一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测方法与系统

1.本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测方法与系统。


背景技术：

2.近年随着汽车电动化浪潮的兴起，各大传统车企纷纷投身电动汽车产品的研发和市场角逐，随着电动汽车产品技术不断革新，产品内容不断丰富，消费者对电动汽车产品的认可度也在不断提高；
3.锂离子电池剩余寿命意为锂离子电池在某些特定的环境与要求中，不断的进行充电与放电环节，当剩余容量达到规定的失效阔值，即可判定为电池失效，动力电池的剩余容量一直是业内热点话题之一，一方面，电池容量的衰减量直接影响到车辆的续航里程和用户驾驶体验，另一方面，在新能源汽车的二手交易市场中，电池剩余容量也是车辆残值评定参考的主要因素之一；
4.在锂离子电池寿命退化的过程中，一旦忽视其退化过程，超限期、超负荷使用锂离子，轻则损坏新能源汽车的电池及仪器设备，重则甚至会造成严重的故障事故的发生，传统方法一般使用专用设备进行线下检测，具有检测费用高、检测时间长、地理位置不方便等系列缺点，有的高科技新能源汽车能够通过汽车处理器对新能源汽车的行驶状况进行实时监控并分析，从而对锂离子电池剩余寿命进行预测，能够达到精确预测的目的，但是现有的汽车处理器的计算能力不够强，会随着新能源汽车使用时间越长，采集的数据越复杂从而难以进行处理，导致对锂离子电池剩余寿命进行预测结果严重失真；
5.即如何高效便捷、及时准确的对新能源汽车锂离子电池剩余寿命预测是本发明的关键，因此，亟需一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测方法与系统来解决以上问题。


技术实现要素：

6.为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测方法与系统：是通过处理器将电量数据包以及状态数据包发送至终选服务器，终选服务器根据电量数据包获得粗测电量和传输时差，根据状态数据包和传输时差获得调节值，根据调节值将粗测电量进行修正得到精测电量，并将其将发送至处理器和数据库，最终得到电池剩余寿命情况，解决了现有的锂离子电池剩余寿命预测方法具有检测费用高、检测时间长、地理位置不方便，以及会随着新能源汽车采集的数据越复杂导致对锂离子电池剩余寿命进行预测结果严重失真的问题。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
8.一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测方法，包括以下步骤：
9.步骤一：电量采集模块采集新能源汽车的电池信息，获取电池的充电限制电压、终止放电电压以及电池生产时间，通过电压监测单元监测电池达到终止放电电压后一次性充电至充电限制电压所需要的时间，并将其标记为补电时差bs，并通过电流采集单元实时采
集充电时的电流，去掉数值最大的和最小的电流后计算平均值，得到补电电流bl，通过温度采集单元实时采集充电时的环境温度后并计算平均值，得到补电环温bw，电量采集模块将补电时差bs、补电电流bl以及补电环温bw组合形成电量数据包发送至处理器，将电池生产时间发送至状态分析模块；
10.步骤二：处理器接收到电量数据包后并产生选择分析指令和状态分析指令，并将选择分析指令发送至选择分析模块，将状态分析指令发送至状态分析模块；
11.步骤三：选择分析模块接收到选择分析指令后获取选择分析指令的发送位置，选择分析模块同时采集若干个服务器的位置，并获取每个服务器中数据包的数量以及所有数据包的总大小并分别标记为数包量sl和数包值sz，选择分析模块依次将若干个服务器的位置与选择分析指令的发送位置之间的距离标记为时差距sj，选择分析模块将数包量sl、数包值sz以及时差距sj进行归一化处理，代入公式得到选优值xy，其中q1、q2、q3均为预设权重系数，q1+q2+q3＝1，取q1＝0.24，q2＝0.26、q3＝0.5，并将最大选优值xy所对应的服务器标记为终选服务器，并根据终选服务器产生通信连接指令，并将通信连接指令送至处理器；
