一种预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的方法及系统与流程

本发明涉及电池储能技术领域，并且更具体地，涉及一种预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的方法及系统。

背景技术

动力电池在电动汽车上刚开始使用时，电池的性能较好，且电池之间的一致性也比较好，随着使用时间的增加，动力电池的性能不断衰退，电池之间的性能差异越越来越大。当这些电池的性能不能满足电动汽车的应用需求时，从电动汽车上退役下来，可以应用于对电池性能要求较低、应用工况相对温和的场合，实现动力电池的梯次利用。

动力电池梯次利用属于其全寿命周期的后期，随着电池内部晶体结构的变化，电解液的消耗，可能会出现个别梯次利用电池容量快速衰减的情况，这将严重电池系统运行的可靠性和安全性。目前对电池运行过程中主要是监控其电压和温度，而这两个参数不能很好的预测电池的加速衰减。因此，对于梯次利用动力电池，针对其在使用过程中可能出现的容量快速衰减，需要开发有效的预测方法，来提升梯次利用电池系统的可靠性和安全性。

技术实现要素：

本发明提出一种预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的方法及系统，以解决如何预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤,1，在所述梯次利用动力电池的首次放电过程中，分别计算当电压达到多个不同的预设放电电压阈值后的在预设时间段内的电压变化量和容量变化量，作为基准电压变化量和基准容量变化量；

步骤2，分别计算在所述梯次利用动力电池的首次放电过程中的，在相同的预设放电电压阈值对应的电压变化量和容量变化量的比值，作为基准比值；

步骤3，在所述梯次利用动力电池的下一次放电过程中，分别计算当电压达到多个不同的预设放电电压阈值后的在预设时间段内的电压变化量和容量变化量，作为第一电压变化量和第一容量变化量；

步骤4，分别计算在所述梯次利用动力电池的下一次放电过程中的，在相同的预设放电电压阈值对应的电压变化量和容量变化量的比值，作为第一比值；

步骤5，对于多个不同的放电电压阈值中的任意一个，计算相同的预设放电电压阈值对应的第一比值和基准比值的比值作为第二比值，并判断所述第二比值是否满足大于等于预设判断阈值，若满足，则预测所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段；反之，返回步骤3。

优选地，其中所述梯次利用动力电池为磷酸铁锂电池或三元材料电池。

优选地，其中当所述梯次利用动力电池为磷酸铁锂电池时，多个不同的预设放电电压阈值为：3.30v、3.25v、3.20v、3.15v和3.10v，预设时间段为2分钟，预设判断阈值为1.05。

优选地，其中当所述梯次利用动力电池为三元材料电池时，多个不同的预设放电电压阈值为：3.90v、3.85v、3.80v、3.75v、3.70v和3.65v，预设时间段为2分钟，预设判断阈值为1.08。

优选地，其中利用如下方式计算容量变化量：

q＝∫i(t)dt，

其中，q为容量变化量；i(t)为梯次利用动力电池在放电过程中电流随时间t的变化函数。

优选地，其中所述方法还包括：

在确定所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段后，确定第二比值大于等于预设判断阈值的对应的放电电压阈值，并验证接下来两次放电过程中该放电电压阈值对应的第二比值是否均大于等于所述预设判断阈值，若是，则确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段；反之，返回步骤4。

优选地，其中所述方法还包括：

在预测所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出警告信号。

优选地，其中所述方法还包括：

在确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出报警信号。

根据本发明的另一个方面，提供了一种预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的系统，其特征在于，所述系统包括：

基准变化量确定单元，用于在所述梯次利用动力电池的首次放电过程中，分别计算当电压达到多个不同的预设放电电压阈值后的在预设时间段内的电压变化量和容量变化量，作为基准电压变化量和基准容量变化量；

基准比值确定单元，用于分别计算在所述梯次利用动力电池的首次放电过程中的，在相同的预设放电电压阈值对应的电压变化量和容量变化量的比值，作为基准比值；

第一变化量确定单元，用于在所述梯次利用动力电池的下一次放电过程中，分别计算当电压达到多个不同的预设放电电压阈值后的在预设时间段内的电压变化量和容量变化量，作为第一电压变化量和第一容量变化量；

