电池电量的预估方法、系统及电子设备与流程

1.本发明电池技术领域，具体涉及一种电池电量的预估方法、系统及电子设备。


背景技术：

2.随着生态环境保护意识以及可持续发展和绿色发展理念的普及的增强，深入人心，当下新能源革命的核心是要使用光伏、风力、潮汐、水力等发电，并且需要储能；而且新能源汽车中纯电动汽车也会占相当大的应用比例，那么储能、电动汽车等场景都需要使用到电池。而且由于所需功率和能量的要求，一般需要对大量电池单体进行串并联后组成电池组和电池包来使用。但电池组内的电池单体存在固有的不一致性，因此需要提供准确的对电池单体进行预估，进而可以为电池组的评估提供参考。
3.所以需要一种能够对电池电量的预估方法，用以对电池的电池单体进行容量估计。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服电池单体存在固有的不一致性的缺陷，从而提供一种新的电池电量的预估方法、系统及电子设备。
5.第一方面，本发明提供一种电池电量的预估方法，包括如下步骤：获取电池组出厂前的测试数据，所述测试数据包括：所述电池组中每个电池单体的可用电量、所述电池组在第一次充满后的每个电池单体充电结束时刻的第一电压以及电池单体的充电容量增量曲线；获取所述电池组出厂后的充电数据，所述充电数据包括：所述电池组在当前时刻充满后的每个电池单体充电结束时刻的第二电压、所述电池组在非充电状态下的预设时间段内的每个电池单体的电压值与所述第一电压的中位值的差值的平均值记为电压差值；以及计算当前时刻所述电池单体的损失数据；其计算方式为：根据所述电池单体的充电容量增量曲线为积分曲线，分别以所述第二电压、所述第二电压与所述电压差值之和为积分的上下限进行积分得到每个电池单体的损失电量；并通过出厂前所述电池单体的可用电量减去所述电池单体的损失电量计算得到当前时刻所述电池单体的可用电量。
6.进一步地，在计算当前时刻所述电池组的损失数据的步骤之后，还包括如下步骤：计算所述电池单体的电量损失率，其计算方式为：将所述损失电量除以所述电池组的使用时间；以及当所述电量损失率超出一定阈值时，则判定所述电池组发生故障，并发出预警信号。
7.进一步地，在计算当前时刻所述电池单体的损失数据的步骤之后，还包括如下步骤：确定所述电池组的损失数据，以电压值最小的所述第二电压所对应的电池单体的损失电量以及电量损失率为所述电池组的损失数据。
8.进一步地，在计算当前时刻所述电池单体的损失数据步骤之后，还包括如下步骤：根据所述电池单体的电量损失率预测下一时刻的电池单体的可用电量。
9.进一步地，在计算当前时刻所述电池单体的损失数据步骤之后，还包括如下步骤：
对历史时间段所述电池单体的可用电量数据、单体电压以及时间进行拟合，并预测下一时刻的电池单体的可用电量。
10.进一步地，在根据所述电池单体的电量损失率预测下一时刻的电池单体的可用电量的步骤中，其中，所述预测的公式为：y＝x
‑
k*t，其中，x为电池单体当前可用电量，k为电池单体当前电量损失率，t为下一时刻到当前时刻的差值，y为电池单体下一时刻可用电量。
11.进一步地，在所述获取电池组出厂前的测试数据的步骤中，具体包括如下步骤：获取所述电池组每个电池单体的初始可用电量以及标准电压；在所述电池组放电后并第一次充满后，获取所述电池单体的所述第一电压；以及计算出厂前所述电池单体的损失数据；其计算方式为：以电池单体的充电容量增量曲线为积分曲线，分别以所述第一电压、所述标准电压为积分的上下限进行积分得到每个电池单体的初始损失电量；并通过所述初始可用电量减去所述初始损失电量计算得到出厂前所述电池组中每个电池单体的可用电量。
12.第二方面，本发明提供一种电池电量的预估系统，包括：第一获取模块，用以获取电池组出厂前的测试数据，所述测试数据包括：所述电池组中每个电池单体的可用电量、所述电池组在第一次充满后的每个电池单体充电结束时刻的第一电压以及电池单体的充电容量增量曲线；第二获取模块，用以获取所述电池组出厂后的充电数据，所述充电数据包括：所述电池组在当前时刻充满后的每个电池单体充电结束时刻的第二电压、所述电池组在非充电状态下的预设时间段内的每个电池单体的电压值与所述第一电压的中位值的差值的平均值记为电压差值；以及计算模块，用以计算当前时刻所述电池单体的损失数据；其计算方式为：根据所述电池单体的充电容量增量曲线为积分曲线，分别以所述第二电压、所述第二电压与所述电压差值之和为积分的上下限进行积分得到每个电池单体的损失电量；并通过出厂前所述电池单体的可用电量减去所述电池单体的损失电量计算得到当前时刻所述电池单体的可用电量。
13.第三方面，本发明提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行所述的电池电量的预估方法。