12.步骤四：状态分析模块接收到状态分析指令后采集新能源汽车的行驶距离、行驶时间并分别标记为行距值xj和行时值xs，状态分析模块将电池生产时间标记为电产值dc，之后状态分析模块将行距值xj、行时值xs以及电产值dc组合形成状态数据包发送至处理器；
13.步骤五：处理器接收到通信连接指令后与终选服务器进行通信连接，之后处理器将电量数据包以及状态数据包发送至终选服务器；
14.步骤六：终选服务器接收到电量数据包以及状态数据包后，根据提取电量数据包中的补电时差bs、补电电流bl以及补电环温bw，将其归一化处理，代入模型，以补电时差bs、补电电流bl分别为长和宽形成矩形，以补电环温bw与25℃之间的差值的平方的λ倍为半径形成扇形，求取阴影部分面积，得到粗测电量cc，其中λ为预设比例系数，取λ＝0.78％；
15.步骤七：终选服务器获取电量数据包从处理器发送至终选服务器的时间与电量数据包的处理时间并分别标记为发送时差fs与处理时差cs，代入公式ss＝2fs+cs得到传输时差ss，终选服务器获取状态数据包中的行距值xj、行时值xs以及电产值dc，将传输时差ss、行距值xj、行时值xs以及电产值dc进行归一化处理，代入公式得到调节值tj，其中d1、d2、d3均为预设权重系数，且d1+d2+d3＝1，取d1＝0.57，d2＝0.16，d3＝0.27；
16.步骤八：终选服务器将粗测电量cc、调节值tj代入公式jc＝cc
×
(1-γtj)得到精测电量jc，终选服务器将精测电量jc发送至处理器和数据库；
17.步骤九：处理器将精测电量jc发送至电量显示模块，电量显示模块根据精测电量jc显示电量；
18.步骤十：通过终端按照时间段选择历史记录中的多个精测电量，以时间为x轴，以精测电量为y轴建立坐标系模型，获取精测电量降低到电池预设的判断容量的时间，得到电池剩余寿命情况。
19.作为本发明进一步的方案：一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测系统，包括处理器以及终选服务器；
20.所述处理器用于根据接收到的电量数据包后产生选择分析指令和状态分析指令，并将选择分析指令发送至选择分析模块，将状态分析指令发送至状态分析模块；处理器还用于接收到选择分析模块反馈的通信连接指令后与终选服务器进行通信连接，之后处理器将电量数据包以及状态分析模块反馈的状态数据包发送至终选服务器；
21.所述终选服务器用于根据电量数据包获得粗测电量和传输时差，根据状态数据包和传输时差获得调节值，将粗测电量、调节值经过分析得到精测电量并将其将发送至处理器和数据库，具体过程如下：
22.终选服务器接收到电量数据包以及状态数据包后，根据提取电量数据包中的补电时差bs、补电电流bl以及补电环温bw，将其归一化处理，代入模型，以补电时差bs、补电电流bl分别为长和宽形成矩形，以补电环温bw与25℃之间的差值的平方的λ倍为半径形成扇形，求取阴影部分面积，得到粗测电量cc，其中λ为预设比例系数，取λ＝0.78％；
23.终选服务器获取电量数据包从处理器发送至终选服务器的时间与电量数据包的处理时间并分别标记为发送时差fs与处理时差cs，代入公式ss＝2fs+cs得到传输时差ss；
24.终选服务器获取状态数据包中的行距值xj、行时值xs以及电产值dc，将传输时差ss、行距值xj、行时值xs以及电产值dc进行归一化处理，代入公式得到调节值tj，其中d1、d2、d3均为预设权重系数，且d1+d2+d3＝1，取d1＝0.57，d2＝0.16，d3＝0.27；
25.终选服务器将粗测电量cc、调节值tj代入公式jc＝cc
×
(1-γtj)得到精测电量jc，其中γ为预设比例系数，取γ＝0.0102，终选服务器将精测电量jc发送至处理器和数据库。
26.作为本发明进一步的方案：还包括电量采集模块，电量采集模块包括电压监测单元、电流采集单元以及温度采集单元；所述电量采集模块用于采集电池生产时间、补电时差、补电电流以及补电环温，并将补电时差、补电电流以及补电环温分析得到电量数据包发送至处理器，将电池生产时间发送至状态分析模块，具体过程如下：
