一种电芯容量预测方法及其应用与流程

1.本发明属于电芯容量预测技术领域，具体涉及一种电芯容量预测方法及其应用。


背景技术：

2.随着人们环保意识的增强，锂离子电池的发展与应用得到提高。方形锂离子因具有高电压、高能量密度、循环寿命长和绿色无污染等特点，被广泛的应用于电动汽车等储能领域。且由于其封装可靠度高、耐受性好、成组相对简单等优势，已成为新能源公司的主要产品。
3.容量是衡量锂电池性能的重要指标，锂电池的容量衰减程度表征了电池寿命的长短，因此需要对锂离子电池电芯的容量进行估计。为测得电芯的容量需要对电芯进行分容，目前分容的普遍流程是小倍率电流完全放电分容，整个过程耗时较长，且对设备精度要求很高，大大影响了产品产能。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中采用分容流程对电芯容量进行测量，耗时长，对设备精度要求高的缺陷，进而提供一种电芯容量预测方法及其应用。
5.本发明提供的方案如下：
6.一种电芯容量预测方法，包括如下步骤：
7.1)获取目标电压区间；
8.2)获取目标电压区间内多个电芯历史样本数据，根据电芯历史样本数据做线性拟合，获得拟合公式；
9.3)在目标电压区间内选取第一电芯工作电压和第二电芯工作电压，根据步骤2)的拟合公式，获得第一电芯soc和第二电芯soc的差值
△
y，其中第一电芯soc为第一电芯工作电压下的soc，第二电芯soc为第二电芯工作电压下的soc；
10.4)获取待测电芯在第一电芯工作电压和第二电芯工作电压下的放电容量，分别记为第一放电容量和第二放电容量，根据第一放电容量和第二放电容量的差值
△
c，以及第一电芯soc和第二电芯soc的差值
△
y确定电芯预测容量。
11.优选的，步骤1)中获取目标电压区间的方法包括如下步骤：
12.s1、对电芯进行放电，获取电芯不同工作电压下的soc数据；
13.s2、根据电芯不同工作电压下的soc数据，建立soc
‑
工作电压曲线，获得曲线上目标点的斜率；
14.s3、计算相邻目标点的斜率变化量，建立斜率变化量
‑
工作电压曲线，确定目标电压区间。
15.优选的，步骤s3中获取斜率变化量
‑
工作电压曲线中斜率变化量为0的点，将相邻的若干个斜率变化量为0的点对应的工作电压区间作为目标电压区间。
16.优选的，步骤s3中获取斜率变化量
‑
工作电压曲线中斜率变化量为0的点，获取任
意相邻的两个斜率变化量为0的点对应的曲线的幅值，对幅值大小进行排序，将最小幅值以及第二小幅值的曲线所对应的工作电压区间作为目标电压区间。
17.优选的，步骤2)中所述拟合公式为：y＝kx b，其中y为电芯soc,x为电芯工作电压，k为斜率，b为常数。
18.优选的，步骤3)中在目标电压区间内选取第一电芯工作电压和第二电芯工作电压，通过步骤2)获得的拟合公式进行换算，获得换算公式：
△
y＝k
×△
x，其中
△
x为在目标电压区间内选取的第一电芯工作电压和第二电芯工作电压的差值，
△
y为第一电芯soc与第二电芯soc的差值，k为步骤2)获得的斜率值。
19.优选的，步骤2)中电芯历史样本数据包括电芯工作电压以及与电芯工作电压相对应的电芯soc。
20.优选的，步骤4)中将第一放电容量和第二放电容量的差值
△
c与
△
y的比值即得电芯预测容量。
21.优选的，
22.步骤s2中采用slope函数获得曲线上目标点的斜率。
23.可选的，所述电芯为锂离子电芯。
24.本发明还提供一种上述所述的电芯容量预测方法在电芯容量测量中的应用。
25.本发明技术方案，具有如下优点：
26.本发明提供的电芯容量预测方法，首先获得目标电压区间，在该目标电压区间内，收集多个电芯历史样本数据，做线性拟合，获得拟合公式，然后获取目标电压区间内的第一电芯工作电压和第二电芯工作电压，根据拟合公式，获得第一电芯soc和第二电芯soc的差值
△
