一种基于监控平台数据的动力电池系统中电芯容量计算方法及系统与流程

本发明涉及电池容量计算领域。

背景技术：

自2015年入冬以来，我国有33个城市发生了重度及以上的空气污染，出现了前所未有的严重雾霾天气。汽车尾气排放是造成雾霾天气的首要元凶，因此大力推广新能源技术成为治理环境污染的重要发展方向。目前电动汽车行业在新能源领域中发展迅速。动力电池系统作为电动汽车的心脏，其性能好坏直接影响到整车性能和驾驶者的操纵感。由于复杂的制备工艺使电芯存在不一致性，使用过程中系统内温度差异、震荡程度、连接阻抗等因素，也会造成电芯容量衰减的不一致性，所以电池系统在使用中将出现“短板效应”。在电池系统充放电过程中，衰减最快的电芯将出现“充高放低”现象，限制整个电池系统的能量发挥。因此需要了解系统中电芯的实时容量值，在系统出现容量偏低前及时进行售后维护，保持电池系统的性能最优，提高客户满意度。

目前了解电芯容量值可以通过实测，需要将电池系统从整车上拆卸下来，返厂进行充放电测试，也可以通过一些容量估算方法进行估算，目前开发的估算方法都是基于一定实测数据进行的，同样需要拆卸电池包返厂测试。以上方法即耗时耗财，还会影响车主的正常使用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于监控平台数据的动力电池系统中电芯容量计算方法及系统。目的在于解决目前传统电芯容量计算过程需要拆卸电池包进行返厂测试而导致的耗时耗财，影响正常使用的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于监控平台数据的动力电池系统中电芯容量计算方法，所述方法包括：

S1、通过对电池包进行充放电测试获得标准充放电数据，将与电池包内电芯同一批次出产的电芯作为标准电芯进行充放电测试获得温度校准系数a，并上传至监控平台；

S2、定期在监控平台筛选车辆运行过程中电池包的实时充电数据；

S3、根据标准充放电数据、温度校准系数a以及实时充电数据计算电池包内所有电芯的容量Q。

本发明的有益效果是：本发明为锂离子动力电池系统中电芯提供一种实用的、有效可靠的容量计算方法，通过电动汽车监控平台实时运行数据，准确计算出系统中各个单体电芯的容量值，可以提前了解电池包内单体电芯的健康情况，为动力电池包售后维护提供有力数据支持，做到提前维护，减少客户抱怨，提高客户满意度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述S1中所述的获得标准充放电数据的过程为：将电池包的温度维持在25℃，在电池包出厂测试中进行标准恒流充放电测试，获得标准充电容量值和标准充电时间

进一步，所述获得标准充电容量值和标准充电时间的过程为：

S11、采用0.5倍率对电池包进行放电，直至电池包中单体电芯的电压值达到允许的最低下限电压；

S12、电池包静置30mi n后，采用车载充电机慢充时的电流值对电池包进行充电，直至电池包中单体电芯的电压值达到允许的最高上限电压，并记录下充电时间作为标准充电时间

S13、根据充电过程所吸收的容量获得电池包在25℃条件下的标准充电容量值

采用上述进一步方案的有益效果是：选取此次充电过程数据作为后续容量计算的标准数据。

进一步，所述S1中获得标准电芯的温度校准系数a的具体过程为：

S1A、在标准电芯允许的充电温度范围内，每间隔5℃对标准电芯进行恒流充放电测试，获得不同温度下标准电芯的测试充电容量值Q′，同时将标准电芯维持在25℃进行恒流充放电测试，获得在25℃下标准电芯的标准电芯充电容量值

S1B、计算不同温度下的测试充电容量值Q′与标准电芯充电容量值的比值，获得不同温度下的温度校准系数a。

进一步，S1A中所述的获得不同温度下标准电芯的测试充电容量值Q′以及在25℃下标准电芯的标准电芯充电容量值的过程为：

S1A1、采用0.5倍率对标准电芯进行放电，直至标准电芯的电压值达到允许的最低下限电压；

S1A2、标准电芯静置30mi n后，采用车载充电机慢充时的电流值对标准电芯进行充电，直至标准电芯的电压值达到允许的最高上限电压，并记录下充电时间作为测试充电时间t′；