27.电量采集模块采集新能源汽车的电池信息，获取电池的充电限制电压、终止放电电压以及电池生产时间，通过电压监测单元监测电池达到终止放电电压后一次性充电至充电限制电压所需要的时间，并将其标记为补电时差bs，并通过电流采集单元实时采集充电时的电流，去掉数值最大的和最小的电流后计算平均值，得到补电电流bl，通过温度采集单元实时采集充电时的环境温度后并计算平均值，得到补电环温bw，电量采集模块将补电时差bs、补电电流bl以及补电环温bw组合形成电量数据包发送至处理器，将电池生产时间发送至状态分析模块。
28.作为本发明进一步的方案：还包括选择分析模块，所述选择分析模块用于接收选择分析指令后经过分析得到选优值xy，并将最大选优值xy所对应的服务器标记为终选服务器，并根据终选服务器产生通信连接指令，并将通信连接指令送至处理器，具体过程如下：
29.选择分析模块接收到选择分析指令后获取选择分析指令的发送位置，选择分析模块同时采集若干个服务器的位置，并获取每个服务器中数据包的数量以及所有数据包的总
大小并分别标记为数包量sl和数包值sz，选择分析模块依次将若干个服务器的位置与选择分析指令的发送位置之间的距离标记为时差距sj，选择分析模块将数包量sl、数包值sz以及时差距sj进行归一化处理，代入公式得到选优值xy，其中q1、q2、q3均为预设权重系数，q1+q2+q3＝1，取q1＝0.24，q2＝0.26、q3＝0.5，并将最大选优值xy所对应的服务器标记为终选服务器，并根据终选服务器产生通信连接指令，并将通信连接指令送至处理器。
30.作为本发明进一步的方案：还包括状态分析模块，所述状态分析模块用于接收状态分析指令后采集行距值、行时值以及电产值，并将行距值、行时值以及电产值组合形成状态数据包发送至处理器，具体过程如下：
31.状态分析模块接收到状态分析指令后采集新能源汽车的行驶距离、行驶时间并分别标记为行距值xj和行时值xs，状态分析模块将电池生产时间标记为电产值dc，之后状态分析模块将行距值xj、行时值xs以及电产值dc分析得到状态数据包发送至处理器。
32.本发明的有益效果如下：
33.本发明的一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测方法与系统，通过处理器将电量数据包以及状态数据包发送至终选服务器，终选服务器根据电量数据包获得粗测电量和传输时差，根据状态数据包和传输时差获得调节值，根据调节值将粗测电量进行修正得到精测电量，并将其将发送至处理器和数据库，最终得到电池剩余寿命情况，该系统仅利用新能源汽车的处理器进行采集数据工作，并进行简单地分析处理，主要的分析过程则通过终选服务器进行处理，提高了数据处理能力的同时提升了数据处理的速率，也提高了数据处理结果的准确性，进而能够对锂离子电池剩余寿命进行准确预测，而且通过通信连接的方式进行数据处理，无需专用设备处理，解决传统方法有检测费用高、检测时间长、地理位置不方便的缺点；
34.通过选择分析模块可以选择出一个综合最优的处理器来处理新能源汽车所采集的数据，而且随着新能源汽车的位置变化可以重新选择，时刻保持处理新能源汽车采集的数据的服务器一直为最佳，从而进一步提升了得到的锂离子电池剩余寿命的准确性；
35.通过终选服务器计算得到调节值，能够将新能源汽车行驶距离、行驶时间、电池生产时间以及处理时差进行综合考虑，从而能够实时监测新能源汽车的精测电量情况，一旦精测电量降低到电池预设的判断容量，即工作人员能够通过终端获取，使得工作人员能够及时作出应急反应，降低新能源汽车因电池寿命因素造成事故情况的发生。
附图说明
36.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
37.图1是本发明中一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测系统的原理框图；
