一种电池剩余有效寿命的预测方法及装置与流程

本发明涉及电池系统管理技术领域，特别是涉及一种电池剩余有效寿命的预测方法及装置。

背景技术：

目前，电动汽车逐渐成为当前新能源汽车研究和应用的主流。电动汽车的电池是其能量来源，它决定着电动汽车的运行效率和安全性能，因此，对其电池进行有效合理的管理和控制十分重要。在电池管理和控制系统中，如何准确预测电池的剩余有效寿命是一个极其关键的问题。

剩余有效寿命是指电池从当前正常工作状态到发生潜在故障的预计的剩余有效运行时间，剩余有效寿命受温度、充放电倍率、搁置时间、循环次数、放电深度等因素的影响。现有技术中，剩余有效寿命的预测方法通常为根据部分影响因素建立物理模型，通过建立的物理模型预测剩余有效寿命。然而，现有技术中的物理模型不能很好地表征剩余有效寿命，降低了剩余有效寿命预测的准确性和可信度，降低了电池的使用效率。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电池剩余有效寿命的预测方法及装置，能够很好地表征剩余有效寿命，提高了剩余有效寿命预测的准确性和可信度，提高了电池的使用效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池剩余有效寿命的预测方法，包括：

分别获取寿命影响因素的n个取值对应的电池的n个满电容量组，其中，每个满电容量组中包括m个循环次数下的满电容量，m、n均为不小于2的整数；

根据每个所述满电容量组中的m个循环次数下的满电容量得到所述寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系；

获取所述电池在历史时间及当前时间内运行使用过的寿命影响因素的取值及各取值对应的累积运行时间；

根据获取使用过的寿命影响因素的取值对应的满电容量与循环时间的对应关系及各取值对应的累积运行时间得到所述电池的容量衰减总量；

根据所述电池的额定容量、所述电池的容量衰减总量及所述电池的失效容量得到所述电池的剩余有效寿命。

优选地，所述根据每个所述满电容量组中的m个循环次数下的满电容量得到所述寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系的过程具体为：

分别对每个所述满电容量组中的m个循环次数下的满电容量进行m阶多项式拟合，得到所述寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系式，所述对应关系式为：

q(i)＝ai0*xi^m+ai1*xi^m-1+ai2*xi^m-2+···+ai(m-2)*xi²+ai(m-1)*xi+aim

其中，ai0，ai1，ai2…ai(m-2)，ai(m-1)，aim为拟合系数，i＝1，2，3…n，xi为第i个所述满电容量组中的每个循环次数对应的循环时间，m为不小于2的整数。

优选地，所述根据获取使用过的寿命影响因素的取值对应的满电容量与循环时间的对应关系及各取值对应的累积运行时间得到所述电池的容量衰减总量的过程具体为：

根据关系式分别计算所述电池在所述获取使用过的寿命影响因素的各取值对应的累积运行时间下的容量衰减率；

根据关系式qloss(i)＝∫va(i)dt分别计算所述电池在单位时间内的单位衰减容量；

根据关系式计算截止到所述当前时间，所述电池的容量衰减总量，其中，k为所述获取使用过的寿命影响因素的取值的总个数，ni为所述获取使用过的寿命影响因素的第i个取值对应的累积运行时间。

优选地，根据所述电池的额定容量、所述电池的容量衰减总量及所述电池的失效容量得到所述电池的剩余有效寿命的过程具体为：

根据关系式qr＝qn-qloss计算所述电池的剩余容量，其中，qn为所述电池的额定容量；

根据所述电池的剩余容量和所述电池的失效容量得到所述电池的剩余有效容量；

根据所述电池的剩余有效容量及所述电池待使用的寿命影响因素的取值确定所述电池的剩余有效寿命。

优选地，所述根据每个所述满电容量组中的m个循环次数下的满电容量得到所述寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系的过程具体为：

分别对每个所述满电容量组中的m个循环次数下的满电容量进行三次样条插值拟合，得到所述寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系式。

优选地，所述寿命影响因素具体为所述电池的放电倍率。

优选地，所述m阶多项式具体为5阶多项式。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电池剩余有效寿命的预测装置，包括：

