基于直流电阻检测的锂电池剩余寿命检测方法及系统与流程

1.本发明涉及锂电池剩余寿命预测领域，尤其涉及基于直流电阻检测的锂电池剩余寿命检测方法及系统。


背景技术：

2.快速无损地检测退役锂离子动力电池剩余寿命是退役锂离子动力电池进行梯次利用以及回收再生循环的关键技术，现有的技术方案为以下几种：
3.1.直接用交流内阻测试设备测试交流内阻判定电池的剩余容量，这种评估方案虽然简单并且针对特定的品牌产品有一定可靠性，但是评估结果误差很大并且不具备普适性，也没有相应的理论依据；
4.2.用充放电设备直接测试电池的剩余容量，这种方式评估的准确性非常高，但是测试耗时相对非常长，也因此没办法进行大面积抽样导致评估结果具有很大的随机性能；
5.3.对电池进行充放电但不进行满充满放的循环，基于充电或者放电的片段然后比对该款电芯的循环衰减数据库的方式进行评估，这种方式相较于充放电测试容量在测试时间上虽然有大幅下降，但是测试时间需要10分钟以上，没办法做到快速检测评估。


技术实现要素：

6.本发明提供了基于直流电阻检测的锂电池剩余寿命检测方法及系统，用于解决现有的锂电池剩余寿命检测方法速度慢、准确度不高的技术问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
8.一种基于直流电阻检测的锂电池剩余寿命检测方法，包括以下步骤：
9.采集在多个不同的预设充放电循环周期中，多个锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的直流电阻值；
10.根据采集的直流电阻值，构建锂电池在每个预设充放电循环周期内的内阻特征集；其中，锂电池在任意一个预设的充放电循环周期r内的内阻特征集包括在所述预设充放电循环周期r中，锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的多个直流内阻特征；
11.采集待测锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的多个实测直流内阻值，构成待测周期内阻特征集；分别计算待测周期内阻特征集与锂电池的多个不同的预设充放电循环周期的内阻特征集之间的相似度，选取相似度最大的内阻特征集对应的充放电循环次数作为待测锂电池当前的充放电循环次数。
12.优选的，采集在多个不同的预设充放电循环周期中，多个锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的直流电阻值，包括以下步骤：
13.对多个锂电池进行全生命周期循环充放电试验，且每个锂电池在每个预设的预设充放电循环周期中，均执行以下步骤：
14.将多个同型锂电池的开路电压从小至大依次调整至多个大小不一的预设开路电压，且在将每个锂电池的开路电压调整至任意第i个预设开路电压后，在预设环境温度下，
以预设倍率对每个锂电池进行放电直流电阻测试，并在每个锂电池的放电直流电阻测试中记录每个锂电池放电直流电阻测试的降压数据，并根据每个锂电池的所述降压数据计算每个锂电池在第i个预设开路电压下的直流电阻值；在计算得到每个锂电池在第i个预设开路电压下的直流电阻值后，再将每个锂电池的开路电压调整至下一个预设开路电压。
15.优选的，所述放电直流电阻测试为10秒，记录的降压数据为第2-10秒内压降数据。
16.优选的，所述预设环境温度范围为25
±
2℃，所述预设倍率为2c倍率。
17.优选的，每个锂电池在完成依次放电直流电阻测试后，需静置预设时间后再进行下一次放电直流电阻测试。
18.优选的，所述直流内阻特征包括特征参数及其概率分布参数；根据采集到的、在多个不同的预设充放电循环周期中，每个锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的直流电阻值构建锂电池在每个预设充放电循环周期内的内阻特征集；包括以下步骤：
19.对于任意一个预设开路电压下的、在多个不同的预设充放电循环周期采集到的多个锂电池的直流电阻值，均执行以下步骤：
20.采用线性拟合算法将所述预设开路电压下的、在多个不同的预设充放电循环周期采集到的多个锂电池的直流电阻值拟合成以直流电阻值为自变量，以对应的充放电循环次数为因变量的单调性曲线；
21.分别在所述单调性曲线上查找每个预设充放电循环周期对应的直流电阻值作为所述锂电池在每个预设充放电循环周期内，所述预设开路电压下对应的特征参数；并计算所述锂电池在所述预设开路电压下、各个预设充放电循环周期对应的直流电阻值的均值和标准差作为所述预设开路电压下的特征参数的概率分布参数；对于任意一个充放电循环r次的预设充放电循环周期，综合在所述预设充放电循环周期内的各个预设开路电压下的直流内阻特征构建所述充放电循环r次的预设充放电循环周期的内阻特征集；
22.对于任意一个充放电循环r次的预设充放电循环周期，综合在所述预设充放电循环周期内的各个预设开路电压下的直流内阻特征构建所述充放电循环r次的预设充放电循环周期的内阻特征集。
23.优选的，分别计算待测周期内阻特征集与多个不同的预设充放电循环周期的内阻特征集之间的相似度通过似然函数实现。
24.一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
25.本发明具有以下有益效果：
26.1、本发明中的基于直流电阻检测的锂电池剩余寿命检测方法及系统，通过采集在多个不同的预设充放电循环周期中，多个锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的直流电阻值；并根据采集到的直流电阻值构建锂电池在每个预设充放电循环周期内的内阻特征集；分别计算待测周期内阻特征集与多个不同的预设充放电循环周期的内阻特征集之间的相似度，选取相似度最大的内阻特征集对应的充放电循环次数作为待测锂电池当前的充放电循环次数。本发明通过预先构建锂电池在各个预设充放电循环周期内的内阻特征集，再通过比对待测周期内阻特征集与锂电池各个预设充放电循环周期的内阻特征集之间的相似度来确定锂电池剩余寿命，能在保证准确性的同时，提高预测的速度。