38.图2是本发明中终选服务器获取粗测电量所建立的模型示意图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.实施例1：
41.请参阅图1-2所示，本实施例为一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测系统，包括处理器以及终选服务器；
42.处理器，用于根据接收到电量数据包后产生选择分析指令和状态分析指令，并将选择分析指令发送至选择分析模块，将状态分析指令发送至状态分析模块；处理器还用于接收到选择分析模块反馈的通信连接指令后与终选服务器进行通信连接，之后处理器将电量数据包以及状态分析模块反馈的状态数据包发送至终选服务器；
43.终选服务器，用于根据电量数据包获得粗测电量和传输时差，根据状态数据包获得调节值，将粗测电量、调节值经过分析得到精测电量并将其将发送至处理器和数据库，具体过程如下：
44.终选服务器接收到电量数据包以及状态数据包后，根据提取电量数据包中的补电时差bs、补电电流bl以及补电环温bw，将其归一化处理，代入模型，如图2所示，以补电时差bs、补电电流bl分别为长和宽形成矩形，以补电环温bw与25℃之间的差值的平方的λ倍为半径形成扇形，求取阴影部分面积，得到粗测电量cc，其中λ为预设比例系数，取λ＝0.78％；
45.终选服务器获取电量数据包从处理器发送至终选服务器的时间与电量数据包的处理时间并分别标记为发送时差fs与处理时差cs，代入公式ss＝2fs+cs得到传输时差ss；
46.终选服务器获取状态数据包中的行距值xj、行时值xs以及电产值dc，将传输时差ss、行距值xj、行时值xs以及电产值dc进行归一化处理，代入公式得到调节值tj，其中d1、d2、d3均为预设权重系数，且d1+d2+d3＝1，取d1＝0.57，d2＝0.16，d3＝0.27；
47.终选服务器将粗测电量cc、调节值tj代入公式jc＝cc
×
(1-γtj)得到精测电量jc，其中γ为预设比例系数，取γ＝0.0102，终选服务器将精测电量jc发送至处理器和数据库。
48.实施例2：
49.请参阅图1-2所示，本实施例为一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测系统，还包括电量采集模块、选择分析模块以及状态分析模块；
50.电量采集模块，用于采集电池生产时间、补电时差、补电电流以及补电环温，并将补电时差、补电电流以及补电环温分析得到电量数据包发送至处理器，将电池生产时间发送至状态分析模块，具体过程如下：
51.电量采集模块采集新能源汽车的电池信息，获取电池的充电限制电压、终止放电电压以及电池生产时间，通过电压监测单元监测电池达到终止放电电压后一次性充电至充电限制电压所需要的时间，并将其标记为补电时差bs，并通过电流采集单元实时采集充电时的电流，去掉数值最大的和最小的电流后计算平均值，得到补电电流bl，通过温度采集单元实时采集充电时的环境温度后并计算平均值，得到补电环温bw，电量采集模块将补电时差bs、补电电流bl以及补电环温bw组合形成电量数据包发送至处理器，将电池生产时间发送至状态分析模块；
52.选择分析模块，用于接收选择分析指令后经过分析得到选优值xy，并将最大选优值xy所对应的服务器标记为终选服务器，并根据终选服务器产生通信连接指令，并将通信连接指令送至处理器，具体过程如下：
53.选择分析模块接收到选择分析指令后获取选择分析指令的发送位置，选择分析模块同时采集若干个服务器的位置，并获取每个服务器中数据包的数量以及所有数据包的总大小并分别标记为数包量sl和数包值sz，选择分析模块依次将若干个服务器的位置与选择分析指令的发送位置之间的距离标记为时差距sj，选择分析模块将数包量sl、数包值sz以及时差距sj进行归一化处理，代入公式得到选优值xy，其中q1、q2、q3均为预设权重系数，q1+q2+q3＝1，取q1＝0.24，q2＝0.26、q3＝0.5，并将最大选优值xy所对应的服务器标记为终选服务器，并根据终选服务器产生通信连接指令，并将通信连接指令送至处理器；
