评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法
【专利摘要】本发明公开了一种评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法，包括获取电池的历史充电记录和历史健康状态信息；评估电池当前的健康状态信息；根据电池当前的健康状态信息和电池衰退样本库预测不同充电工况组合下的电池的预期使用寿命；根据预期使用寿命选择充电控制参数组合；根据充电控制参数组合控制功率源的充电电流；根据电池的电压和电流特征计算电池的剩余电量，根据剩余电量和充电控制参数计算剩余充电时间；向用户提供电池健康状态评估报告，并存储本次充电信息。本发明还公开了一种评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的系统。本发明使驾驶者能了解所选充电模式下的电池的健康状态，从而选择合适的充电模式。
【专利说明】评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种评估充电行为对电池健康状况的影响的方法，尤其涉及一种评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法，本发明还涉及一种评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的系统。
【背景技术】
[0002]电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆，由于其对环境影响相对传统汽车较小，符合新型能源发展要求，是解决能源和环境问题的重要手段，因而是汽车工业发展的必然趋势。
[0003]在电动汽车的各部件中，电动汽车的电池是电动汽车发展的首要关键，应用于电动车的电池应该满足成本低、容量大、寿命长及安全性好这四大要求。然而，由于目前的电化学储能技术尚不成熟，所生产的电池偶发的意外燃烧事故以及生产质量参差不齐导致电动汽车的发展有所停滞。因此，目前很多研发集中在电池的材料稳定性和制造可靠性的方面，而对于评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响方面没有涉及。
【发明内容】
[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法和系统，其可根据驾驶者选择的充电模式对电动汽车电池的健康状况进行评估和显示，以使驾驶者了解所选充电模式下的电池的健康状态，从而指导驾驶者选择合适的充电模式。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法，所述方法包括以下步骤:
[0006]第一步，获取电池的历史充电记录和历史健康状态信息；
[0007]第二步，评估电池当前的健康状态信息；
[0008]第三步，根据电池当前的健康状态信息和电池衰退样本库预测不同充电工况组合下的电池的预期使用寿命；
[0009]第四步，根据电池的预期使用寿命选择充电控制参数组合；
[0010]第五步，根据充电控制参数组合控制功率源的充电电流；
[0011 ] 第六步，根据电池的电压和电流特征计算电池的剩余电量，根据剩余电量和充电控制参数计算剩余充电时间；
[0012]第七步，向用户提供电池健康状态评估报告，并存储本次充电信息。
[0013]进一步地，所述历史充电记录包括历史充电的次数、历史充电时长、历史充电起始和终止电量、历史充电电流和历史充电温度。
[0014]进一步地，所述充电工况组合包括充电电流、环境温度、环境湿度、充电终止电荷量。
[0015]进一步地，所述充电控制参数组合包括充电电流曲线、恒流充电起始电压、恒压充电起始电压和终止电流、激励充电电流、激励间隔时间、充电终止电压。
[0016]进一步地，所述电池健康状态评估报告包括电池满充电荷、电池内阻、电池不平衡参数、电池剩余寿命，以及相应的维护和使用建议。
[0017]本发明还提供了一种评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的系统，所述系统包括充电桩，所述充电桩与电动汽车连接，所述充电桩包括电池充电控制模块、电池状态特征提取模块、电池健康状态分析模块；