14.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行所述的电池电量的预估方法。
15.本发明技术方案，具有如下优点：
16.本发明提供一种电池电量的预估方法、系统及电子设备，根据电池组出厂前的测试数据以及电池组出厂后的充电数据，对电池单体实际可用电量的准确估计，克服电池单体存在固有的不一致性的缺陷。这不但可以帮助用户了解当前电池组的电池单体可用电量，而且可以为电池组进行评估提供重要参考。具体计算方式为：以电池单体的充电容量增量曲线为积分曲线，分别以所述第二电压、所述第二电压与所述电压差值之和为积分的上下限进行积分得到每个电池单体的损失电量，并通过出厂前所述电池单体的可用电量减去所述电池单体的损失电量计算得到当前时刻所述电池单体的可用电量。本发明所用的预估方法不涉及复杂的电化学模型和公式，不依赖于soc(荷电状态)估计，方法简单实用。
附图说明
17.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。
18.图1为本发明实施例1中提供的电池电量的预估方法的流程图；
19.图2～3为本发明实施例2中提供的电池电量的预估方法的流程图；
20.图4为本发明实施例2中提供的充电容量增量曲线的坐标图；
21.图5为本发明实施例3中提供的电池电量的预估系统的结构框图；
22.图6为本发明实施例4中提供的电子设备的结构框图。
具体实施方式
23.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。
24.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
25.实施例1
26.本发明实施例1提供一种电池电量的预估方法，根据电池组出厂前的测试数据以及电池组出厂后的充电数据，对电池单体实际可用电量的准确估计，克服电池单体存在固有的不一致性的缺陷。这不但可以帮助用户了解当前电池组的电池单体可用电量，而且可以为电池组进行评估提供重要参考。
27.如图1所示，所述电池电量的预估方法具体包括如下步骤s1～s3。
28.s1、获取电池组出厂前的测试数据，所述测试数据包括：所述电池组中每个电池单体的可用电量、所述电池组在第一次充满后的每个电池单体充电结束时刻的第一电压。
29.s2、获取所述电池组出厂后的充电数据，所述充电数据包括：所述电池组在当前时刻充满后的每个电池单体充电结束时刻的第二电压、所述电池组在非充电状态下的预设时间段内的每个电池单体的电压值与所述第一电压的中位值的差值的平均值记为电压差值。
30.s3、计算当前时刻所述电池单体的损失数据；其计算方式为：以电池单体的充电容量增量曲线为积分曲线，分别以所述第二电压、所述第二电压与所述电压差值之和为积分的上下限进行积分得到每个电池单体的损失电量，并通过出厂前所述电池单体的可用电量减去所述电池单体的损失电量计算得到当前时刻所述电池单体的可用电量。
31.本发明提供一种电池电量的预估方法，根据电池组出厂前的测试数据以及电池组出厂后的充电数据，对电池单体实际可用电量的准确估计，克服电池单体存在固有的不一致性的缺陷。这不但可以帮助用户了解当前电池组的电池单体可用电量，而且可以为电池组进行评估提供重要参考。具体计算方式为：以电池单体的充电容量增量曲线为积分曲线，分别以所述第二电压、所述第二电压与所述电压差值之和为积分的上下限进行积分得到每个电池单体的损失电量，并通过出厂前所述电池单体的可用电量减去所述电池单体的损失电量计算得到当前时刻所述电池单体的可用电量。本发明所用的预估方法不涉及复杂的电化学模型和公式，不依赖于soc(荷电状态)估计，方法简单实用。
32.实施例2
33.如图2所示，本发明实施例2提供一种电池电量的预估方法，具体包括如下步骤：s101～s107。
34.s101、获取电池组出厂前的测试数据，所述测试数据包括：所述电池组中每个电池单体的可用电量、所述电池组在第一次充满后的每个电池单体充电结束时刻的第一电压。
35.其中，如图3所示，s101具体包括如下步骤：s1011～s1013。
36.s1011、获取所述电池组每个电池单体的初始可用电量以及标准电压。
37.假设一个电池组由3个电池单体串联组成，本例3个电池单体的初始可用电量分别为a单体100ah，b单体101ah，c单体99ah。标准电压为4.2v，标准电压即为在电池组第一次充满前，即有一个电池单体充到标准电压4.2v即为充满。
38.s1012、在所述电池组放电后并第一次充满后，获取所述电池单体的所述第一电压。
39.在本实施例中，在电池组第一次充满后，以充电结束时刻各电池单体电压分别为：a单体4.1v、b单体4.15v、c单体4.2v。