S1A3、根据标准电芯充电过程所吸收的容量获得标准电芯在不同温度条件下的测试充电容量值Q′以及在25℃下标准电芯的标准电芯充电容量值

采用上述进一步方案的有益效果是：通过此次充电数据测试得到不同温度下的充电容量值，计算不同温度下充电容量值和25℃下充电容量值比值进而获得不同温度下温度校准系数。

进一步，所述定期在监控平台筛选车辆运行过程中电池包的实时充电数据的筛选条件为：

车载充电机对电池包进行慢充过程中，充电起始剩余电量在30％以下，充电终止剩余电量在90％以上；

且在慢充过程前，放电完成的电池包静置时间要大于30mi n以上。

进一步，S3中所述的计算电池包内所有电芯的容量Q的过程为：

S31、在监控平台中获取所有电芯的充电起始电压值V₁、充电结束电压值V₂以及测试充电时间t′；

S32、在监控平台中获取电池包出厂测试中进行的标准恒流充放电测试所获得的标准充电数据，在标准充电数据中获取从V₁到V₂充电过程中的充电容量值和充电时间

S33、根据S31中获得的测试充电时间t′、S32中获得的充电容量值和充电时间以及不同温度下的温度校准系数a进行计算，获得电池包内所有电芯在不同温度下的容量

采用上述进一步方案的有益效果是：采用同一充电电流值下，容量衰减前后，电芯在相同电压值区间内充电时间比值得到容量比值，通过出厂测试的初始容量值，进而计算出电芯在某一时刻的容量。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种基于监控平台数据的动力电池系统中电芯容量计算系统，所述系统包括：

数据获取模块，用于通过对电池包进行充放电测试获得标准充放电数据，将与电池包内电芯同一批次出产的电芯作为标准电芯进行充放电测试获得温度校准系数a，并上传至监控平台；

监控平台，用于定期筛选车辆运行过程中电池包的实时充电数据；

容量计算模块，用于根据标准充放电数据、温度校准系数a以及实时充电数据计算电池包内电芯的容量Q。

本发明为锂离子动力电池系统中电芯提供一种实用的、有效可靠的容量计算系统，通过电动汽车监控平台实时运行数据，准确计算出系统中各个单体电芯的容量值，可以提前了解电池包内单体电芯的健康情况，为动力电池包售后维护提供有力数据支持，做到提前维护，减少客户抱怨，提高客户满意度。

进一步，数据获取模块包括：

标准测试模块，用于将电池包的温度维持在25℃，在电池包出厂测试中进行标准恒流充放电测试，获得标准充电容量值和标准充电时间

进一步，标准测试模块包括：

标准放电模块，用于采用0.5倍率对电池包进行放电，直至电池包中单体电芯的电压值达到允许的最低下限电压；

标准充电模块，用于电池包静置30mi n后，采用车载充电机慢充时的电流值对电池包进行充电，直至电池包中单体电芯的电压值达到允许的最高上限电压，并记录下充电时间作为标准充电时间

标准充电容量值计算模块，用于根据充电过程所吸收的容量获得电池包在25℃条件下的标准充电容量值

采用上述进一步方案的有益效果是：选取此次充电过程数据作为后续容量计算的标准数据。

进一步，数据获取模块还包括：

变化测试模块，用于在标准电芯允许的充电温度范围内，每间隔5℃对标准电芯进行恒流充放电测试，获得不同温度下标准电芯的测试充电容量值Q′和测试充电时间t′；

标准系数计算模块，用于计算不同温度下的测试充电容量值Q′与标准充电容量值的比值，获得不同温度下的温度校准系数a。

进一步，变化测试模块包括：

变化放电模块，用于采用0.5倍率对标准电芯进行放电，直至标准电芯的电压值达到允许的最低下限电压；

变化充电模块，用于标准电芯静置30mi n后，采用车载充电机慢充时的电流值对标准电芯进行充电，直至标准电芯的电压值达到允许的最高上限电压，并记录下充电时间作为测试充电时间t′；