54.状态分析模块，用于接收状态分析指令后采集行距值、行时值以及电产值，并将行距值、行时值以及电产值组合形成状态数据包发送至处理器，具体过程如下：
55.状态分析模块接收到状态分析指令后采集新能源汽车的行驶距离、行驶时间并分别标记为行距值xj和行时值xs，状态分析模块将电池生产时间标记为电产值dc，之后状态分析模块将行距值xj、行时值xs以及电产值dc分析得到状态数据包发送至处理器。
56.实施例3：
57.请参阅图1-2所示，结合实施例1与实施例2，本实施例为一种数据驱动的锂离子电池剩余寿命预测方法，包括以下步骤：
58.步骤一：电量采集模块采集新能源汽车的电池信息，获取电池的充电限制电压、终止放电电压以及电池生产时间，通过电压监测单元监测电池达到终止放电电压后一次性充电至充电限制电压所需要的时间，并将其标记为补电时差bs，并通过电流采集单元实时采集充电时的电流，去掉数值最大的和最小的电流后计算平均值，得到补电电流bl，通过温度采集单元实时采集充电时的环境温度后并计算平均值，得到补电环温bw，电量采集模块将补电时差bs、补电电流bl以及补电环温bw组合形成电量数据包发送至处理器，将电池生产时间发送至状态分析模块；
59.步骤二：处理器接收到电量数据包后并产生选择分析指令和状态分析指令，并将选择分析指令发送至选择分析模块，将状态分析指令发送至状态分析模块；
60.步骤三：选择分析模块接收到选择分析指令后获取选择分析指令的发送位置，选择分析模块同时采集若干个服务器的位置，并获取每个服务器中数据包的数量以及所有数据包的总大小并分别标记为数包量sl和数包值sz，选择分析模块依次将若干个服务器的位置与选择分析指令的发送位置之间的距离标记为时差距sj，选择分析模块将数包量sl、数包值sz以及时差距sj进行归一化处理，代入公式得到选优值xy，其中q1、q2、q3均为预设权重系数，q1+q2+q3＝1，取q1＝0.24，q2＝0.26、q3＝0.5，并将最大选优值xy所对应的服务器标记为终选服务器，并根据终选服务器产生通信连接指令，并将通信连接指令送至处理器；
61.步骤四：状态分析模块接收到状态分析指令后采集新能源汽车的行驶距离、行驶
时间并分别标记为行距值xj和行时值xs，状态分析模块将电池生产时间标记为电产值dc，之后状态分析模块将行距值xj、行时值xs以及电产值dc组合形成状态数据包发送至处理器；
62.步骤五：处理器接收到通信连接指令后与终选服务器进行通信连接，之后处理器将电量数据包以及状态数据包发送至终选服务器；
63.步骤六：终选服务器接收到电量数据包以及状态数据包后，根据提取电量数据包中的补电时差bs、补电电流bl以及补电环温bw，将其归一化处理，代入模型，如图2所示，以补电时差bs、补电电流bl分别为长和宽形成矩形，以补电环温bw与25℃之间的差值的平方的λ倍为半径形成扇形，求取阴影部分面积，得到粗测电量cc，其中λ为预设比例系数，取λ＝0.78％；
64.步骤七：终选服务器获取电量数据包从处理器发送至终选服务器的时间与电量数据包的处理时间并分别标记为发送时差fs与处理时差cs，代入公式ss＝2fs+cs得到传输时差ss，终选服务器获取状态数据包中的行距值xj、行时值xs以及电产值dc，将传输时差ss、行距值xj、行时值xs以及电产值dc进行归一化处理，代入公式得到调节值tj，其中d1、d2、d3均为预设权重系数，且d1+d2+d3＝1，取d1＝0.57，d2＝0.16，d3＝0.27；
65.步骤八：终选服务器将粗测电量cc、调节值tj代入公式jc＝cc
×
(1-γtj)得到精测电量jc，终选服务器将精测电量jc发送至处理器和数据库；
66.步骤九：处理器将精测电量jc发送至电量显示模块，电量显示模块根据精测电量jc显示电量；
67.步骤十：通过终端按照时间段选择历史记录中的多个精测电量，以时间为x轴，以精测电量为y轴建立坐标系模型，获取精测电量降低到电池预设的判断容量的时间，得到电池剩余寿命情况。
68.上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。