本發(fā)明涉及一種鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種基于恒流充電階段等壓升時間間隔的鋰離子電池剩余循環(huán)壽命在線快速預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

鋰電池基于其重量輕、能量密度大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，但在使用過程中鋰電池性能的逐漸衰退和失效可能帶來嚴(yán)重的后果，實(shí)踐過程中我們可以通過電池剩余循環(huán)壽命預(yù)測來避免這些損失。現(xiàn)有的鋰電池剩余循環(huán)壽命預(yù)測主要包括粒子濾波、dempster-shafer證據(jù)理論、bayes、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、非線性自回歸、高斯過程回歸等方法。這些方法的主要思想是利用離線數(shù)據(jù)建立鋰離子電池退化特征量(容量、內(nèi)阻等)隨充電循環(huán)次數(shù)退化的過程模型，再根據(jù)在線測得的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，進(jìn)而預(yù)測剩余循環(huán)壽命。但是存在受外界影響大，算法復(fù)雜，實(shí)時性差等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供基于cccv恒流充電時間的鋰離子電池剩余循環(huán)壽命在線預(yù)測方法，它能夠?qū)φ谑褂弥械碾姵?如車載電池)進(jìn)行剩余循環(huán)壽命快速預(yù)測，有效提高鋰離子電池剩余循環(huán)壽命預(yù)測精度，改善電池的使用和維護(hù)效率，延長電池的使用時間，減少鋰離子電池在使用中的突發(fā)失效風(fēng)險。

一種鋰電池剩余循環(huán)壽命估計(jì)方法，包括離線構(gòu)建等壓升時間長度對照表和在線預(yù)測剩余循環(huán)壽命兩個階段，其中：

所述離線構(gòu)建等壓升時間長度對照表階段的具體步驟包括：(1)在實(shí)驗(yàn)室條件下，將鋰電池剩余電量放空，即放電至放電截止電壓；(2)將對鋰電池的恒流恒壓充電至滿然后恒流放電至空作為一個充放電循環(huán)，對多個同型鋰離子電池進(jìn)行全壽命的充放電循環(huán)實(shí)驗(yàn)，獲取鋰離子電池在各充放電循環(huán)下的恒流充電階段的數(shù)據(jù)；(3)將鋰離子電池在恒流充電過程中電壓從最小值上升到最大值所經(jīng)歷的電壓區(qū)間，等間隔劃分為設(shè)定數(shù)量的等壓升區(qū)間；(4)根據(jù)電池恒流充電過程的數(shù)據(jù)，獲得電壓隨充電時間變化數(shù)據(jù)，確定各電池在各充電循環(huán)中每個等壓升區(qū)間所經(jīng)歷的時間間隔；(5)構(gòu)建該型電池在給定充電電流下全壽命的等壓升時間長度對照表，表中記錄充放電循環(huán)次數(shù)，以及在各充放電循環(huán)次數(shù)下，各等壓升區(qū)間對應(yīng)的時間間隔；

所述在線預(yù)測剩余循環(huán)壽命具體步驟包括：(1)在實(shí)際工作環(huán)境下對待檢測的鋰離子電池的充電過程實(shí)時監(jiān)測，得到電池充電階段的數(shù)據(jù)；(2)對電池充電階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到電池在恒流充電過程中所經(jīng)歷的電壓上升區(qū)間d及其對應(yīng)的時間間隔t0；(3)根據(jù)恒流充電階段的電壓上升區(qū)間d選擇所述對照表中與之匹配的等壓升區(qū)間所在列，然后根據(jù)等壓升區(qū)間所在列的各行參數(shù)確定與時間間隔t0相匹配的充放電循環(huán)次數(shù)，由此確定鋰電池的剩余壽命。

較佳的，在離線構(gòu)建等壓升時間長度對照表階段，對每個等壓升區(qū)間根據(jù)試驗(yàn)中實(shí)際測量的各充放電循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的時間間隔數(shù)列，估算其對應(yīng)的等壓升區(qū)間的時間間隔所服從的隨機(jī)分布函數(shù)的參數(shù)，即均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

在所述在線預(yù)測剩余循環(huán)壽命階段，測試得到電壓上升區(qū)間d以及對應(yīng)的時間間隔t0；當(dāng)電壓上升區(qū)間d正好覆蓋所述對照表中的一個等壓升區(qū)間時，確定該等壓升區(qū)間在各個充電循環(huán)次數(shù)下的均值和標(biāo)準(zhǔn)差然后找到其中一個充放電循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差使得似然函數(shù)取最大值，則找到的這個充放電循環(huán)次數(shù)即為該電池健康狀態(tài)目前等效的充放電循環(huán)數(shù)n0。