测试充电容量值计算模块，用于根据标准电芯充电过程所吸收的容量获得标准电芯在不同温度条件下的测试充电容量值Q′以及在25℃下标准电芯的标准电芯充电容量值

采用上述进一步方案的有益效果是：通过此次充电数据测试得到不同温度下的充电容量值，计算不同温度下充电容量值和25℃下充电容量值比值进而获得不同温度下温度校准系数。

进一步，监控平台定期筛选车辆运行过程中电池包的实时充电数据的筛选条件为：

车载充电机对电池包进行慢充过程中，充电起始剩余电量在30％以下，充电终止剩余电量在90％以上；

且在慢充过程前，放电完成的电池包静置时间要大于30mi n以上。

进一步，容量计算模块包括：

测试充电数据获取模块，用于在监控平台中获取所有电芯的充电起始电压值V₁、充电结束电压值V₂以及测试充电时间t′；

标准充电数据获取模块，用于在监控平台中获取电池包出厂测试中进行的标准恒流充放电测试所获得的标准充电数据，在标准充电数据中获取从V₁到V₂充电过程中的充电容量值和充电时间

电芯容量计算模块，用于根据测试充电数据获取模块中获得的测试充电时间t′、标准充电数据获取模块中获得的充电容量值和充电时间以及不同温度下的温度校准系数a进行计算，获得电池包内所有电芯在不同温度下的容量

采用上述进一步方案的有益效果是：采用同一充电电流值下，容量衰减前后，电芯在相同电压值区间内充电时间比值得到容量比值，通过出厂测试的初始容量值，进而计算出电芯在某一时刻的容量。

附图说明

图1为本发明实施例所述的电芯容量计算方法的流程图；

图2为本发明实施例所述的获得标准充电容量值和标准充电时间的流程图；

图3为本发明实施例所述的获得标准电芯的温度校准系数a的流程图；

图4为本发明实施例所述的获得不同温度下标准电芯的测试充电容量值Q′以及在25℃下标准电芯的标准电芯充电容量值的流程图；

图5为本发明实施例所述的计算电池包内所有电芯的容量Q的流程图；

图6为本发明实施例所述的电芯容量计算系统的原理示意图；

图7为本发明实施例所述的标准测试模块7的原理示意图；

图8为本发明实施例所述的数据获取模块1的原理示意图；

图9为本发明实施例所述的变化测试模块8的原理示意图；

图10为本发明实施例所述的容量计算模块3的原理示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、数据获取模块，2、监控平台，3、容量计算模块，4、标准放电模块，5、标准充电模块，6、标准充电容量值计算模块，7、标准测试模块，8、变化测试模块，9、标准系数计算模块，10、变化放电模块，11、变化充电模块，12、测试充电容量值计算模块，13、测试充电数据获取模块，14、标准充电数据获取模块，15、电芯容量计算模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了一种基于监控平台数据的动力电池系统中电芯容量计算方法，所述方法包括：

S1、通过对电池包进行充放电测试获得标准充放电数据，将与电池包内电芯同一批次出产的电芯作为标准电芯进行充放电测试获得温度校准系数a，并上传至监控平台；

S2、定期在监控平台筛选车辆运行过程中电池包的实时充电数据；

S3、根据标准充放电数据、温度校准系数a以及实时充电数据计算电池包内所有电芯的容量Q。

本实施例为锂离子动力电池系统中电芯提供一种实用的、有效可靠的容量计算方法，通过电动汽车监控平台实时运行数据，准确计算出系统中各个单体电芯的容量值，可以提前了解电池包内单体电芯的健康情况，为动力电池包售后维护提供有力数据支持，做到提前维护，减少客户抱怨，提高客户满意度。

本实施例是基于监控平台上车辆实时运行数据，采用车载充电机慢充充电过程，电芯在相同电压区间充电时间比值得到容量比值，进而计算出电芯容量值。容量计算过程中无需拆卸电池包返厂测试，就能够准确计算电芯的容量值。该方法将花费最小的成本，高效完成电芯容量估算工作，为售后维护提供数据支持。