第一获取单元，用于分别获取寿命影响因素的n个取值对应的所述电池的n个满电容量组，其中，每个满电容量组中包括m个循环次数下的满电容量，m、n均为不小于2的整数；

预设关系单元，用于根据每个所述满电容量组中的m个循环次数下的满电容量得到所述寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系；

第二获取单元，用于获取所述电池在历史时间及当前时间内运行使用过的寿命影响因素的取值及各取值对应的累积运行时间；

第一计算单元，用于根据获取使用过的寿命影响因素的取值对应的满电容量与循环时间的对应关系及各取值对应的累积运行时间得到所述电池的容量衰减总量；

第二计算单元，用于根据所述电池的额定容量、所述电池的容量衰减总量及所述电池的失效容量得到所述电池的剩余有效寿命。

优选地，所述预设关系单元具体用于分别对每个所述满电容量组中的m个循环次数下的满电容量进行m阶多项式拟合，得到所述寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系式，所述对应关系式为：

q(i)＝ai0*xi^m+ai1*xi^m-1+ai2*xi^m-2+···+ai(m-2)*xi²+ai(m-1)*xi+aim

其中，ai0，ai1，ai2…ai(m-2)，ai(m-1)，aim为拟合系数，i＝1，2，3…n，xi为第i个所述满电容量组中的每个循环次数对应的循环时间，m为不小于2的整数。

优选地，所述第一计算单元具体用于根据关系式分别计算所述电池在所述获取使用过的寿命影响因素的各取值对应的累积运行时间下的容量衰减率；根据关系式qloss(i)＝∫va(i)dt分别计算所述电池在单位时间内的单位衰减容量；根据关系式计算截止到所述当前时间，所述电池的容量衰减总量，其中，k为所述获取使用过的寿命影响因素的取值的总个数，ni为所述获取使用过的寿命影响因素的第i个取值对应的累积运行时间。

本发明提供了一种电池剩余有效寿命的预测方法，包括分别获取寿命影响因素的n个取值对应的电池的n个满电容量组，每个满电容量组中包括m个循环次数下的满电容量；根据每个满电容量组中的m个循环次数下的满电容量得到寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系；获取电池在历史时间及当前时间内运行使用过的寿命影响因素的取值及各取值对应的累积运行时间；根据获取使用过的寿命影响因素的取值对应的满电容量与循环时间的对应关系及各取值对应的累积运行时间得到电池的容量衰减总量；根据电池的额定容量、电池的容量衰减总量及电池的失效容量得到电池的剩余有效寿命。

本发明中的寿命影响因素有不同的取值，在每个取值下，获取随循环次数变化的电池的满电容量，从而得到电池的满电容量与循环时间的对应关系。结合当前工况，并运用对应关系便可以求取电池的容量衰减总量，进而根据电池的额定容量和电池的失效容量预测出电池的剩余有效寿命。与现有技术中的预测方法相比，本发明的预测方法能够很好地表征剩余有效寿命，提高了剩余有效寿命预测的准确性和可信度，提高了电池的使用效率。

本发明还提供了一种电池剩余有效寿命的预测装置，与上述预测方法具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种电池剩余有效寿命的预测方法的流程示意图；

图2为本发明提供的一种具体实施例中的电池放电实际工况图；

图3为本发明提供的一种具体实施例中的1c放电倍率下的放电容量图；

图4为本发明提供的一种具体实施例中的3c放电倍率下的放电容量图；

图5为本发明提供的一种电池剩余有效寿命的预测装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电池剩余有效寿命的预测方法及装置，能够很好地表征剩余有效寿命，提高了剩余有效寿命预测的准确性和可信度，提高了电池的使用效率。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种电池剩余有效寿命的预测方法的流程示意图，该方法包括：

步骤s1：分别获取寿命影响因素的n个取值对应的电池的n个满电容量组，其中，每个满电容量组中包括m个循环次数下的满电容量，m、n均为不小于2的整数；

具体地，寿命影响因素具有n个取值，每个取值均在m个循环次数下进行实验，这里的循环次数的计数原则为充满电一次和完全放电一次，循环次数累计一次。考虑到电池在放电的过程中，有各种干扰因素影响电池的放出容量，所以在每个取值的实验过程中，获取在每个循环次数下，电池充满电时的容量，也即满电容量。也就是说，每个取值对应m个满电容量，这m个满电容量构成一个满电容量组，n个取值就对应n个满电容量组，其中，m、n均为不小于2的整数。