較佳的，在離線構(gòu)建等壓升時間長度對照表階段，對每個等壓升區(qū)間根據(jù)試驗(yàn)中實(shí)際測量的各充放電循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的時間間隔數(shù)列，估算其對應(yīng)的等壓升區(qū)間的時間間隔所服從的隨機(jī)分布函數(shù)的參數(shù)，即均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

在所述在線預(yù)測剩余循環(huán)壽命階段，測試得到電壓上升區(qū)間d以及對應(yīng)的時間間隔t0；當(dāng)電壓上升區(qū)間d包含了不止一個所述對照表中的等壓升區(qū)間時，根據(jù)正態(tài)分布的可加性,由d所包含的電壓上升區(qū)間的分布函數(shù)通過正態(tài)分布加法運(yùn)算獲得d所對應(yīng)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差其中，第n次循環(huán)下的均值為所包含的該循環(huán)次數(shù)下等壓升區(qū)間的均值之和，第n次循環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)差為所包含的該循環(huán)次數(shù)下等壓升區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)差的平方和的開方；根據(jù)測試得到的時間間隔長度t0以及計(jì)算得到的均值和標(biāo)準(zhǔn)差建立似然函數(shù)采用極大似然判別方法，確定該電池健康狀態(tài)目前等效的充放電循環(huán)數(shù)n0，即：

較佳的，所述對照表中橫坐標(biāo)為等壓升區(qū)間的序號，對照表縱坐標(biāo)為充放電循環(huán)次數(shù)，對照表中對應(yīng)的每個行、列交叉處為在給定等壓升區(qū)間、給定充放電循環(huán)次數(shù)時，對應(yīng)的壓升時間長度分布函數(shù)的參數(shù)。

較佳的，該鋰離子電池的剩余循環(huán)壽命預(yù)測結(jié)果為全壽命標(biāo)稱值n減去該等效循環(huán)數(shù)n0，剩余壽命的預(yù)測值為

較佳的，所述設(shè)定數(shù)量的等壓升區(qū)間為>100個。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明所提出的方法，是使用鋰電池cccv充電過程中的恒流充電階段數(shù)據(jù)，通過計(jì)算電池電壓從一個電壓值上升到下一個電壓值所消耗的時間構(gòu)建等壓升充電時間對照表，再通過極大似然估計(jì)法給出一定置信度下電池的剩余循環(huán)壽命，進(jìn)而估算出電池的soh。此方法較直觀的反映了電池健康狀態(tài)的變化，方便進(jìn)行電池剩余循環(huán)壽命的預(yù)測。本發(fā)明能夠提高鋰離子電池剩余循環(huán)壽命在線預(yù)測的精度和可信度、提高在線預(yù)測的實(shí)時性，降低鋰電池使用風(fēng)險。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的剩余循環(huán)壽命在線快速預(yù)測流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施中恒流充電曲線電壓升區(qū)間劃分示意圖，[vk-1,vk]為第k個壓升區(qū)間；表示給定等壓升區(qū)間[vk-1,vk]時，第i個電池的第n1個充電循環(huán)試驗(yàn)中經(jīng)歷的壓升時間；表示給定等壓升區(qū)間[vk-1,vk]時第i個電池的第n2個放電循環(huán)試驗(yàn)中經(jīng)歷的壓升時間，v0為電壓下限，電壓上限為4.2v。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

下面結(jié)合圖1、圖2和表1對本發(fā)明的實(shí)施方式做詳細(xì)說明。本發(fā)明采用的方法是以電池充電過程中恒流充電階段數(shù)據(jù)片段在特定的電壓升區(qū)間所經(jīng)歷的時間長度來估測電池已經(jīng)進(jìn)行的充放電循環(huán)次數(shù)，進(jìn)而估算電池的剩余循環(huán)壽命。本發(fā)明具體實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案。它的預(yù)測方法包括離線構(gòu)造對照表和在線預(yù)測剩余循環(huán)壽命兩個階段：