40.s1013、计算出厂前所述电池单体的损失数据；其计算方式为：以电池单体的充电容量增量曲线为积分曲线，分别以所述第一电压、所述标准电压为积分的上下限进行积分得到每个电池单体的初始损失电量；并通过所述初始可用电量减去所述初始损失电量计算得到出厂前所述电池组中每个电池单体的可用电量。
41.在本实施例中，如图4所示，所述电池充电容量增量曲线(dq/dv曲线)是反应电池在充电过程中电压每上升一定程度电池电量增加情况。一般获取方式是，在实验室中按照电池组实际会用到的充电方式(恒流充电、快充、恒功率充电等)将电池从0％荷电状态(soc)充满到100％荷电状态(soc)，利用安时积分获得电池每升高1mv所充入的电量大小，然后以横轴为电池的充电电压，纵轴为dq/dv值进行绘图或制表。为提高算法精度，可以在实验室预先获得不同充放电循环时间电池的充电容量增量曲线，在算法应用过程中用到充电容量增量曲线时，以车载实际电池老化情况，选用不同的预设充电容量增量曲线进行计算。
42.在本实施例中，在电池组第一次充满后，以充电结束时刻各电池单体电压(a单体4.1v、b单体4.15v、c单体4.2v)为积分区间起始端，以电池单体充电截止电压(4.2v)为积分区间终止端，结合电池充电容量增量曲线(dq/dv)，对电池单体积分区间(a单体4.1v～4.2v，b单体4.15v～4.2v，c单体4.2v～4.2v)内的电量分别进行积分计算得到各电池单体的电量损失(a单体1ah，b单体0.5ah，c单体0ah)，用各电池单体初始可用电量减去初始电量损失得到各单体的出厂前每个电池单体的可用电量(a单体100ah
‑
1ah＝99ah，b单体101ah
‑
0.5ah＝100.5ah，c单体99ah
‑
0ah＝99ah)。
43.s102、获取所述电池组出厂后的充电数据，所述充电数据包括：所述电池组在当前时刻充满后的每个电池单体充电结束时刻的第二电压、所述电池组在非充电状态下的预设时间段内的每个电池单体的电压值与所述第一电压的中位值的差值的平均值记为电压差值。
44.在本实施例中，所述电池组在非充电状态下需要满足一定充电时长，充电后电池达到一定电压或荷电状态(soc)；本实施例的一定电压为3.5v，预设时间段为10分钟；即本
实施例记录10分钟内(本实施例以1秒就有一次电压计算为例，即计算600秒内电压差值的平均值)不同时刻的各个单体电压值与第一电压的中位电压值(4.15v)的电压差值，然后取平均值记为电压差值。本发明每次充电结束后每个单体的电压差值的记录频率为：当电池组充电次数超过一定次数(本实施例中为20次)或电池组使用超过一定时间(本实施例中为一个月)。第一电压的中位值可以避免第一电压的最大和最小的干扰，尤其当个别电池单体发生故障后，不会影响计算，因此，使用中位值更能代表电池组中正常电池的状态；在其他实施例中，也可以用第一电压的平均值进行计算，但是当有异常电池单体时，会拉低或拉高平均值，这并不能很好的反应电池组中正常电池单体的状态。
45.s103、计算当前时刻所述电池单体的损失数据；其计算方式为：根据所述电池单体的充电容量增量曲线为积分曲线，分别以所述第二电压、所述第二电压与所述电压差值之和为积分的上下限进行积分得到每个电池单体的损失电量；并通过出厂前所述电池单体的可用电量减去所述电池单体的损失电量计算得到当前时刻所述电池单体的可用电量。
46.在本实施例中，各电池单体取当前充电结束时刻电压(在本实施例中为，a单体4.05v、b单体4.15v、c单体4.2v)作为积分区间起始端，取当前次充电结束时刻电压和电压差值的和为积分区间终止端(a单体4.1v、b单体4.2v、c单体4.2v)，结合电池充电容量增量曲线(dq/dv)，积分计算各电池单体在积分区间内的损失电量(在本实施例中为，a单体0.5ah，b单体0ah，c单体0ah)，该损失电量即为各电池单体在经过一定充电次数或一定使用时间后的电量损失，用一定充电次数或一定使用时间前的各电池单体可用电量减去前述电量损失即为各电池单体的当前可用电量(a单体99ah
‑
0.5ah＝98.5ah，b单体100.5ah
‑
0ah＝100.5ah，c单体99ah
‑
0ah＝99ah)。
47.s104、计算所述电池单体的电量损失率，其计算方式为：将所述损失电量除以所述电池组的使用时间；当所述电量损失率超出一定阈值时，则判定所述电池组发生故障，并发出预警信号。
48.在本实施例中，经上述步骤计算，各电池单体可用电量损失(a单体0.5ah，b单体0ah，c单体0ah)除以前述一定充电次数的所用时间(假设为1000小时)或一定使用时间得到电池的可用电量损失率(漏电流为0.5ah/1000h＝0.0005ah/h＝0.14μa/s)，当电池单体可用电量损失率超出一定阈值(在本实施例中为10ma)则认为电池有故障或缺陷，发出预警信号。