[0018]其中，所述电池充电控制模块与电动汽车的电池连接，用于获取电池的历史充电记录和历史健康状态信息；所述电池状态特征提取模块与所述电池充电控制模块连接，用于提取电池的状态特征；所述电池健康状态分析模块与所述电池状态特征提取模块连接，用于计算电池组当前的健康状态信息。
[0019]进一步地，所述系统还包括电池衰退样本库和电池测试模型库，所述电池衰退样本库存储有电池在不同充电参数下的衰退模型、模型参数和预期使用寿命；所述电池测试模型库与所述电池衰退样本库和所述电池健康状态分析模块分别连接，所述电池测试模型库存储有充电控制参数，并能根据所述当前的健康状态信息和所述电池衰退样本库预测不同充电工况组合下电池的预期使用寿命；所述电池测试模型库还与所述电池充电控制模块连接，所述电池充电控制模块根据所述电池的预期使用寿命和环境参数从所述电池测试模型库中选择充电控制参数组合。
[0020]进一步地，所述系统还包括充电系统功率源、剩余电量和剩余充电时间分析模块，所述充电系统功率源、所述剩余电量和剩余充电时间分析模块分别与所述电池充电控制模块相连；所述电池充电控制模块根据所述充电控制参数控制功率源的充电电流，所述剩余电量和剩余充电时间分析模块根据电池的电压和电流特征计算电池的剩余电量，根据剩余电量和充电控制参数计算剩余充电时间。
[0021]进一步地，所述系统还包括充电信息显示模块和评估报告生成模块；
[0022]其中，所述充电信息显示模块与所述充电系统功率源相连，用于显示充电过程中的充电功率、电池组电压、剩余充电时间、电池温度和充电费用；
[0023]所述评估报告生成模块与所述电池充电控制模块、所述电池状态特征提取模块、所述电池健康状态分析模块分别相连，用于生成电池健康状态评估报告，并提出相应的维护和使用建议。
[0024]进一步地，所述充电控制参数是所述电池测试模型库通过控制充电电流、环境温度、环境湿度、充电终止电荷量建立的电池在不同充电参数下的衰退模型参数和充放电寿命周期参数。
[0025]因此，本发明的评估充电行为对电池健康状况的影响的方法和系统通过对电池不同充电工况组合下的预期使用寿命进行评估，用户(或者说驾驶者)根据预期使用寿命选择充电控制参数组合(即充电模式)，然后根据驾驶者选择的充电模式对电动汽车电池的健康状况进行评估和显示，以使驾驶者了解所选充电模式下的电池的健康状态，从而指导驾驶者选择合适的充电模式。本发明的评估充电行为对电池健康状况的影响的系统可设置在充电站等地，操作简单，准确度高，响应速度快。
[0026]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明的一个较佳实施例的评估充电行为对电池健康状况的影响的系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]如图1所示，本发明的一个较佳实施例提供了一种评估充电行为对电池健康状况的影响的系统，包括充电桩，充电桩与电动汽车连接，充电桩包括电池充电控制模块101、电池状态特征提取模块102、电池健康状态分析模块103。
[0029]其中，电池充电控制模块101与电动汽车的电池连接，用于获取电池的历史充电记录和历史健康状态信息；电池状态特征提取模块102与电池充电控制模块101连接，用于提取电池的状态特征；电池健康状态分析模块103与电池状态特征提取模块102连接，用于根据电池的状态特征以及电池的历史充电记录和历史健康状态信息，并通过数据融合算法计算电池组当前的健康状态信息。这里可以使用的数据融合算法包括:主成分分析法(PCA-T2)，高斯混合模型，自组织映射图-最小量化差，逻辑递归，模糊逻辑等算法，以及最小二阶乘法的参数拟合等。
[0030]本实施例中，电池的历史充电记录包括历史充电的次数、历史充电时长、历史充电起始和终止电量、历史充电电流和历史充电温度。健康状态信息包括电池组中每节电池的满充电荷、内阻和不平衡参数。电池的状态特征包括电池组的满充电荷量、电池组的总电压和总内阻、单节电池满充电荷量和内阻，以及单节电池之间的电荷量、内阻差异、温度差异等特征。
[0031]本实施例的评估充电行为对电池健康状况的影响的系统还包括电池衰退样本库104和电池测试模型库104，电池衰退样本库104存储有电池在不同充电参数下的衰退模型、模型参数和预期使用寿命；电池测试模型库105与电池衰退样本库104和电池健康状态分析模块103分别连接，电池测试模型库105存储有充电控制参数，并能根据当前的健康状态信息和电池衰退样本库104预测不同充电工况组合下电池的预期使用寿命。
