一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算方法及装置

1.本发明涉及锂电池寿命领域，具体涉及一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算方法及装置。


背景技术：

2.在智能工厂中，会大量地应用到各种移动载具，如机器人、agv、物联网设备等，这就涉及到进行电池管理。而锂电池是新一代二次电池，具有较高的能量密度和循环寿命，目前广泛应用于移动通信、数码科技、电动汽车、能源存储等领域。作为动力电源或储能电源，锂电池使用过程中需要反复的充电与放电，随着锂电池充放电次数的增加，锂电池的使用寿命也随之减少，例如，随着锂电池的充放电次数增加，锂电池储存的电量将逐渐减小，相应的，锂电池的充电时间也随之减小，充满电后的电压也会随着充放电的次数增加而减小。当锂电池的使用寿命接近完毕时，需要及时更换新的锂电池，如果不及时更换，将会影响工厂移动载具的正常运行，导致巨大的经济损失，因此，及时将锂电池的寿命情况显示出来并进行更换非常重要。此外，在对已经使用过的锂电池进行估价时，也需要估算锂电池的寿命情况。
3.目前，电池的寿命估算方法主要有两种：一是时间估算，二是充放电测试。而传统的充放电测试，需要将所测电池的移动载具停止作业后，再进行充放电实验，获取相关电量参数，才能根据经验数据对电池的寿命情况进行判断。但是在实验条件下，现有的锂电池寿命测试方法并没有考虑到移动载具的真实负载，而且电池放电过程中的速率容量效应和恢复效应等影响并没有被计算在内，这种实验条件下的锂电池寿命测试方法并不准确。为此有必要研究能够在现实条件下测算用于移动载具的锂电池寿命估算方法。
4.如中国专利cn114879046a，公开日2022年8月9日，一种基于卡尔曼滤波的锂电池寿命预测方法和系统。该方法根据充放电曲线和nernst模型的特征参数训练寿命预测模型；所述充放电曲线为在不同工况、不同寿命下两相反应锂电池的曲线；基于所述nernst模型通过预设学习模型，输出不同工况、不同寿命下的充放电曲线概率簇；根据所述寿命预测模型、充放电曲线概率簇和传感器返回的针对锂电池的测量数据，通过卡尔曼滤波预测锂电池在下一时刻的预测剩余寿命，实现了较为可信的锂电池寿命和置信度的预测方法，提高了两相反应锂电池剩余寿命的预测精度。但其技术方案并没有解决锂电池寿命估算无法考虑到移动载具真实负载的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题：目前估算用于移动载具的锂电池寿命时，存在无法考虑到移动载具真实负载的技术问题，提出了一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算方法及装置，能够实时测试现场端工作时的移动载具电池寿命。
6.解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算方法，包括：
7.建立电池仿真模型；
8.按照采样频率f获取所测电池的模型参数及负载电流its，将负载电流its关联相应时间戳ts；
9.周期性执行以下步骤：
10.计算电池放电电量；
11.判断电池放电电量是否大于放电预期值α，若判断结果为是，则判定电池已经耗尽，记电池寿命为0，若判断结果为否，则执行下一步骤；
12.将模型参数、负载电流its以及时间戳ts输入电池仿真模型，获得电池容量预估值z(k)；
13.计算电池寿命li＝(z(k)-电池放电电量)/z(k)。
14.作为优选，计算电池放电电量的方法包括：
15.电池放电电量其中β为温度补偿系数。
16.作为优选，将采样获取的负载电流its关联时间戳ts构成电流数组ai；
17.若采样过程中负载电流its发生变化，则将负载电流its发生变化后的电流值ik及其时间戳sk插入电流数组ai；
18.将模型参数及电流数组ai输入电池仿真模型，获得电池容量预估值z(k)。
19.作为优选，获得电流值ik及其时间戳sk的方法包括：
20.当采样过程中负载电流its发生变化时，将负载电流its改变后的值记为ik，将负载电流its改变后的时间戳记为sk，sk＝t
s-δ，其中k为电池负载电流的变化次数，δ为采样间隔时间。
21.作为优选，计算电池容量预估值z(k)的方法包括：
[0022][0023]
其中v1至v5为实验获得的电池模型参数，k为标准协议下充放电循环次数。
[0024]
作为优选，获得电池模型参数的方法为：
[0025]
vi(n+1)＝vi(n)+wvi(n)
[0026]
其中i∈[1,5]，vi(n)为电池模型中所有模型参数在n时刻的模型参数，vi(n+1)为电池模型中所有模型参数在n+1时刻的模型参数，v1(0)为-1.030
×
10-8
，v2(0)为5.010
×
10-6
，v3(0)为1.040
×
10-3
，v4(0)为1.122，v5(0)为-3.060
×
10-4
，w为过程噪声符合方差为m且均值为0的高斯分布。
[0027]
一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算装置，用于实现如前述的一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算方法，包括：
[0028]
现场端、中控端和报警装置，所述现场端包括传感器模块、处理器ⅰ和通信单元ⅰ，所述中控端包括电池仿真模型、显示器、用于实现前述估算方法的处理器ⅱ和通信单元ⅱ，锂电池组与传感器模块连接，所述传感器模块检测负载电流its以及电压，所述传感器模块和通信单元ⅰ均与处理器ⅰ连接，所述电池仿真模型运行于中控端内，所述显示器和通信单元ⅱ均与处理器ⅱ连接，所述现场端的传感器模块和中控端均与报警装置连接。
[0029]
作为优选，所述通信单元ⅱ通过无线通讯实时获取现场端所测锂电池在采样时间时的模型参数、负载电流its以及负载电流的时间戳ts。
[0030]
