基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随SOC变化的健康寿命预测方法与流程

本发明涉及新能源电池管理技术控制算法。具体地说是基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法。

背景技术：

1、现有电芯随soc周期变化寿命预测不准确、不实时，是测量全寿命周期电芯的盲区。由于电芯是一个完整的电化学变量，因此内部动力学方程复杂多变致使其在全寿命周期动态变化中不可精确预测真实寿命，从而影响电芯全周期健康管理。

2、目前市面上预测电芯寿命的方法比较局限，无法准确分析全过程测试数据。无法准确真实地反映电芯膨胀压力约束机制带来的不确定性因素。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，电芯在soc变化过程中膨胀变形的信号，通过压电式超声波传感器的压电感应，转换为超声频率信号，建立超声频率信号与电池电芯充放电循环过程的相关性，从而预测电池健康寿命。

4、上述基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，具体包括如下步骤：

5、 （1）搭建实验测试模型；

6、 （2）连接实验测试系统；

7、 （3）进行实验测试；

8、 （4）寻找超声频率信号与soc变化的相关性，预测电池寿命。

9、上述基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，在步骤（1）中，使用夹具将压电式超声波传感器的超声波发射端和超声波接收端固定在电池电芯的两端。

10、上述基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，在步骤（2），实验测试系统包括超声波显示系统、ni数据采集卡、功率放大器和电池充放电系统；

11、超声波显示系统的信号的输入输出端与ni数据采集卡的信号输入输出端连接，ni数据采集卡的信号输出端与功率放大器的信号输入端连接，功率放大器的输出端与压电式超声波传感器的超声波发射端连接，压电式超声波传感器的超声波接收端与ni数据采集卡的信号接收端连接；同时电池充放电系统与电池电芯进行电连接，对电池电芯进行充放电管理控制。

12、上述基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，在步骤（3）中，

13、电池充放电系统控制电池电芯进行循环充放电；同时在超声波显示系统中设置超声波参数，然后将信号传输给ni数据采集卡，ni数据采集卡将超声频率信号通过功率放大器传输给压电式超声波传感器的超声波发射端，压电式超声波传感器的超声波接收端将接收到的超声频率信号传输给ni数据采集卡，ni数据采集卡将获得的超声频率信号数据显示在超声波显示系统。

14、上述基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，在步骤（4）中，通过寻找ni数据采集卡获得的表示电芯膨胀力变化的超声频率信号与电池充放电系统获得的电芯在充放电循环周期中循环周期的相关性，进而预示电池寿命衰减特性。

15、上述基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，预示方法一：超声波显示系统获得电池在不同充放电循环周期中的超声频率响应信号，获得不同电池充放电循环周期的模态分量图；然后以飞行时间为纵坐标、以电池充放电循环周期为纵坐标，转化得到飞行时间变化图；

16、在飞行时间变化图中，随着电池充放电循环周期的增加，飞行时间明显增加，表明电池老化衰减；则通过飞行时间变化得出电芯寿命衰减情况。

17、上述基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，预示方法二：超声波显示系统获得电池在不同充放电循环周期中的超声频率响应信号，从而获得电芯在不同充放电循环周期的超声频率信号幅值图；进而分别获得soc=0%和soc=100%情况下的超声频率信号幅值的峰值图，对超声频率信号幅值的峰值图进行差值归一化处理，得到超声频率信号幅值差值归一化图；同时还通过soc=0%超声频率信号幅值的峰值和soc=100%超声频率信号幅值的峰值求soc的超声频率信号平均值，以soc的超声频率信号平均值为纵坐标，以充放电循环周期为横坐标，做soc均值图，同时以soc均值图曲线得到过往最大值与当前值做比获得斜率，在soc均值图中添加以斜率为纵坐标、以曲线充放电循环周期为横坐标得到的变化斜率曲线，从而得到soc均值-变化斜率曲线图，