本申请可以采用n×m的矩阵来表示n个满电容量组，矩阵为：其中q为电池的满电容量。

当然，本申请也可以采用其他方式表示n个满电容量组，本发明在此不做特别的限定，根据实际情况而定。

步骤s2：根据每个满电容量组中的m个循环次数下的满电容量得到寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系；

具体地，每个满电容量组中的m个满电容量对应m个循环次数，将每个循环次数均转换成其对应的循环时间，则每个满电容量组中的m个满电容量对应m个循环时间，便可以通过此对应得到每个满电容量组中的满电容量和该组的循环时间之间的对应关系。这里一共有n个满电容量组，便可以得到n个对应关系，也就是说，与n个满电容量组对应的寿命影响因素的n个取值均有各自对应的对应关系。

在不同的工况下，寿命影响因素有不同的取值，上述寿命影响因素的n个取值包含这些不同的取值，因此，n个对应关系相当于提前建立的一个通用模型，其通用性表现在不同的工况均可以通过此通用模型计算各自的电池的剩余有效寿命。

步骤s3：获取电池在历史时间及当前时间内运行使用过的寿命影响因素的取值及各取值对应的累积运行时间；

具体地，根据当前工况下寿命影响因素与运行时间的对应关系，获取在当前工况下，截止到当前时间，电池在运行过程中使用过的寿命影响因素的取值和在每个取值下的电池的累积运行时间，为后续计算电池的容量衰减总量打下基础。

步骤s4：根据获取使用过的寿命影响因素的取值对应的满电容量与循环时间的对应关系及各取值对应的累积运行时间得到电池的容量衰减总量；

具体地，从之前得到的n个对应关系中，找出当前工况下电池使用过的寿命影响因素的取值对应的对应关系，根据每个取值对应的对应关系和该取值下的电池的累积运行时间，便可以得到在每个累积运行时间内的电池的容量衰减量，从而将多个电池的容量衰减量求和得到截止到当前时间的电池的容量衰减总量。

步骤s5：根据电池的额定容量、电池的容量衰减总量及电池的失效容量得到电池的剩余有效寿命。

具体地，这里的电池的额定容量是指新电池的初始容量，已经得到电池的容量衰减总量，根据电池的额定容量、电池的容量衰减总量和电池的失效容量最终求得电池的剩余有效运行时间，也即求得电池的剩余有效寿命，从而提高了剩余有效寿命预测的准确性和可信度，提高了电池的使用效率。

本发明提供了一种电池剩余有效寿命的预测方法，包括分别获取寿命影响因素的n个取值对应的电池的n个满电容量组，每个满电容量组中包括m个循环次数下的满电容量；根据每个满电容量组中的m个循环次数下的满电容量得到寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系；获取电池在历史时间及当前时间内运行使用过的寿命影响因素的取值及各取值对应的累积运行时间；根据获取使用过的寿命影响因素的取值对应的满电容量与循环时间的对应关系及各取值对应的累积运行时间得到电池的容量衰减总量；根据电池的额定容量、电池的容量衰减总量及电池的失效容量得到电池的剩余有效寿命。

本发明中的寿命影响因素有不同的取值，在每个取值下，获取随循环次数变化的电池的满电容量，从而得到电池的满电容量与循环时间的对应关系。结合当前工况，并运用对应关系便可以求取电池的容量衰减总量，进而根据电池的额定容量和电池的失效容量预测出电池的剩余有效寿命。与现有技术中的预测方法相比，本发明的预测方法能够很好地表征剩余有效寿命，提高了剩余有效寿命预测的准确性和可信度，提高了电池的使用效率。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，根据每个满电容量组中的m个循环次数下的满电容量得到寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系的过程具体为：

分别对每个满电容量组中的m个循环次数下的满电容量进行m阶多项式拟合，得到寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系式，对应关系式为：

q(i)＝ai0*xi^m+ai1*xi^m-1+ai2*xi^m-2+···+ai(m-2)*xi²+ai(m-1)*xi+aim

其中，ai0，ai1，ai2…ai(m-2)，ai(m-1)，aim为拟合系数，i＝1，2，3…n，xi为第i个所述满电容量组中的每个循环次数对应的循环时间，m为不小于2的整数。