优选的，如图2所示，所述S1中所述的获得标准充放电数据的过程为：将电池包的温度维持在25℃，在电池包出厂测试中进行标准恒流充放电测试，获得标准充电容量值和标准充电时间

如图3所示，所述获得标准充电容量值和标准充电时间的过程为：

S11、采用0.5倍率对电池包进行放电，直至电池包中单体电芯的电压值达到允许的最低下限电压；

S12、电池包静置30mi n后，采用车载充电机慢充时的电流值对电池包进行充电，直至电池包中单体电芯的电压值达到允许的最高上限电压，并记录下充电时间作为标准充电时间

S13、根据充电过程所吸收的容量获得电池包在25℃条件下的标准充电容量值

上述优选实施例通过在电池包出厂测试中加入一段充放电测试，放电流程是0.5C放电到单体电芯电压值达到允许的最低下限电压，静置30mi n后充电，充电流程是采用车载充电机慢充时的电流值充电到弹体电芯电压值达到允许的最高上限电压。此次充电过程，电池包温度需维持在25℃，并选取此次充电过程的数据，作为后续容量估算的标准数据。

优选的，如图2所示，所述S1中获得标准电芯的温度校准系数a的具体过程为：

S1A、在标准电芯允许的充电温度范围内，每间隔5℃对标准电芯进行恒流充放电测试，获得不同温度下标准电芯的测试充电容量值Q′，同时将标准电芯维持在25℃进行恒流充放电测试，获得在25℃下标准电芯的标准电芯充电容量值

S1B、计算不同温度下的测试充电容量值Q′与标准电芯充电容量值的比值，获得不同温度下的温度校准系数a。

如图4所示，S1A中所述的获得不同温度下标准电芯的测试充电容量值Q′以及在25℃下标准电芯的标准电芯充电容量值的过程为：

S1A1、采用0.5倍率对标准电芯进行放电，直至标准电芯的电压值达到允许的最低下限电压；

S1A2、标准电芯静置30mi n后，采用车载充电机慢充时的电流值对标准电芯进行充电，直至标准电芯的电压值达到允许的最高上限电压，并记录下充电时间作为测试充电时间t′；

S1A3、根据标准电芯充电过程所吸收的容量获得标准电芯在不同温度条件下的测试充电容量值Q′以及在25℃下标准电芯的标准电芯充电容量值

上述优选实施例中，选用和电池包内相同批次的电芯作为标准电芯，在标准电芯允许充电温度范围内，每间隔5℃进行一次充放电测试。放电流程是0.5C放电到电芯允许的最低下限电压，静置30mi n后充电，充电流程是采用车载充电机慢充时的电流值充电到电芯允许的最高上限电压。其中车载充电机功率一般为6.6KW，要依据整车实际电压值和电池系统内电芯组成方式确定单体电芯的电流值。通过测试得到不同温度下的充电容量值，计算不同温度下充电容量值和25℃下充电容量值的比值，将此比值作为不同温度下温度校准系数，其中在25℃时的温度校准系数为1。

本实施例在不同温度下充放电数据进行选取时采用就近原则，例如，在30℃和35℃分别进行了充放电测试，那么如果此时想要获得32℃的温度校准系数则采用30℃的数据，33℃的温度校准系数则采用35℃的数据。