y，使用待测电芯半放电过程中第一电芯工作电压和第二电芯工作电压，获得电芯预测容量。由于本发明提供的预测方法采集的为待测电芯半放电过程中的电芯数据，相比于通过正常分容过程获得电芯容量的方法，本发明提供的预测方法可大大缩短放电时间，极大提升产品产能，减少设备投入，同时该预测方法还具有优异的预测精度。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
28.图1是本发明实施例2中soc
‑
工作电压曲线图；
29.图2是本发明实施例2中目标点的线性回归直线斜率分布图；
30.图3为本发明实施例2中斜率变化量
‑
工作电压曲线图；
31.图4为本发明实施例2中斜率变化量
‑
工作电压曲线的局部(纵坐标轴)放大图；
32.图5为本发明实施例2中步骤4)获得的线性拟合图；
33.图6为本发明实施例2中电芯正常放电的工作电压
‑
时间曲线图。
具体实施方式
34.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方
式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
35.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
36.实施例1
37.本实施例提供一种电芯容量预测方法，包括如下步骤：
38.1)对电芯进行放电，获取电芯不同工作电压下的soc数据；
39.本发明所述对电芯进行放电可采用正常倍率满放电，也即电芯满充后采用一定倍率进行恒流放电，放电倍率可根据不同型号电芯进行具体确定，可选的，电芯以0.01
‑
1c的倍率进行放电，放电截止电压可为2.0
‑
4.1v。可以理解的，此处的soc数据为电芯工作电压下的荷电量，需要注意的是本发明所述的工作电压并非开路电压ocv。
40.2)根据电芯不同工作电压下的soc数据，建立soc
‑
工作电压曲线，获得曲线上目标点的斜率；
41.本发明建立soc
‑
工作电压曲线的方法为本领域常规方法，在此不再赘述。可选的，根据电芯不同工作电压下的soc数据，可采用excel软件中的散点图方法建立soc
‑
工作电压曲线，可以理解的，该曲线以soc为纵坐标，工作电压为横坐标。
42.本发明获取曲线上目标点的斜率的方法为本领域常规方法，可选的，采用slope函数获得曲线上目标点的斜率。可以理解的，该目标点的斜率为该目标点处线性回归直线的斜率。可以理解的，该目标点为曲线上的任一点，也可为步骤1)获得的电芯工作电压以及相对应的soc确定的点。
43.3)计算相邻目标点的斜率变化量(
△
斜率)，建立斜率变化量
‑
工作电压曲线，确定目标电压区间；
44.本发明获取目标电压区间的方法为：
45.步骤s3中获取斜率变化量
‑
工作电压曲线中斜率变化量为0的点，将相邻的若干个斜率变化量为0的点对应的工作电压区间作为目标电压区间。可以理解的是，可将相邻的2个或2个以上斜率变化量为0的点对应的工作电压区间作为目标电压区间。在本发明中对斜率变化量为0的点对应的工作电压进行排序，选取排序后的最大工作电压所对应的斜率变化量为0的点，记为临界点，在本发明中与目标电压区间相对应的斜率变化量为0的点可以包括上述临界点，优选的，不包括上述临界点。
46.进一步优选的，步骤s3中获取斜率变化量
‑
工作电压曲线中斜率变化量为0的点，获取任意相邻的两个斜率变化量为0的点对应的曲线的幅值，对幅值大小进行排序，将最小幅值以及第二小幅值的曲线所对应的工作电压区间作为目标电压区间。可以理解的，本发明所述幅值为曲线对应的峰值，是一个绝对值，对幅值大小进行排序，可按照从大到小的顺序进行排序，也可以按照从小到大的顺序进行排序，例如按照从大到小的顺序进行排序，选取幅值最小的作为最小幅值，幅值次小的作为第二小幅值，将最小幅值所代表曲线对应的工作电压区间以及第二小幅值所代表曲线对应的工作电压区间共同作为目标电压区间；进一步优选的，最小幅值所代表曲线对应的工作电压区间与第二小幅值所代表曲线对应的工