具体地，每个满电容量组中的m个满电容量对应m个循环时间，本申请可以对每个满电容量组中的m个满电容量进行m阶多项式拟合，便可以得到每个满电容量组中的满电容量与该组的循环时间之间的对应关系式。因此，寿命影响因素的n个取值一一对应得到的对应关系式。

建立通用模型时，运用多项式拟合的方法使其结构简单，方便计算。本申请还可以根据得到的n个m阶多项式获取n条拟合曲线，使得每个满电容量组中的满电容量与该组的循环时间之间的对应关系更加直观。这里的m为不小于2的整数，对于m具体取哪个数值，本发明在此不做特别的限定，根据实际情况而定。

作为一种优选地实施例，根据获取使用过的寿命影响因素的取值对应的满电容量与循环时间的对应关系及各取值对应的累积运行时间得到所述电池的容量衰减总量的过程具体为：

根据关系式分别计算电池在获取使用过的寿命影响因素的各取值对应的累积运行时间下的容量衰减率；

根据关系式qloss(i)＝∫va(i)dt分别计算电池在单位时间内的单位衰减容量；

根据关系式计算截止到当前时间，电池的容量衰减总量，其中，k为获取使用过的寿命影响因素的取值的总个数，ni为获取使用过的寿命影响因素的第i个取值对应的累积运行时间。

具体地，分别对n个对应关系式进行求导，得到n个关系式将获取使用过的寿命影响因素的各取值对应的累积运行时间分别代入各自对应的求导得到的关系式中，求得截止到当前时间，获取使用过的寿命影响因素的各取值对应的电池的容量衰减率；

分别对求导得到的n个关系式进行积分，得到n个关系式qloss(i)＝∫va(i)dt，每个积分得到的关系式的积分上限为该关系式对应的累积运行时间，积分下限为该关系式对应的累积运行时间的前一时刻所在的时间，以便分别求得电池在单位时间内的单位衰减容量；

将各累积运行时间分别乘以各自对应的关系式求得的单位衰减容量，得到各累计运行时间内的电池的容量衰减量，将得到的所有电池的容量衰减量求和得到电池的容量衰减总量，即关系式则k为获取使用过的寿命影响因素的取值的总个数，ni为第i个取值对应的累积运行时间。

作为一种优选地实施例，根据电池的额定容量、电池的容量衰减总量及电池的失效容量得到电池的剩余有效寿命的过程具体为：

根据关系式qr＝qn-qloss计算电池的剩余容量，其中，qn为电池的额定容量；

根据电池的剩余容量和电池的失效容量得到电池的剩余有效容量；

根据电池的剩余有效容量及电池待使用的寿命影响因素的取值确定电池的剩余有效寿命。

具体地，本申请采用的方法是先求得剩余有效容量，然后将剩余有效容量代入电池待使用的寿命影响因素的取值对应的对应关系式，得到电池的剩余有效运行时间，即电池的剩余有效寿命。当然，本申请也可以先将电池的剩余容量和电池的失效容量分别代入电池待使用的寿命影响因素的取值对应的对应关系式，得到在该取值下，电池的已运行时间和电池失效时的总运行时间，进而得到电池的剩余有效运行时间，即电池的剩余有效寿命。对于采用哪种方法求取剩余有效寿命，本发明在此不做特别的限定，根据实际情况而定。

作为一种优选地实施例，根据每个满电容量组中的m个循环次数下的满电容量得到寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系的过程具体为：

分别对每个满电容量组中的m个循环次数下的满电容量进行三次样条插值拟合，得到寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系式。

本申请建立通用模型时，除了运用多项式拟合的方法，还可以运用三次样条插值拟合的方法，运用三次样条插值拟合的方法建立的通用模型精度更高。

当然，本申请还可以运用其他方法建立通用模型，本发明在此不做特别的限定，根据实际情况而定。

作为一种优选地实施例，寿命影响因素具体为电池的放电倍率。

具体地，本申请的预测方法，较适用于预测以电池的放电倍率为主影响因素的剩余有效寿命，同时也可以预测以温度、充电倍率、搁置时间、放电深度等影响因素中的任一因素为主影响因素的剩余有效寿命。具体选用哪个影响因素作为主影响因素，本发明在此不做特别的限定，根据实际情况而定。