优选的，所述定期在监控平台筛选车辆运行过程中电池包的实时充电数据的筛选条件为：

车载充电机对电池包进行慢充过程中，充电起始剩余电量在30％以下，充电终止剩余电量在90％以上；

且在慢充过程前，放电完成的电池包静置时间要大于30mi n以上。

定期下载监控平台上车辆运行的实时数据，以一个月的周期为例。筛选符合容量计算条件的充电数据，筛选条件为：

1、选取某次车载充电机的慢充过程，此次充电起止的SOC差值尽可能的大，对于磷酸铁锂体系的电芯，充电起始SOC在30％以下，充电结束SOC在90％以上；

2、此次慢充前，放电后的静置时间尽可能的长，至少要大于30mi n以上。

优选的，如图5所示，S3中所述的计算电池包内所有电芯的容量Q的过程为：

S31、在监控平台中获取所有电芯的充电起始电压值V₁、充电结束电压值V₂以及测试充电时间t′；

S32、在监控平台中获取电池包出厂测试中进行的标准恒流充放电测试所获得的标准充电数据，在标准充电数据中获取从V₁到V₂充电过程中的充电容量值和充电时间

S33、根据S31中获得的测试充电时间t′、S32中获得的充电容量值和充电时间以及不同温度下的温度校准系数a进行计算，获得电池包内所有电芯在不同温度下的容量

以某次符合容量计算条件的充电过程为例，对其中X号电芯进行容量计算，对于X号电芯，此次充电起始电压值为V₁，充电结束电压值为V₂，测试充电时间为t′，充电过程平均温度为T。在该电池包出厂测试的标准充电数据中，找到充电过程从V₁到V₂充电过程中的标准充电容量值和标准充电时间由于充电容量Q＝It，若I 1＝I2，则Q1/Q2＝t1/t2。若已知Q1和t1/t2比值，即可得到Q2。基于以上原理，本实施例是采用同一充电电流值下，容量衰减前后，电芯在相同电压值区间内充电时间比值得到容量比值，通过出厂测试的初始容量值，进而计算出电芯在某一温度时刻的容量。

实施例2

如图6所示，本实施例提出了一种基于监控平台数据的动力电池系统中电芯容量计算系统，所述系统包括：

数据获取模块1，用于通过对电池包进行充放电测试获得标准充放电数据，将与电池包内电芯同一批次出产的电芯作为标准电芯进行充放电测试获得温度校准系数a，并上传至监控平台2；

监控平台2，用于定期筛选车辆运行过程中电池包的实时充电数据；

容量计算模块3，用于根据标准充放电数据、温度校准系数a以及实时充电数据计算电池包内电芯的容量Q。

本实施例为锂离子动力电池系统中电芯提供一种实用的、有效可靠的容量计算系统，通过电动汽车监控平台2实时运行数据，准确计算出系统中各个单体电芯的容量值，可以提前了解电池包内单体电芯的健康情况，为动力电池包售后维护提供有力数据支持，做到提前维护，减少客户抱怨，提高客户满意度。

本实施例是基于监控平台上车辆实时运行数据，采用车载充电机慢充充电过程，电芯在相同电压区间充电时间比值得到容量比值，进而计算出电芯容量值。容量计算过程中无需拆卸电池包返厂测试，就能够准确计算电芯的容量值。该系统将花费最小的成本，高效完成电芯容量估算工作，为售后维护提供数据支持。

优选的，如图7所示，数据获取模块1包括：

标准测试模块7，用于将电池包的温度维持在25℃，在电池包出厂测试中进行标准恒流充放电测试，获得标准充电容量值和标准充电时间

如图8所示，标准测试模块7包括：

标准放电模块4，用于采用0.5倍率对电池包进行放电，直至电池包中单体电芯的电压值达到允许的最低下限电压；

标准充电模块5，用于电池包静置30mi n后，采用车载充电机慢充时的电流值对电池包进行充电，直至电池包中单体电芯的电压值达到允许的最高上限电压，并记录下充电时间作为标准充电时间

标准充电容量值计算模块6，用于根据充电过程所吸收的容量获得电池包在25℃条件下的标准充电容量值

上述优选实施例通过在电池包出厂测试中加入一段充放电测试，放电流程是0.5C放电到单体电芯电压值达到允许的最低下限电压，静置30mi n后充电，充电流程是采用车载充电机慢充时的电流值充电到弹体电芯电压值达到允许的最高上限电压。此次充电过程，电池包温度需维持在25℃，并选取此次充电过程的数据，作为后续容量估算的标准数据。

优选的，如图7所示，数据获取模块1还包括：

变化测试模块8，用于在标准电芯允许的充电温度范围内，每间隔5℃对标准电芯进行恒流充放电测试，获得不同温度下标准电芯的测试充电容量值Q′，同时将标准电芯维持在25℃进行恒流充放电测试，获得在25℃下标准电芯的标准电芯充电容量值