作电压区间为相邻工作电压区间。当最小幅值所代表曲线对应的工作电压区间与第二小幅值所代表曲线对应的工作电压区间为不相邻工作电压区间时，可选取最小幅值所代表曲线对应的工作电压区间(v1)以及与最小幅值所代表曲线的相邻曲线所对应的工作电压区间(v2)共同作为目标电压区间(v1 v2)，进一步优选的，与最小幅值所代表曲线的相邻曲线选取较小幅值所对应的曲线。
47.本发明中工作电压区间的获取在于获取曲线波动幅度最小的曲线所对应的电压区间，在该目标电压区间内，
△
斜率更接近于0，说明此阶soc随电压变化的速率稳定。
48.可以理解的，确定目标电压区间后相应的soc区间也相应的确定了。可以理解的是相邻目标点的斜率变化量(
△
斜率)指的是第二个目标点的斜率减去第一个目标点的斜率获得
△
斜率1，第三个目标点的斜率减去第二个目标点的斜率获得
△
斜率2，第四个目标点的斜率减去第三个目标点的斜率获得
△
斜率3，依次类推，直到最后一个目标点的斜率减去倒数第二个目标点的斜率获得
△
斜率n。本发明建立斜率变化量
‑
工作电压曲线的方法为本领域常规方法，可选的，可采用excel软件中的散点图方法建立斜率变化量
‑
工作电压曲线。
49.4)获取目标电压区间内多个电芯历史样本数据，根据电芯历史样本数据做线性拟合，获得拟合公式：y＝kx b，其中y为电芯soc,x为电芯工作电压，k为斜率，b为常数；
50.本发明电芯历史样本数据为电芯工作电压以及与电芯工作电压相对应的电芯soc。所述多个电芯历史样本数据可通过收集过往电芯数据获得，也可通过测试多个电芯的工作电压以及与工作电压相对应的电芯soc获得该数据。可以理解的，电芯历史样本数据的数量越多越好，可选的电芯历史样本数据的数量可为10个以上。需要注意的是获得的工作电压需要在目标电压区间内选取。
51.本发明中根据电芯历史样本数据做线性拟合，获得拟合公式的方法为本领域常规方法，可以理解的，电芯soc的单位为％，电芯工作电压单位为v。
52.5)在目标电压区间内选取第一电芯工作电压和第二电芯工作电压，根据步骤4)的拟合公式，获得第一电芯soc和第二电芯soc的差值
△
y，其中第一电芯soc为第一电芯工作电压下的soc，第二电芯soc为第二电芯工作电压下的soc；
53.在本发明中在目标电压区间内选取第一电芯工作电压和第二电芯工作电压，通过步骤4)获得的拟合公式进行换算，获得换算公式：
△
y＝k
×△
x，其中
△
x为在目标电压区间内选取的第一电芯工作电压x1和第二电芯工作电压x2的差值，
△
y为第一电芯soc(y1)与第二电芯soc(y2)的差值，k为步骤4)获得的斜率值。
54.可以理解的是根据一元一次函数特性，以及步骤4)获得的拟合公式，当x分别取x1、x2时，y分别为y1、y2，代入拟合公式相减获得
△
y/
△
x＝k，进而获得
△
y＝k
×△
x。本发明中所述第一电芯工作电压和第二电芯工作电压可任意选择，只要在目标电压区间即可。
55.6)获取待测电芯在第一电芯工作电压和第二电芯工作电压下的放电容量，分别记为第一放电容量c1和第二放电容量c2，根据第一放电容量和第二放电容量的差值
△
c，以及第一电芯soc和第二电芯soc的差值
△
y确定电芯预测容量。
56.可以理解的，第一放电容量c1为电芯在第一电芯工作电压下的放电容量，第二放电容量c2为电芯在第二电芯工作电压下的放电容量。在本发明中将第一放电容量和第二放电容量的差值
△
c与
△
y的比值即得电芯预测容量，也即预测容量c＝
△
c/
△
y。
57.可选的，所述电芯为锂离子电芯。
58.本实施例还提供一种上述所述的电芯容量预测方法在电芯容量测量中的应用。
59.实施例2
60.本实施例提供一种电芯容量预测方法，该电芯以某114
‑
120ah电芯为例，包括如下步骤：
61.1)对电芯进行放电，获取电芯不同工作电压下的soc数据；该电芯放电分容流程如下：
[0062][0063]
2)根据电芯不同工作电压下的soc数据，建立soc
‑
工作电压曲线，采用slope函数求得曲线上目标点处线性回归直线的斜率，该目标点指的是步骤1)获得的电芯工作电压以及相对应的soc确定的点；其中soc
‑
工作电压曲线图如图1所示，目标点的线性回归直线斜率分布图如图2所示。