49.s105、确定所述电池组的损失数据，以电压值最小的所述第二电压所对应的电池单体的损失电量以及电量损失率为所述电池组的损失数据。
50.在本实施例中，通过步骤s102及步骤s103得到，当前时刻电压最低单体(a单体)在经过一定充电次数或一定使用时间后的可用电量损失(0.5ah)即为电池组在经过一定充电次数或一定使用时间后的衰减电量(0.5ah)。用出厂前每个电池单体的可用电量(99ah)减去前述衰减电量(0.5ah)即为电池组当前容量(98.5ah)。则充电结束时刻第二电压最低的电池单体(a单体)的可用电量损失率(0.14μa/s)，认定为电池组在经过一定充电次数的所用时间或一定使用时间的电量损失率。
51.由于电池组在使用过程中存在复杂的容量衰减情况，所以电池组的容量衰减受到多因素的影响，不能简单等效看作为个别电池单体的容量衰减。电池组的衰减情况也是消费者所直接能够感受到的指标。因此本发明通过步骤s105，实现在消费者体验、电池组或电
动车的残值评估、电池组或电动车的安全性评估等方面都有重要参考意义。
52.s106、根据所述电池单体的电量损失率预测下一时刻的电池单体的可用电量。
53.在本实施例中，在根据所述电池单体的电量损失率预测下一时刻的电池单体的可用电量的步骤中，其中，所预测的公式为：y＝x
‑
k*t，其中，x为电池单体当前可用电量，k为电池单体当前电量损失率，t为下一时刻到当前时刻的差值，y为电池单体下一时刻可用电量。
54.在其他实施例中，所述预测的方法还可以为：对历史时间段所述电池单体的可用电量数据、单体电压以及时间进行拟合，预测下一时刻的电池单体的可用电量。
55.s107、预测下一时刻的电池组的可用容量以及电池组的衰减率，以所述电池单体中下一时刻的可用电量最低值作为电池组下一时刻的可用电量，以下一时刻的可用电量最低值的电池单体所对应的电量损失率作为下一时刻的电池组的衰减率。
56.在本实施例中，假设在一个电池组中有100个单体，当前时刻是第3个单体是充电结束时刻电压最低，但是第20个单体的电量损失率较大；则在未来某一时刻第20个单体会变成充电结束时刻电压最低单体，则这时候就开始以第20个单体的下一时刻可用电量作为电池组下一时刻的可用电量，以下一时刻的可用电量最低值的电池单体所对应的电量损失率作为电池组下一时刻的的衰减率。
57.实施例3
58.如图5所示，本发明提供一种电池电量的预估系统，包括：第一获取模块11、第二获取模块12以及计算模块13。
59.所述第一获取模块11用以获取电池组出厂前的测试数据，所述测试数据包括：所述电池组中每个电池单体的可用电量、所述电池组在第一次充满后的每个电池单体充电结束时刻的第一电压以及电池单体的充电容量增量曲线。
60.所述第二获取模块12用以获取所述电池组出厂后的充电数据，所述充电数据包括：所述电池组在当前时刻充满后的每个电池单体充电结束时刻的第二电压、所述电池组在非充电状态下的预设时间段内的每个电池单体的电压值与所述第一电压的中位值的差值的平均值记为电压差值。
61.所述计算模块13用以计算当前时刻所述电池单体的损失数据；其计算方式为：根据所述电池单体的充电容量增量曲线为积分曲线，分别以所述第二电压、所述第二电压与所述电压差值之和为积分的上下限进行积分得到每个电池单体的损失电量；并通过出厂前所述电池单体的可用电量减去所述电池单体的损失电量计算得到当前时刻所述电池单体的可用电量。
62.本发明提供一种电池电量的预估系统，根据电池组出厂前的测试数据以及电池组出厂后的充电数据，对电池单体实际用电容量的准确估计，克服电池单体存在固有的不一致性的缺陷。这不但可以帮助用户了解当前电池组的电池单体可用电量，而且可以为电池组进行评估提供重要参考。具体计算方式为：以电池单体的充电容量增量曲线为积分曲线，分别以所述第二电压、所述第二电压与所述电压差值之和为积分的上下限进行积分得到每个电池单体的损失电量，并通过出厂前所述电池单体的可用电量减去所述电池单体的损失电量计算得到当前时刻所述电池单体的可用电量。本发明所用的预估方法不涉及复杂的电化学模型和公式，不依赖于soc(荷电状态)估计，方法简单实用。
63.在本实施例中还提供了一种电池电量的预估系统，该系统用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
64.本实施例中的电池电量的预估系统是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指asic电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。