作为优选，所述传感器模块包括电流检测器和电压检测器，所述电压检测器与报警装置连接，当电压检测器检测出电压低于电池正常供电电压值时报警。
[0031]
作为优选，所述处理器ⅱ与报警装置连接，当中控端的处理器ⅱ运算出锂电池寿命为0时报警。
[0032]
本发明的有益技术效果包括：采用一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算方法及装置，通过无线通讯获得现场端所测电池任意时刻负载电流等电量参数，并将电池寿命估算方法的内容集成到中控端进行运算，实时确定任意时刻的电池放电过程，将移动载具的真实负载、放电过程中的速率容量效应和恢复效应等影响均测量在内，使电池的寿命估算更为准确，既降低了更换成本，又能实现无人化操作，提高了工作效率。
[0033]
本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
附图说明
[0034]
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
[0035]
图1为本发明实施例锂电池寿命实时估算方法流程示意图；
[0036]
图2为本发明实施例锂电池寿命实时估算装置的现场端连接示意图；
[0037]
图3为本发明实施例锂电池寿命实时估算装置的中控端连接示意图。
[0038]
其中：1、锂电池组，2、传感器模块，3、处理器ⅰ，4、报警装置，5、通信单元ⅰ，6、电池仿真模型，7、处理器ⅱ，8、显示器，9、通信单元ⅱ。
具体实施方式
[0039]
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0040]
在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0041]
一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算方法，请参阅附图1，包括：
[0042]
步骤s01)建立电池仿真模型6；
[0043]
步骤s02)按照采样频率f获取所测电池的模型参数及负载电流its，将负载电流its关联相应时间戳ts；
[0044]
周期性执行以下步骤：
[0045]
步骤s03)计算电池放电电量；
[0046]
电池放电电量其中β为温度补偿系数。
[0047]
步骤s04)判断电池放电电量是否大于放电预期值α，若判断结果为是，则判定电池已经耗尽，记电池寿命为0，若判断结果为否，则执行下一步骤；
[0048]
步骤s05)将模型参数、负载电流its以及时间戳ts输入电池仿真模型6，获得电池容量预估值z(k)；
[0049]
具体的，将采样获取的负载电流its关联时间戳ts构成电流数组ai；
[0050]
由于采样是针对现场端的锂电池组的，现场的负载变化后，电流也会随之变化，变化的参考标准是上一个采样值。若采样过程中负载电流its发生变化，则将负载电流its发生变化后的电流值ik及其时间戳sk插入电流数组ai；
[0051]
将模型参数及电流数组ai输入电池仿真模型6，获得电池容量预估值z(k)。
[0052][0053]
其中v1至v5为实验获得的电池模型参数，k为标准协议下充放电循环次数。
[0054]
获得电流值ik及其时间戳sk的方法包括：
[0055]
当采样过程中负载电流its发生变化时，将负载电流its改变后的值记为ik，将负载电流its改变后的时间戳记为sk，sk＝t
s-δ，其中k为电池负载电流的变化次数，δ为采样间隔时间。
[0056]
获得电池模型参数的方法为：
[0057]
vi(n+1)＝vi(n)+wvi(n)
[0058]
其中i∈[1,5]，vi(n)为电池模型中所有模型参数在n时刻的模型参数，vi(n+1)为电池模型中所有模型参数在n+1时刻的模型参数，v1(0)为-1.030
×
10-8
，v2(0)为5.010
×
10-6
，v3(0)为1.040
×
10-3
，v4(0)为1.122，v5(0)为-3.060
×
10-4
，w为过程噪声符合方差为m且均值为0的高斯分布。
[0059]
步骤s06)计算电池寿命li＝(z(k)-电池放电电量)/z(k)。
[0060]
一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算装置，用于实现如前述的一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算方法，请参阅附图2和附图3，包括现场端、中控端和报警装置4，现场端包括传感器模块2、处理器ⅰ3和通信单元ⅰ5，中控端包括电池仿真模型6、显示器8、用于实现前述估算方法的处理器ⅱ7和通信单元ⅱ9，锂电池组1与传感器模块2连接，传感器模块2检测负载电流its以及电压，传感器模块2和通信单元ⅰ5均与处理器ⅰ3连接，电池仿真模型6运行于中控端内，显示器8和通信单元ⅱ9均与处理器ⅱ7连接，现场端的传感器模块2和中控端均与报警装置4连接。
[0061]
其中，通信单元ⅱ9通过无线通讯实时获取现场端所测锂电池在采样时间时的模型参数、负载电流its以及负载电流的时间戳ts。
[0062]
其中，传感器模块2包括电流检测器和电压检测器，电压检测器与报警装置4连接，当电压检测器检测出电压低于电池正常供电电压值时报警。
[0063]
其中，处理器ⅱ7与报警装置4连接，当中控端的处理器ⅱ7运算出锂电池寿命为0时报警。
[0064]
本实施例的有益技术效果包括：采用一种用于移动载具的锂电池寿命实时估算方法及装置，通过无线通讯获得现场端所测电池任意时刻负载电流等电量参数，并将电池寿命估算方法的内容集成到中控端进行运算，实时确定任意时刻的电池放电过程，将移动载具的真实负载、放电过程中的速率容量效应和恢复效应等影响均测量在内，使电池的寿命估算更为准确，既降低了更换成本，又能实现无人化操作，提高了工作效率。
[0065]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。