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、充電終止電荷量建立的電池在不同充電參數(shù)下的衰退模型參數(shù)和充放電壽命周期參數(shù)。
[0025]因此，本發(fā)明的評估充電行為對電池健康狀況的影響的方法和系統(tǒng)通過對電池不同充電工況組合下的預期使用壽命進行評估，用戶(或者說駕駛者)根據(jù)預期使用壽命選擇充電控制參數(shù)組合(即充電模式)，然后根據(jù)駕駛者選擇的充電模式對電動汽車電池的健康狀況進行評估和顯示，以使駕駛者了解所選充電模式下的電池的健康狀態(tài)，從而指導駕駛者選擇合適的充電模式。本發(fā)明的評估充電行為對電池健康狀況的影響的系統(tǒng)可設置在充電站等地，操作簡單，準確度高，響應速度快。
[0026]以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的一個較佳實施例的評估充電行為對電池健康狀況的影響的系統(tǒng)的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，本發(fā)明的一個較佳實施例提供了一種評估充電行為對電池健康狀況的影響的系統(tǒng)，包括充電樁，充電樁與電動汽車連接，充電樁包括電池充電控制模塊101、電池狀態(tài)特征提取模塊102、電池健康狀態(tài)分析模塊103。
[0029]其中，電池充電控制模塊101與電動汽車的電池連接，用于獲取電池的歷史充電記錄和歷史健康狀態(tài)信息；電池狀態(tài)特征提取模塊102與電池充電控制模塊101連接，用于提取電池的狀態(tài)特征；電池健康狀態(tài)分析模塊103與電池狀態(tài)特征提取模塊102連接，用于根據(jù)電池的狀態(tài)特征以及電池的歷史充電記錄和歷史健康狀態(tài)信息，并通過數(shù)據(jù)融合算法計算電池組當前的健康狀態(tài)信息。這里可以使用的數(shù)據(jù)融合算法包括:主成分分析法(PCA-T2)，高斯混合模型，自組織映射圖-最小量化差，邏輯遞歸，模糊邏輯等算法，以及最小二階乘法的參數(shù)擬合等。
[0030]本實施例中，電池的歷史充電記錄包括歷史充電的次數(shù)、歷史充電時長、歷史充電起始和終止電量、歷史充電電流和歷史充電溫度。健康狀態(tài)信息包括電池組中每節(jié)電池的滿充電荷、內(nèi)阻和不平衡參數(shù)。電池的狀態(tài)特征包括電池組的滿充電荷量、電池組的總電壓和總內(nèi)阻、單節(jié)電池滿充電荷量和內(nèi)阻，以及單節(jié)電池之間的電荷量、內(nèi)阻差異、溫度差異等特征。
[0031]本實施例的評估充電行為對電池健康狀況的影響的系統(tǒng)還包括電池衰退樣本庫104和電池測試模型庫104，電池衰退樣本庫104存儲有電池在不同充電參數(shù)下的衰退模型、模型參數(shù)和預期使用壽命；電池測試模型庫105與電池衰退樣本庫104和電池健康狀態(tài)分析模塊103分別連接，電池測試模型庫105存儲有充電控制參數(shù)，并能根據(jù)當前的健康狀態(tài)信息和電池衰退樣本庫104預測不同充電工況組合下電池的預期使用壽命。
[0032]具體來說，預測電池的使用壽命的過程首先是確定電池的失效標準，即電阻上升、容量衰退、電池組不均衡等故障模式的控制極限值，隨后根據(jù)健康評估結果判斷上述參數(shù)的當前狀況和歷史狀態(tài)，變化趨勢的基礎上進行預測，算法包括:(I)基于時間序列的“自回歸移動平均(ARMA) ”模型；(2)根據(jù)普適衰退模型y = exp(-f(x))和歷史數(shù)值擬合該模型的參數(shù)，再計算到達邊界值的時間。
[0033]上述普適衰退模型y = exp (_f (x))中，y既可以表示可靠性(0_100 % )，也可是表示一個具體的物理參數(shù)(如滿沖電量等)。其中f(t)可以使用不同的核函數(shù)表達，最簡單的表述是線性關系:
[0034]f (t) = (a1x1+a2x2+a3x3 ) t+b
[0035]其中的xn指的是衰退負荷參數(shù)(stress factor),在這里可以是充電模式、充電溫度、充電時間等。an是該模型中需要通過歷史數(shù)據(jù)擬合的模型參數(shù)。在有了模型參數(shù)之后，將負荷參數(shù)(其實就是使用行為和工況)輸入進入模型就可以預測未來的衰退。