[0032]具体来说，预测电池的使用寿命的过程首先是确定电池的失效标准，即电阻上升、容量衰退、电池组不均衡等故障模式的控制极限值，随后根据健康评估结果判断上述参数的当前状况和历史状态，变化趋势的基础上进行预测，算法包括:(I)基于时间序列的“自回归移动平均(ARMA) ”模型；(2)根据普适衰退模型y = exp(-f(x))和历史数值拟合该模型的参数，再计算到达边界值的时间。
[0033]上述普适衰退模型y = exp (_f (x))中，y既可以表示可靠性(0_100 % )，也可是表示一个具体的物理参数(如满冲电量等)。其中f(t)可以使用不同的核函数表达，最简单的表述是线性关系:
[0034]f (t) = (a1x1+a2x2+a3x3 ) t+b
[0035]其中的xn指的是衰退负荷参数(stress factor),在这里可以是充电模式、充电温度、充电时间等。an是该模型中需要通过历史数据拟合的模型参数。在有了模型参数之后，将负荷参数(其实就是使用行为和工况)输入进入模型就可以预测未来的衰退。
[0036]电池测试模型库105还与电池充电控制模块101连接，电池充电控制模块101根据电池的预期使用寿命和环境参数从电池测试模型库105中选择相应的充电控制参数组合。本实施例中，充电控制参数是电池测试模型库105通过控制充电电流、环境温度、环境湿度、充电终止电荷量，所建立的电池在不同充电参数下的衰退模型参数和充放电寿命周期参数。
[0037]本实施例的评估充电行为对电池健康状况的影响的系统还包括充电系统功率源107、剩余电量和剩余充电时间分析模块106。其中，充电系统功率源107、剩余电量和剩余充电时间分析模块106分别与电池充电控制模块101相连，电池充电控制模块101根据选取的充电控制参数控制功率源的充电电流，剩余电量和剩余充电时间分析模块根据电池的电压和电流特征计算电池的剩余电量，然后根据剩余电量和充电控制参数计算剩余充电时间。
[0038]本实施例的评估充电行为对电池健康状况的影响的系统还包括充电信息显示模块108和评估报告生成模块109。其中，充电信息显示模块108与充电系统功率源107相连，用于显示充电过程中的充电功率、电池组电压、剩余充电时间、电池温度和充电费用。充电信息显示模块108可以是车载显示屏或移动终端。评估报告生成模块109与电池充电控制模块101、电池状态特征提取模块102和电池健康状态分析模块103分别相连，用于生成电池健康状态评估报告，包括电池满充电荷、电池内阻、电池不平衡参数、电池剩余寿命等信息，并提出相应的维护和使用建议。
[0039]本实施例的评估充电行为对电池健康状况的影响的系统的工作过程如下:
[0040]第一步，使用者将电动汽车与充电桩相连，电动车端的信息将载入充电桩中的电池充电控制模块101，同时电池充电控制模块101提取电动汽车的电池的历史充电记录和历史健康状态信息。
[0041]第二步，充电桩中的电池特征提取模块102提取电池状态特征，电池健康状态分析模块103根据该电池状态特征以及电池的历史充电记录和历史健康状态信息来评估电池当前的健康状态信息。
[0042]第三步，电池测试模型库105根据电池当前的健康状态信息和电池衰退样本库104预测不同充电工况组合下的电池的预期使用寿命。
[0043]第四步，电池充电控制模块101根据电池的预期使用寿命选择充电控制参数组八口 ο
[0044]第五步，电池充电控制模块101根据控制参数组合控制功率源充电电流。
[0045]第六步，剩余电量和剩余充电时间分析模块106根据电池的电压和电流特征计算电池的剩余电量，并根据剩余电量和充电控制参数计算剩余充电时间。
[0046]第七步，充电完成后，评估报告生成模块109向用户提供电池健康状态评估报告，并提出相应的维护和使用建议。另外，本次充电信息将存储在电池测试模型库105中。
[0047]在上述充电过程中，充电过程中的信息包括充电功率、电池组电压、剩余充电时间、电池温度和充电费用通过充电信息显示模块108实时提供给用户。
[0048]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，获取电池的历史充电记录和历史健康状态信息； 第二步，评估电池当前的健康状态信息； 第三步，根据电池当前的健康状态信息和电池衰退样本库预测不同充电工况组合下的电池的预期使用寿命； 第四步，根据电池的预期使用寿命选择充电控制参数组合； 第五步，根据充电控制参数组合控制功率源的充电电流； 第六步，根据电池的电压和电流特征计算电池的剩余电量，根据剩余电量和充电控制参数计算剩余充电时间； 第七步，向用户提供电池健康状态评估报告，并存储本次充电信息。