作为一种优选地实施例，所述m阶多项式具体为5阶多项式。

具体地，当电池的放电倍率为主影响因素时，5阶多项式拟合的结果最接近真实的结果。

下面，以主影响因素为电池的放电倍率为例，说明计算剩余有效寿命的具体步骤。请参照图2、图3、图4，图2为本发明提供的一种具体实施例中的电池放电实际工况图；图3为本发明提供的一种具体实施例中的1c放电倍率下的放电容量图；图4为本发明提供的一种具体实施例中的3c放电倍率下的放电容量图。

该工况选取的是锰酸锂作为正极材料，石墨作为负极电池，额定容量为1.3ah的软包型电池。

在该工况下的电池放电实际工况图上取a点，此处电流为-3.9a，电池的放电倍率＝电流/电池的额定容量，即此处的放电倍率为3c，此前该放电倍率下累积运行时间为121s，利用求导得到的关系式va(i)＝5b5*xi⁴+4b4*xi³+3b3*xi²+2b2*xi+b1，对应的常数项在图4的方格中，代入t＝121，求出3c放电倍率下121s时容量衰减率为-0.02766。此外，121s时刻，电池容量衰减量为：

a点之前的工况中还有种运行情况，电流为1.295a，即为1c,该放电倍率下的累积运行时间为2160s，同理，利用求导得到的关系式va(i)＝5b5*xi⁴+4b4*xi³+3b3*xi²+2b2*xi+b1，对应的常数项在图3的方格中，代入t＝2160，求出1c放电倍率下2160s时容量衰减率为-0.12819。该时刻电池的容量衰减量为：则实际工况运行至a点时这段时间内的电池的容量衰减总量为：此时，电池的剩余容量为：qr＝qn-qloss＝1.3-0.077844＝1.222156ah，此时容量剩余为94.012％。按3c放电计算，当电池的容量为94.012％时，在此倍率下电池的已运行时间为49s，而该倍率下电池失效时的总运行时间为232s，即若按此倍率一直运行下去，电池的剩余有效运行时间为181s。

请参照图5，图5为本发明提供的一种电池剩余有效寿命的预测装置的结构示意图，该装置包括：

第一获取单元1，用于分别获取寿命影响因素的n个取值对应的电池的n个满电容量组，其中，每个满电容量组中包括m个循环次数下的满电容量，m、n均为不小于2的整数；

预设关系单元2，用于根据每个满电容量组中的m个循环次数下的满电容量得到寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系；

第二获取单元3，用于获取电池在历史时间及当前时间内运行使用过的寿命影响因素的取值及各取值对应的累积运行时间；

第一计算单元4，用于根据获取使用过的寿命影响因素的取值对应的满电容量与循环时间的对应关系及各取值对应的累积运行时间得到电池的容量衰减总量；

第二计算单元5，用于根据电池的额定容量、电池的容量衰减总量及电池的失效容量得到电池的剩余有效寿命。

作为一种优选地实施例，预设关系单元2具体用于分别对每个满电容量组中的m个循环次数下的满电容量进行m阶多项式拟合，得到寿命影响因素的各个取值一一对应的满电容量与循环时间的对应关系式，对应关系式为：

q(i)＝ai0*xi^m+ai1*xi^m-1+ai2*xi^m-2+···+ai(m-2)*xi²+ai(m-1)*xi+aim

其中，ai0，ai1，ai2…ai(m-2)，ai(m-1)，aim为拟合系数，i＝1，2，3…n，xi为第i个满电容量组中的每个循环次数对应的循环时间，m为不小于2的整数。

作为一种优选地实施例，第一计算单元4具体用于根据关系式分别计算电池在获取使用过的寿命影响因素的各取值对应的累积运行时间下的容量衰减率；根据关系式qloss(i)＝∫va(i)dt分别计算电池在单位时间内的单位衰减容量；根据关系式计算截止到当前时间，电池的容量衰减总量，其中，k为获取使用过的寿命影响因素的取值的总个数，ni为获取使用过的寿命影响因素的第i个取值对应的累积运行时间。

对于本发明提供的装置的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。