[0036]電池測試模型庫105還與電池充電控制模塊101連接，電池充電控制模塊101根據(jù)電池的預期使用壽命和環(huán)境參數(shù)從電池測試模型庫105中選擇相應的充電控制參數(shù)組合。本實施例中，充電控制參數(shù)是電池測試模型庫105通過控制充電電流、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、充電終止電荷量，所建立的電池在不同充電參數(shù)下的衰退模型參數(shù)和充放電壽命周期參數(shù)。
[0037]本實施例的評估充電行為對電池健康狀況的影響的系統(tǒng)還包括充電系統(tǒng)功率源107、剩余電量和剩余充電時間分析模塊106。其中，充電系統(tǒng)功率源107、剩余電量和剩余充電時間分析模塊106分別與電池充電控制模塊101相連，電池充電控制模塊101根據(jù)選取的充電控制參數(shù)控制功率源的充電電流，剩余電量和剩余充電時間分析模塊根據(jù)電池的電壓和電流特征計算電池的剩余電量，然后根據(jù)剩余電量和充電控制參數(shù)計算剩余充電時間。
[0038]本實施例的評估充電行為對電池健康狀況的影響的系統(tǒng)還包括充電信息顯示模塊108和評估報告生成模塊109。其中，充電信息顯示模塊108與充電系統(tǒng)功率源107相連，用于顯示充電過程中的充電功率、電池組電壓、剩余充電時間、電池溫度和充電費用。充電信息顯示模塊108可以是車載顯示屏或移動終端。評估報告生成模塊109與電池充電控制模塊101、電池狀態(tài)特征提取模塊102和電池健康狀態(tài)分析模塊103分別相連，用于生成電池健康狀態(tài)評估報告，包括電池滿充電荷、電池內(nèi)阻、電池不平衡參數(shù)、電池剩余壽命等信息，并提出相應的維護和使用建議。
[0039]本實施例的評估充電行為對電池健康狀況的影響的系統(tǒng)的工作過程如下:
[0040]第一步，使用者將電動汽車與充電樁相連，電動車端的信息將載入充電樁中的電池充電控制模塊101，同時電池充電控制模塊101提取電動汽車的電池的歷史充電記錄和歷史健康狀態(tài)信息。
[0041]第二步，充電樁中的電池特征提取模塊102提取電池狀態(tài)特征，電池健康狀態(tài)分析模塊103根據(jù)該電池狀態(tài)特征以及電池的歷史充電記錄和歷史健康狀態(tài)信息來評估電池當前的健康狀態(tài)信息。
[0042]第三步，電池測試模型庫105根據(jù)電池當前的健康狀態(tài)信息和電池衰退樣本庫104預測不同充電工況組合下的電池的預期使用壽命。
[0043]第四步，電池充電控制模塊101根據(jù)電池的預期使用壽命選擇充電控制參數(shù)組八口 ο
[0044]第五步，電池充電控制模塊101根據(jù)控制參數(shù)組合控制功率源充電電流。
[0045]第六步，剩余電量和剩余充電時間分析模塊106根據(jù)電池的電壓和電流特征計算電池的剩余電量，并根據(jù)剩余電量和充電控制參數(shù)計算剩余充電時間。
[0046]第七步，充電完成后，評估報告生成模塊109向用戶提供電池健康狀態(tài)評估報告，并提出相應的維護和使用建議。另外，本次充電信息將存儲在電池測試模型庫105中。
[0047]在上述充電過程中，充電過程中的信息包括充電功率、電池組電壓、剩余充電時間、電池溫度和充電費用通過充電信息顯示模塊108實時提供給用戶。
[0048]以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，獲取電池的歷史充電記錄和歷史健康狀態(tài)信息； 第二步，評估電池當前的健康狀態(tài)信息； 第三步，根據(jù)電池當前的健康狀態(tài)信息和電池衰退樣本庫預測不同充電工況組合下的電池的預期使用壽命； 第四步，根據(jù)電池的預期使用壽命選擇充電控制參數(shù)組合； 第五步，根據(jù)充電控制參數(shù)組合控制功率源的充電電流； 第六步，根據(jù)電池的電壓和電流特征計算電池的剩余電量，根據(jù)剩余電量和充電控制參數(shù)計算剩余充電時間； 第七步，向用戶提供電池健康狀態(tài)評估報告，并存儲本次充電信息。
2.如權利要求1所述的評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法，其特征在于，所述歷史充電記錄包括歷史充電的次數(shù)、歷史充電時長、歷史充電起始和終止電量、歷史充電電流和歷史充電溫度。