2.如权利要求1所述的评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法，其特征在于，所述历史充电记录包括历史充电的次数、历史充电时长、历史充电起始和终止电量、历史充电电流和历史充电温度。
3.如权利要求1所述的评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法，其特征在于，所述充电工况组合包括充电电流、环境温度、环境湿度、充电终止电荷量。
4.如权利要求1所述的评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法，其特征在于，所述充电控制参数组合包括充电电流曲线、恒流充电起始电压、恒压充电起始电压和终止电流、激励充电电流、激励间隔时间、充电终止电压。
5.如权利要求1所述的评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的方法，其特征在于，所述电池健康状态评估报告包括电池满充电荷、电池内阻、电池不平衡参数、电池剩余寿命，以及相应的维护和使用建议。
6.一种评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的系统，其特征在于，包括充电桩，所述充电桩与电动汽车连接，所述充电桩包括电池充电控制模块、电池状态特征提取模块、电池健康状态分析模块； 其中，所述电池充电控制模块与电动汽车的电池连接，用于获取电池的历史充电记录和历史健康状态信息；所述电池状态特征提取模块与所述电池充电控制模块连接，用于提取电池的状态特征；所述电池健康状态分析模块与所述电池状态特征提取模块连接，用于计算电池组当前的健康状态信息。
7.如权利要求6所述的评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的系统，其特征在于，所述系统还包括电池衰退样本库和电池测试模型库，所述电池衰退样本库存储有电池在不同充电参数下的衰退模型、模型参数和预期使用寿命；所述电池测试模型库与所述电池衰退样本库和所述电池健康状态分析模块分别连接，所述电池测试模型库存储有充电控制参数，并能根据所述当前的健康状态信息和所述电池衰退样本库预测不同充电工况组合下电池的预期使用寿命；所述电池测试模型库还与所述电池充电控制模块连接，所述电池充电控制模块根据所述电池的预期使用寿命和环境参数从所述电池测试模型库中选择充电控制参数组合。
8.如权利要求7所述的评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的系统，其特征在于，所述系统还包括充电系统功率源、剩余电量和剩余充电时间分析模块，所述充电系统功率源、所述剩余电量和剩余充电时间分析模块分别与所述电池充电控制模块相连；所述电池充电控制模块根据所述充电控制参数控制功率源的充电电流，所述剩余电量和剩余充电时间分析模块根据电池的电压和电流特征计算电池的剩余电量，根据剩余电量和充电控制参数计算剩余充电时间。
9.如权利要求8所述的评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的系统，其特征在于，所述系统还包括充电信息显示模块和评估报告生成模块； 其中，所述充电信息显示模块与所述充电系统功率源相连，用于显示充电过程中的充电功率、电池组电压、剩余充电时间、电池温度和充电费用； 所述评估报告生成模块与所述电池充电控制模块、所述电池状态特征提取模块、所述电池健康状态分析模块分别相连，用于生成电池健康状态评估报告，并提出相应的维护和使用建议。
10.如权利要求7所述的评估充电行为对电动汽车电池健康状况的影响的系统，其特征在于，所述充电控制参数是所述电池测试模型库通过控制充电电流、环境温度、环境湿度、充电终止电荷量建立的电池在不同充电参数下的衰退模型参数和充放电寿命周期参数。
【文档编号】G01R31/36GK104459552SQ201410709468
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】李 杰, 刘宗长, 张志刚 申请人:上海交通大学, 上海紫竹新兴产业技术研究院