第一比值确定单元，用于分别计算在所述梯次利用动力电池的下一次放电过程中的，在相同的预设放电电压阈值对应的电压变化量和容量变化量的比值，作为第一比值；

容量加速衰减阶段预测单元，用于对于多个不同的放电电压阈值中的任意一个，计算相同的预设放电电压阈值对应的第一比值和基准比值的比值作为第二比值，并判断所述第二比值是否满足大于等于预设判断阈值，若满足，则预测所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段；反之，进入第一变化量确定单元。

优选地，其中所述梯次利用动力电池为磷酸铁锂电池或三元材料电池。

优选地，其中当所述梯次利用动力电池为磷酸铁锂电池时，多个不同的预设放电电压阈值为：3.30v、3.25v、3.20v、3.15v和3.10v，预设时间段为2分钟，预设判断阈值为1.05。

优选地，其中当所述梯次利用动力电池为三元材料电池时，多个不同的预设放电电压阈值为：3.90v、3.85v、3.80v、3.75v、3.70v和3.65v，预设时间段为2分钟，预设判断阈值为1.08。

优选地，其中利用如下方式计算容量变化量：

q＝∫i(t)dt，

其中，q为容量变化量；i(t)为梯次利用动力电池在放电过程中电流随时间t的变化函数。

优选地，其中所述系统还包括：

容量加速衰减阶段确定单元，用于在确定所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段后，确定第二比值大于等于预设判断阈值的对应的放电电压阈值，并验证接下来两次放电过程中该放电电压阈值对应的第二比值是否均大于等于所述预设判断阈值，若是，则确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段；反之，进入第一变化量确定单元。

优选地，其中所述系统还包括：

警告单元，用于在预测所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出警告信号。

优选地，其中所述系统还包括：

报警单元，用于在确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出报警信号。

本发明提供了一种预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的方法及系统，针对磷酸铁锂和三元材料两种体系的退役动力电池，基于梯次利用动力电池在放电过程中电压变化与容量变化比值的变化规律设置预设放电电压直至和预测判断阈值，并根据判断第二比值是否满足预测判断阈值来预测电池是否处于容量加速衰减阶段，用于确定梯次利用动力电池系统的安全可靠性，以提升梯次利用动力电池的应用前景。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方式的预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的系统200的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的方法100的流程图。如图1所示，本发明的实施方提供的预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的方法，针对磷酸铁锂和三元材料两种体系的退役动力电池，基于梯次利用动力电池在放电过程中电压变化与容量变化比值的变化规律设置预设放电电压直至和预测判断阈值，并根据判断第二比值是否满足预测判断阈值来预测电池是否处于容量加速衰减阶段，用于确定梯次利用动力电池系统的安全可靠性，以提升梯次利用动力电池的应用前景。本发明的实施方式提供的预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的方法100从步骤101处开始，

优选地，在步骤101，在所述梯次利用动力电池的首次放电过程中，分别计算当电压达到多个不同的预设放电电压阈值后的在预设时间段内的电压变化量和容量变化量，作为基准电压变化量和基准容量变化量。

优选地，其中所述梯次利用动力电池为磷酸铁锂电池或三元材料电池。

优选地，其中当所述梯次利用动力电池为磷酸铁锂电池时，多个不同的预设放电电压阈值为：3.30v、3.25v、3.20v、3.15v和3.10v，预设时间段为2分钟，预设判断阈值为1.05。

优选地，其中当所述梯次利用动力电池为三元材料电池时，多个不同的预设放电电压阈值为：3.90v、3.85v、3.80v、3.75v、3.70v和3.65v，预设时间段为2分钟，预设判断阈值为1.08。

优选地，其中利用如下方式计算容量变化量：

q＝∫i(t)dt，

其中，q为容量变化量；i(t)为梯次利用动力电池在放电过程中电流随时间t的变化函数。

优选地，在步骤102，分别计算在所述梯次利用动力电池的首次放电过程中的，在相同的预设放电电压阈值对应的电压变化量和容量变化量的比值，作为基准比值。

优选地，在步骤103，在所述梯次利用动力电池的下一次放电过程中，分别计算当电压达到多个不同的预设放电电压阈值后的在预设时间段内的电压变化量和容量变化量，作为第一电压变化量和第一容量变化量。

优选地，在步骤104，分别计算在所述梯次利用动力电池的下一次放电过程中的，在相同的预设放电电压阈值对应的电压变化量和容量变化量的比值，作为第一比值。

优选地，在步骤105，对于多个不同的放电电压阈值中的任意一个，计算相同的预设放电电压阈值对应的第一比值和基准比值的比值作为第二比值，并判断所述第二比值是否满足大于等于预设判断阈值，若满足，则预测所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段；反之，返回步骤103。