第一階段，離線構(gòu)建等壓升時間長度對照表。(1)在實(shí)驗(yàn)室條件下將多個同型鋰離子電池以恒流放電的方式將電池的電壓調(diào)整至電壓下限，放電電流設(shè)置為1c；(2)對電池進(jìn)行全壽命充放電實(shí)驗(yàn)，每個充放電循環(huán)采用恒流恒壓充電至滿和恒流放電至空的方式進(jìn)行，獲取該型鋰離子電池在全壽命中各充電循環(huán)下的恒流充電階段電壓隨充電時間變化數(shù)據(jù)，充電電流i設(shè)置為0.5c，放電電流設(shè)置為1c。(3)對電池的恒流充電電壓區(qū)間段按照等間隔劃分方法，得到m個等壓升區(qū)間(m≥100)，劃分的電壓節(jié)點(diǎn)記為v0,v1,v2,…,vm，其中v0為電壓下限，vm＝4.2v；(4)根據(jù)恒流充電過程記錄的電壓隨充電時間變化的數(shù)據(jù)，確定該型電池各個充電循環(huán)在給定的壓升區(qū)間[vk-1,vk]所消耗的時間長度，記為其中上標(biāo)i表示第i個電池，下標(biāo)k表示第k個壓升區(qū)間(k＝1，2，…，m)，下標(biāo)n表示第n個充放電循環(huán)(n＝1，2，…，n)。根據(jù)數(shù)列可以估算其對應(yīng)的等壓升時間間隔變量tk,n的隨機(jī)分布參數(shù)(均值μk,n和標(biāo)準(zhǔn)差σk,n)；(5)根據(jù)每個壓升區(qū)間時間間隔變量tk,n服從的隨機(jī)分布函數(shù)構(gòu)建電池全壽命等壓升時間長度分布列表，表格橫坐標(biāo)為等壓升區(qū)間序號(1～m)，表格縱坐標(biāo)為充放電循環(huán)數(shù)(1～n)，表格中對應(yīng)的每個格子(行列交叉處)為在給定的等壓升區(qū)間[vk-1,vk]、恒流充電電流i和充放電循環(huán)數(shù)n時，對應(yīng)的壓升時間長度所服從的分布函數(shù)的參數(shù)均值μk,n和標(biāo)準(zhǔn)差σk,n)。

表1鋰離子電池全壽命等壓升時間長度分布列表

第二階段，在線預(yù)測剩余循環(huán)壽命。具體步驟包括：(1)根據(jù)鋰離子電池在實(shí)際工作環(huán)境下實(shí)時監(jiān)測得到的充電電流數(shù)據(jù)序列及其對應(yīng)的充電電壓數(shù)據(jù)序列，提取恒流充電階段電流數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)；(2)對恒流充電階段數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取恒流充電過程中經(jīng)歷的電壓升區(qū)間段節(jié)點(diǎn)及其使用的時間長度t0；(3)根據(jù)恒流充電階段數(shù)據(jù)的壓升區(qū)間選定離線對照表中的對應(yīng)列。其中，當(dāng)正好覆蓋一個電壓升區(qū)間時，則選定的列為列表中對應(yīng)的壓升區(qū)間列；

當(dāng)包含了多個壓升區(qū)間時，則根據(jù)正態(tài)分布的可加性可以由其所包含的壓升區(qū)間的分布函數(shù)通過正態(tài)分布加法運(yùn)算獲得所對應(yīng)的正態(tài)分布參數(shù)(例如，包含了和兩個區(qū)間，則這兩個小區(qū)間合并而成的壓升區(qū)間所對應(yīng)的充電時間長度的正態(tài)分布參數(shù)估計(jì)結(jié)果為即n＝1,2,…,n；若跨越三個或更多的壓升區(qū)間，可采用類似方法得到正態(tài)分布參數(shù)估計(jì))；(4)根據(jù)測試得到的壓升間隔時間長度t0，采用極大似然判別方法，確定該電池健康狀態(tài)目前等效的充放電循環(huán)數(shù)n0，即n0是使得似然函數(shù)取到最大值時所對應(yīng)的循環(huán)數(shù)n，其中，為電壓升時間間隔隨機(jī)分布的似然函數(shù)值，該鋰離子電池的剩余循環(huán)壽命預(yù)測結(jié)果為全壽命標(biāo)稱值n減去該等效循環(huán)數(shù)n0。

本發(fā)明提出的等壓升時間間隔數(shù)據(jù)是表征鋰離子電池健康程度的特征指標(biāo)，電池老化程度越大，則經(jīng)歷相同的壓升所需時間越短。

本發(fā)明提出的基于恒流充電曲線等壓升間隔劃分方法、構(gòu)建壓升時間長度分布列表庫的預(yù)測方法，通過對電池恒流充電曲線的跟蹤構(gòu)建對照表，在線應(yīng)用時只需提取恒流充電片段數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的分段處理，無需經(jīng)過訓(xùn)練即可進(jìn)行剩余循環(huán)壽命預(yù)測，可以在恒流充電過程中任意一個壓升區(qū)間段實(shí)現(xiàn)剩余循環(huán)壽命在線快速預(yù)測。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。