3.如權利要求1所述的評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法，其特征在于，所述充電工況組合包括充電電流、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、充電終止電荷量。
4.如權利要求1所述的評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法，其特征在于，所述充電控制參數(shù)組合包括充電電流曲線、恒流充電起始電壓、恒壓充電起始電壓和終止電流、激勵充電電流、激勵間隔時間、充電終止電壓。
5.如權利要求1所述的評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的方法，其特征在于，所述電池健康狀態(tài)評估報告包括電池滿充電荷、電池內(nèi)阻、電池不平衡參數(shù)、電池剩余壽命，以及相應的維護和使用建議。
6.一種評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的系統(tǒng)，其特征在于，包括充電樁，所述充電樁與電動汽車連接，所述充電樁包括電池充電控制模塊、電池狀態(tài)特征提取模塊、電池健康狀態(tài)分析模塊； 其中，所述電池充電控制模塊與電動汽車的電池連接，用于獲取電池的歷史充電記錄和歷史健康狀態(tài)信息；所述電池狀態(tài)特征提取模塊與所述電池充電控制模塊連接，用于提取電池的狀態(tài)特征；所述電池健康狀態(tài)分析模塊與所述電池狀態(tài)特征提取模塊連接，用于計算電池組當前的健康狀態(tài)信息。
7.如權利要求6所述的評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括電池衰退樣本庫和電池測試模型庫，所述電池衰退樣本庫存儲有電池在不同充電參數(shù)下的衰退模型、模型參數(shù)和預期使用壽命；所述電池測試模型庫與所述電池衰退樣本庫和所述電池健康狀態(tài)分析模塊分別連接，所述電池測試模型庫存儲有充電控制參數(shù)，并能根據(jù)所述當前的健康狀態(tài)信息和所述電池衰退樣本庫預測不同充電工況組合下電池的預期使用壽命；所述電池測試模型庫還與所述電池充電控制模塊連接，所述電池充電控制模塊根據(jù)所述電池的預期使用壽命和環(huán)境參數(shù)從所述電池測試模型庫中選擇充電控制參數(shù)組合。
8.如權利要求7所述的評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括充電系統(tǒng)功率源、剩余電量和剩余充電時間分析模塊，所述充電系統(tǒng)功率源、所述剩余電量和剩余充電時間分析模塊分別與所述電池充電控制模塊相連；所述電池充電控制模塊根據(jù)所述充電控制參數(shù)控制功率源的充電電流，所述剩余電量和剩余充電時間分析模塊根據(jù)電池的電壓和電流特征計算電池的剩余電量，根據(jù)剩余電量和充電控制參數(shù)計算剩余充電時間。
9.如權利要求8所述的評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括充電信息顯示模塊和評估報告生成模塊； 其中，所述充電信息顯示模塊與所述充電系統(tǒng)功率源相連，用于顯示充電過程中的充電功率、電池組電壓、剩余充電時間、電池溫度和充電費用； 所述評估報告生成模塊與所述電池充電控制模塊、所述電池狀態(tài)特征提取模塊、所述電池健康狀態(tài)分析模塊分別相連，用于生成電池健康狀態(tài)評估報告，并提出相應的維護和使用建議。
10.如權利要求7所述的評估充電行為對電動汽車電池健康狀況的影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述充電控制參數(shù)是所述電池測試模型庫通過控制充電電流、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、充電終止電荷量建立的電池在不同充電參數(shù)下的衰退模型參數(shù)和充放電壽命周期參數(shù)。
【文檔編號】G01R31/36GK104459552SQ201410709468
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權日:2014年11月28日
【發(fā)明者】李 杰, 劉宗長, 張志剛 申請人:上海交通大學, 上海紫竹新興產(chǎn)業(yè)技術研究院