优选地，其中所述方法还包括：

在确定所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段后，确定第二比值大于等于预设判断阈值的对应的放电电压阈值，并验证接下来两次放电过程中该放电电压阈值对应的第二比值是否均大于等于所述预设判断阈值，若是，则确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段；反之，返回步骤104。

优选地，其中所述方法还包括：

在预测所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出警告信号。

优选地，其中所述方法还包括：

在确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出报警信号。

在本发明的实施方式中，对于梯次利用磷酸铁锂电池，设置多个不同的预设放电电压阈值为：3.30v、3.25v、3.20v、3.15v和3.10v，预设时间段为2分钟，预设判断阈值为1.05，并确定首次放电为第n次，下一次放电为第n+1次。

在所述梯次利用动力电池的在首次(第n次)放电过程中，分别计算当电压达到3.30v、3.25v、3.20v、3.15v和3.10v时在随后2分钟内的电压变化量和容量变化量，作为基准电压变化量和基准容量变化量。其中，基准电压变化量分别为：δvlfp-d1、δvlfp-d2、δvlfp-d3、δvlfp-d4和δvlfp-d5，基准容量变化量分别为qlfp-d1、qlfp-d2、qlfp-d3、qlfp-d4和qlfp-d5，其中n＝1。

容量变化量的计算方法为：q＝∫ilfp-d(t)dt，其中，ilfp-d(t)为梯次利用磷酸铁锂电池放电过程中电流随时间的变化函数。

然后，利用相同的预设放电电压阈值对应的起始点2分钟内电池的电压变化δv除以容量变化，分别得到对应的基准比值为：δv/qlfp-d1、δv/qlfp-d2、δv/qlfp-d3、δv/qlfp-d4和δv/qlfp-d5。

然后，在所述梯次利用动力电池的下一次(第n+1次)放电过程中，分别计算当电压达到3.30v、3.25v、3.20v、3.15v和3.10v时的在随后2分钟内的第一电压变化量、第一容量变化量和第一比值。

然后，计算第n+1次的第一比值和第n次相同预设放电电压阈值对应的基准比值的比值，得到对应的第二比值为(δv/qlfp-di-n+1)/(δv/qlfp-di-n)。其中，i＝1,2,3,4，5；n＝1,2,3...。当第二比值(δv/qlfp-di-n+1)/(δv/qlfp-di-n)大于等于预设判断阈值1.05时，则预测所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段，并在确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出报警信号。否则，在下一次放电过程中，直接进入步骤103。

在本发明的实施方式中，还包括在确定所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段后，确定第二比值大于等于预设判断阈值的对应的放电电压阈值，并验证接下来两次放电过程中该放电电压阈值对应的第二比值(δv/qlfp-di-n+2)/(δv/qlfp-di-n)和(δv/qlfp-di-n+3)/(δv/qlfp-di-n)是否均大于等于所述预设判断阈值1.05，若是，则确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段；并且在确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出报警信号。否则，在下一次放电过程中，直接进入步骤103。

在本发明的实施方式中，对于梯次利用三元材料电池，设置多个不同的预设放电电压阈值为：3.90v、3.85v、3.80v、3.75v、3.70v和3.65v，预设时间段为2分钟，预设判断阈值为1.08，并确定首次放电为第n次，下一次放电为第n+1次。

在所述梯次利用动力电池的在首次(第n次)放电过程中，分别计算当电压达到3.90v、3.85v、3.80v、3.75v、3.70v和3.65v时在随后2分钟内的电压变化量和容量变化量，作为基准电压变化量和基准容量变化量。其中，基准电压变化量分别为：δvncm-d1、δvncm-d2、δvncm-d3、δvncm-d4、δvncm-d5和δvncm-d6，基准容量变化量分别为qncm-d1、qncm-d2、qncm-d3、qncm-d4、qncm-d5和qncm-d6，其中n＝1。

容量变化量的计算方法为：q＝∫incm-d(t)dt，其中，incm-d(t)为梯次利用三元材料电池放电过程中电流随时间的变化函数。

然后，利用相同的预设放电电压阈值对应的起始点2分钟内电池的电压变化δv除以容量变化，分别得到对应的基准比值为：δv/qncm-d1、δv/qncm-d2、δv/qncm-d3、δv/qncm-d4、δv/qncm-d5和δv/qncm-d6。