[0064]
3)计算相邻目标点的斜率变化量(
△
斜率)，建立斜率变化量
‑
工作电压曲线(如图3所示)，确定目标电压区间；
[0065]
相邻目标点的斜率变化量(
△
斜率)的计算方法为：将第二个目标点的斜率减去第一个目标点的斜率获得
△
斜率1，第三个目标点的斜率减去第二个目标点的斜率获得
△
斜率2，第四个目标点的斜率减去第三个目标点的斜率获得
△
斜率3，依次类推，直到最后一个目标点的斜率减去倒数第二个目标点的斜率获得
△
斜率n。
[0066]
其中斜率变化量
‑
工作电压曲线如图3所示，该斜率变化量
‑
工作电压曲线的局部(纵坐标轴)放大图如图4所示。
[0067]
目标电压区间的确定方法为：获取斜率变化量
‑
工作电压曲线(图3)中斜率变化量为0的点，获取任意相邻的两个斜率变化量为0的点对应的曲线的幅值，对幅值从大到小进行排序，将最小幅值以及第二小幅值的曲线所对应的工作电压区间作为目标电压区间，如图4所示，以此方法获得目标电压区间为3.945
‑
4.10v，在该区间内
△
斜率更接近于0，说明此阶soc随电压变化的速率稳定。
[0068]
4)收集至少20个电芯历史样本数据，该历史样本数据为电芯工作电压以及与电芯工作电压相对应的电芯soc，该电芯工作电压在目标电压区间3.945
‑
4.10v内；根据电芯历史样本数据做线性拟合，获得拟合公式：y＝
‑
0.8335x 3.5557，其中y为电芯soc,x为电芯工作电压，结果如图5所示，由图5可知，该直线拟合度很高。
[0069]
5)在目标电压区间3.945
‑
4.10v内选取第一电芯工作电压x1＝3.993v、第二电芯工作电压x2＝3.945，通过步骤4)获得的拟合公式进行换算，获得换算公式：
△
y＝k
×△
x，其中
△
x＝0.048v，
△
y＝0.040008，k为0.8335。
[0070]
6)获取待测电芯在3.993v时的放电容量为26.94ah，在3.945v时的放电容量为31.65ah，计算放电容量的差值
△
c为4.71ah，根据预测容量c＝
△
c/
△
y，得到电芯预测容量为117.7265ah。
[0071]
图6为电芯正常满放电的工作电压
‑
时间曲线图，由图6可知，本实施例的预测方法仅需放电至3.945v，相对于正常分容放电时间缩短约135min，极大地提升了产能。
[0072]
实施例3
[0073]
采用实施例2中的电芯容量预测方法对15个电芯的容量进行预测，相比于采用正常流程分容电芯，其对比结果如表1所示。
[0074]
表1电芯预测方法与分容方法对比结果
[0075]
电芯预测容量/ah实际容量/ah预测偏差/ah偏差百分比1117.7265117.430.2964550.252％2117.6265117.070.5564750.475％3116.97661160.9766050.842％4118.7263118.310.4162550.352％5118.4513118.110.341310.289％6118.4763118.360.1163050.098％7118.4263118.330.0963150.081％8116.5169117.35
‑
0.8331
‑
0.710％9118.2634117.660.60340.513％10117.7644117.330.43440.370％11118.014118.13
‑
0.11603
‑
0.098％
12118.2635117.580.683470.581％13117.7645117.8
‑
0.03553
‑
0.030％14118.014118.05
‑
0.036
‑
0.030％15117.989117.410.5790.493％
[0076]
其中，预测偏差＝预测容量
‑
实际容量，偏差百分比＝预测偏差/实际容量。平均偏差0.3％，最大偏差0.84％，精度在可接收范围之内。
[0077]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。