标准系数计算模块9，用于计算不同温度下的测试充电容量值Q′与标准电芯充电容量值的比值，获得不同温度下的温度校准系数a。

如图9所示，变化测试模块8包括：

变化放电模块10，用于采用0.5倍率对标准电芯进行放电，直至标准电芯的电压值达到允许的最低下限电压；

变化充电模块11，用于标准电芯静置30mi n后，采用车载充电机慢充时的电流值对标准电芯进行充电，直至标准电芯的电压值达到允许的最高上限电压，并记录下充电时间作为测试充电时间t′；

测试充电容量值计算模块12，用于根据标准电芯充电过程所吸收的容量获得标准电芯在不同温度条件下的测试充电容量值Q′以及在25℃下标准电芯的标准电芯充电容量值

上述优选实施例中，选用和电池包内相同批次的电芯作为标准电芯，在标准电芯允许充电温度范围内，每间隔5℃进行一次充放电测试。放电流程是0.5C放电到电芯允许的最低下限电压，静置30mi n后充电，充电流程是采用车载充电机慢充时的电流值充电到电芯允许的最高上限电压。其中车载充电机功率一般为6.6KW，要依据整车实际电压值和电池系统内电芯组成方式确定单体电芯的电流值。通过测试得到不同温度下的充电容量值，计算不同温度下充电容量值和25℃下充电容量值的比值，将此比值作为不同温度下温度校准系数，其中在25℃时的温度校准系数为1。

本实施例在不同温度下充放电数据进行选取时采用就近原则，例如，在30℃和35℃分别进行了充放电测试，那么如果此时想要获得32℃的温度校准系数则采用30℃的数据，33℃的温度校准系数则采用35℃的数据。

优选的，监控平台2定期筛选车辆运行过程中电池包的实时充电数据的筛选条件为：

车载充电机对电池包进行慢充过程中，充电起始剩余电量在30％以下，充电终止剩余电量在90％以上；

且在慢充过程前，放电完成的电池包静置时间要大于30mi n以上。

定期下载监控平台2上车辆运行的实时数据，以一个月的周期为例。筛选符合容量计算条件的充电数据，筛选条件为：

1、选取某次车载充电机的慢充过程，此次充电起止的SOC差值尽可能的大，对于磷酸铁锂体系的电芯，充电起始SOC在30％以下，充电结束SOC在90％以上；

2、此次慢充前，放电后的静置时间尽可能的长，至少要大于30mi n以上。

优选的，如图10所示，容量计算模块3包括：

测试充电数据获取模块13，用于在监控平台2中获取所有电芯的充电起始电压值V₁、充电结束电压值V₂以及测试充电时间t′；

标准充电数据获取模块14，用于在监控平台2中获取电池包出厂测试中进行的标准恒流充放电测试所获得的标准充电数据，在标准充电数据中获取从V₁到V₂充电过程中的充电容量值和充电时间

电芯容量计算模块15，用于根据测试充电数据获取模块13中获得的测试充电时间t′、标准充电数据获取模块14中获得的充电容量值和充电时间以及不同温度下的温度校准系数a进行计算，获得电池包内所有电芯在不同温度下的容量

以某次符合容量计算条件的充电过程为例，对其中X号电芯进行容量计算，对于X号电芯，此次充电起始电压值为V₁，充电结束电压值为V₂，测试充电时间为t′，充电过程平均温度为T。在该电池包出厂测试的标准充电数据中，找到充电过程从V₁到V₂充电过程中的标准充电容量值和标准充电时间由于充电容量Q＝It，若I 1＝I2，则Q1/Q2＝t1/t2。若已知Q1和t1/t2比值，即可得到Q2。基于以上原理，本实施例是采用同一充电电流值下，容量衰减前后，电芯在相同电压值区间内充电时间比值得到容量比值，通过出厂测试的初始容量值，进而计算出电芯在某一温度时刻的容量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。