然后，在所述梯次利用动力电池的下一次(第n+1次)放电过程中，分别计算当电压达到3.90v、3.85v、3.80v、3.75v、3.70v和3.65v时的在随后2分钟内的第一电压变化量、第一容量变化量和第一比值。

然后，计算第n+1次的第一比值和第n次相同预设放电电压阈值对应的基准比值的比值，得到对应的第二比值为(δv/qncm-di-n+1)/(δv/qncm-di-n)。其中，i＝1,2,3,4，5，6；n＝1,2,3...。当第二比值(δv/qncm-di-n+1)/(δv/qncm-di-n)大于等于预设判断阈值1.08时，则预测所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段，并在确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出报警信号。否则，在下一次放电过程中，直接进入步骤103。

在本发明的实施方式中，还包括在确定所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段后，确定第二比值大于等于预设判断阈值的对应的放电电压阈值，并验证接下来两次放电过程中该放电电压阈值对应的第二比值(δv/qncm-di-n+2)/(δv/qncm-di-n)和(δv/qncm-di-n+3)/(δv/qncm-di-n)是否均大于等于所述预设判断阈值1.08，若是，则确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段；并且在确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出报警信号。否则，在下一次放电过程中，直接进入步骤103。

图2为根据本发明实施方式的预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的系统200的结构示意图。如图2所示，本发明的实施方式提供的预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的系统200，包括：基准变化量确定单元201、基准比值确定单元202、第一变化量确定单元203、第一比值确定单元204和容量加速衰减阶段预测单元205。

优选地，所述基准变化量确定单元201，用于在所述梯次利用动力电池的首次放电过程中，分别计算当电压达到多个不同的预设放电电压阈值后的在预设时间段内的电压变化量和容量变化量，作为基准电压变化量和基准容量变化量。

优选地，其中所述梯次利用动力电池为磷酸铁锂电池或三元材料电池。

优选地，其中当所述梯次利用动力电池为磷酸铁锂电池时，多个不同的预设放电电压阈值为：3.30v、3.25v、3.20v、3.15v和3.10v，预设时间段为2分钟，预设判断阈值为1.05。

优选地，其中当所述梯次利用动力电池为三元材料电池时，多个不同的预设放电电压阈值为：3.90v、3.85v、3.80v、3.75v、3.70v和3.65v，预设时间段为2分钟，预设判断阈值为1.08。

优选地，其中利用如下方式计算容量变化量：

q＝∫i(t)dt，

其中，q为容量变化量；i(t)为梯次利用动力电池在放电过程中电流随时间t的变化函数。

优选地，所述基准比值确定单元202，用于分别计算在所述梯次利用动力电池的首次放电过程中的，在相同的预设放电电压阈值对应的电压变化量和容量变化量的比值，作为基准比值。

优选地，所述第一变化量确定单元203，用于在所述梯次利用动力电池的下一次放电过程中，分别计算当电压达到多个不同的预设放电电压阈值后的在预设时间段内的电压变化量和容量变化量，作为第一电压变化量和第一容量变化量。

优选地，所述第一比值确定单元204，用于分别计算在所述梯次利用动力电池的下一次放电过程中的，在相同的预设放电电压阈值对应的电压变化量和容量变化量的比值，作为第一比值。

优选地，所述容量加速衰减阶段预测单元205，用于对于多个不同的放电电压阈值中的任意一个，计算相同的预设放电电压阈值对应的第一比值和基准比值的比值作为第二比值，并判断所述第二比值是否满足大于等于预设判断阈值，若满足，则预测所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段；反之，进入第一变化量确定单元。

优选地，其中所述系统还包括：容量加速衰减阶段确定单元，用于在确定所述梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段后，确定第二比值大于等于预设判断阈值的对应的放电电压阈值，并验证接下来两次放电过程中该放电电压阈值对应的第二比值是否均大于等于所述预设判断阈值，若是，则确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段；反之，进入第一变化量确定单元。

优选地，其中所述系统还包括：警告单元，用于在预测所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出警告信号。

优选地，其中所述系统还包括：报警单元，用于在确定所述梯次利用动力电池进入了容量加速衰减阶段后，发出报警信号。

本发明的实施例的预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的系统200与本发明的另一个实施例的预测梯次利用动力电池处于容量加速衰减阶段的方法100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。