18、在超声波信号幅值差值归一化图中，差值归一化率增大，表明电池老化衰减；即通过超声波信号幅值差值归一化率得出电芯寿命衰减情况；

19、 soc均值-变化斜率曲线图中，斜率显著增加，表明电池老化衰减，即通过超声波信号幅值的变化斜率得出电芯寿命衰减情况。

20、上述基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，预示方法三：从超声波显示系统获得电池在不同充放电循环周期中的超声频率响应信号中获得中心频率、中心频率幅值和信号总能量；以中心频率、中心频率幅值的对数和总能量为纵坐标、以充放电循环周期为纵坐标，分别做中心频率特征图、中心频率幅值特征图和信号总能量特征图；

21、中心频率特征图中，中心频率降低表明电池老化衰减；

22、中心频率幅值特征图中，中心频率幅值持续快速下降表明电池老化衰减；

23、信号总能量特征图中，信号总能量逐渐减小且降低的表面电池老化衰减；

24、通过中心频率特征图、中心频率幅值特征图和信号总能量特征图总体确定电芯寿命衰减情况。

25、本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

26、1、本申请可以有效测量非内部接触式寿命健康预测，为预量电芯全生命周期健康衰减安状态提供了有力的方法。

27、2、通过物理状态变量转超声频率信号变量准确预测电芯健康状态。

28、3、本申请通过超声频率信号的分析获得超声频率信号与电池电芯衰减变化的规律，从而可以预测电池寿命。

1.基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，其特征在于，电芯在soc变化过程中膨胀变形的信号，通过压电式超声波传感器的压电感应，转换为超声频率信号，建立超声频率信号与电池电芯充放电循环过程的相关性，从而预测电池健康寿命。

2.根据权利要求1所述的基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，其特征在于，在步骤(1)中，使用夹具将压电式超声波传感器的超声波发射端(1)和超声波接收端(2)固定在电池电芯的两端。

4.根据权利要求1所述的基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，其特征在于，在步骤(2)，实验测试系统包括超声波显示系统(3)、ni数据采集卡(4)、功率放大器(5)和电池充放电系统(6)；

5.根据权利要求1所述的基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，其特征在于，在步骤(3)中，

6.根据权利要求1所述的基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，其特征在于，在步骤(4)中，通过寻找ni数据采集卡(4)获得的表示电芯膨胀力变化的超声频率信号与电池充放电系统(6)获得的电芯在充放电循环周期中循环周期的相关性，进而预示电池寿命衰减特性。

7.根据权利要求6所述的基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，其特征在于，预示方法一：超声波显示系统(3)获得电池在不同充放电循环周期中的超声频率响应信号，获得不同电池充放电循环周期的模态分量图；然后以飞行时间为纵坐标、以电池充放电循环周期为纵坐标，转化得到飞行时间变化图；

8.根据权利要求6所述的基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，其特征在于，预示方法二：超声波显示系统(3)获得电池在不同充放电循环周期中的超声频率响应信号，从而获得电芯在不同充放电循环周期的超声频率信号幅值图；进而分别获得soc＝0％和soc＝100％情况下的超声频率信号幅值的峰值图，对超声频率信号幅值的峰值图进行差值归一化处理，得到超声频率信号幅值差值归一化图；同时还通过soc＝0％超声频率信号幅值的峰值和soc＝100％超声频率信号幅值的峰值求soc的超声频率信号平均值，以soc的超声频率信号平均值为纵坐标，以充放电循环周期为横坐标，做soc均值图，同时以soc均值图曲线得到过往最大值与当前值做比获得斜率，在soc均值图中添加以斜率为纵坐标、以曲线充放电循环周期为横坐标得到的变化斜率曲线，从而得到soc均值-变化斜率曲线图；

9.根据权利要求6所述的基于压电式超声波传感器的超声频率响应计算电池随soc变化的健康寿命预测方法，其特征在于，预示方法三：从超声波显示系统(3)获得电池在不同充放电循环周期中的超声频率响应信号中获得中心频率、中心频率幅值和信号总能量；以中心频率、中心频率幅值的对数和总能量为纵坐标、以充放电循环周期为纵坐标，分别做中心频率特征图、中心频率幅值特征图和信号总能量特征图；