65.上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。
66.实施例4
67.如图6所示，本发明实施例还提供一种电子设备，具有上述图5所示的电池电量的预估系统。
68.请参阅图6，图6是本发明可选实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备可以包括：至少一个处理器51，例如cpu(central processing unit，中央处理器)，至少一个通信接口53，存储器54，至少一个通信总线52。其中，通信总线52用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口53可以包括显示屏(display)、键盘(keyboard)，可选通信接口53还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器54可以是高速ram存储器(random access memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non
‑
volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器54可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器51的存储装置。其中处理器51可以结合图5所描述的系统，存储器54中存储应用程序，且处理器51调用存储器54中存储的程序代码，以用于执行上述电池电量的预估方法步骤。
69.其中，通信总线52可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称eisa)总线等。通信总线52可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
70.其中，存储器54可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random
‑
access memory，缩写：ram)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non
‑
volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(英文：solid
‑
state drive，缩写：ssd)；存储器54还可以包括上述种类的存储器的组合。
71.其中，处理器51可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：cpu)，网络处理器(英文：network processor，缩写：np)或者cpu和np的组合。
72.其中，处理器51还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application
‑
specific integrated circuit，缩写：asic)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：cpld)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field
‑
programmable gate array，缩写：fpga)，通用阵列逻辑(英文：generic array logic,缩写：gal)或其任意组合。
73.可选地，存储器54还用于存储程序指令。处理器51可以调用程序指令，实现如本发明所示的电池电量的预估方法。
74.本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的电池电量的预估方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read
‑
only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid
‑
state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
75.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
76.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。而由此所引伸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。