27.2、在优选方案中，本发明通过将直流电阻数据拟合成特定的数学模型，以模型中
的特征参数作为电池健康状态指标。通过特征参数的变化能够实时掌握电池的退化趋势，实验室得出的直流电阻模型确保了拟合后的对直流电阻的还原度高，能准确反映出直流电阻的变化规律；以电池直流电阻的数据拟合模型的方法所需的在线数据只有放电阶段特定倍率的短时间直流电阻数据，极大的缩短了检测评估所需的时间，因此能够快速实现锂电池剩余循环寿命的快速检测。
28.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
29.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
30.图1是本发明优选实施例中的基于直流电阻检测的锂电池剩余寿命检测方法的流程图。
具体实施方式
31.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
32.实施例一：
33.本实施中公开了一种基于直流电阻检测的锂电池剩余寿命检测方法，包括以下步骤：
34.采集在多个不同的预设充放电循环周期中，多个锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的直流电阻值；
35.根据采集的直流电阻值，构建锂电池在每个预设充放电循环周期内的内阻特征集；其中，锂电池在任意一个预设的充放电循环周期r内的内阻特征集包括在所述预设充放电循环周期r中，锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的多个直流内阻特征；
36.采集待测锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的多个实测直流内阻值，构成待测周期内阻特征集；分别计算待测周期内阻特征集与锂电池的多个不同的预设充放电循环周期的内阻特征集之间的相似度，选取相似度最大的内阻特征集对应的充放电循环次数作为待测锂电池当前的充放电循环次数。
37.在本实施例中，分别计算待测周期内阻特征集与锂电池的多个不同的预设充放电循环周期的内阻特征集之间的相似度，选取相似度最大的内阻特征集对应的充放电循环次数作为待测锂电池当前的充放电循环次数，可通过似然函数、基于欧氏距离相似度计算方法、基于曼哈顿距离相似度计算方法、基于切比雪夫距离的相似度计算方法、以及基于信息熵的相似度计算方法中的一种或任意几种实现。
38.此外，在本实施例中，还公开了一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
39.本发明中的基于直流电阻检测的锂电池剩余寿命检测方法及系统，通过采集在多个不同的预设充放电循环周期中，多个锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的直流电
阻值；并根据采集到的直流电阻值构建锂电池在每个预设充放电循环周期内的内阻特征集；分别计算待测周期内阻特征集与多个不同的预设充放电循环周期的内阻特征集之间的相似度，选取相似度最大的内阻特征集对应的充放电循环次数作为待测锂电池当前的充放电循环次数。本发明通过预先构建锂电池在各个预设充放电循环周期内的内阻特征集，再通过比对待测周期内阻特征集与锂电池各个预设充放电循环周期的内阻特征集之间的相似度来确定锂电池剩余寿命，能在保证准确性的同时，提高预测的速度。
40.实施例二：
41.实施例二是实施例一的优选实施例，其与实施例一的不同之处在于，对基于直流电阻检测的锂电池剩余寿命检测方法的具体步骤进行了细化：
42.如图1所示，在本实施例中，公开了一种基于直流电阻检测的锂电池剩余寿命检测方法，包括以下步骤：
43.步骤一：离线构建特征参数对照表
44.s1、对多个锂电池进行全生命周期循环充放电试验，采集在多个不同的预设充放电循环周期中，多个锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的直流电阻值；
45.具体的，每个锂电池在每个预设的预设充放电循环周期中，均执行以下步骤：
46.将多个同型锂电池的开路电压从小至大依次调整至多个大小不一的预设开路电压，且在将每个锂电池的开路电压调整至任意第i个预设开路电压后，在预设环境温度下，以预设倍率对每个锂电池进行放电直流电阻测试，并在每个锂电池的放电直流电阻测试中记录每个锂电池放电直流电阻测试的降压数据，并根据每个锂电池的所述降压数据计算每个锂电池在第i个预设开路电压下的直流电阻值；在计算得到每个锂电池在第i个预设开路电压下的直流电阻值后，再将每个锂电池的开路电压调整至下一个预设开路电压。
47.在本实施例中，所述预设环境温度范围为25
±
2℃，所述预设倍率为2c倍，放电直流电阻测试为10秒，记录的降压数据为第2-10秒内压降数据。当锂电池为三元材料体系电芯时，
48.预设开路电压值包括：4.2v、4.1v、4.0v、3.9v、3.8v、3.7v、3.6v、3.5v、3.4v、3.3v、3.2v、3.1v以及3.0v。当锂电池为磷酸铁锂电芯是，预设电压值为3.6v、3.5v、3.4v、3.3v、3.2v、3.1v、3.0v、2.9v、2.8v、2.7v、2.6v、2.5v。
49.s1步骤具体为：
50.将多个同型锂电池的开路电压调整至3.0v；在25
±
2℃的环境温度下对所有锂电池进行2c倍率10秒放电直流电阻测试，记录第2-10秒内压降数据并以此计算直流电阻值dcr(3.0v)，静置后，对锂电池进行充电使其开路电压达到3.1v，参照前面相同的直流测试方法测试dcr数据并计算直流电阻值dcr(3.1v)，依次类推，以开路电压0.1v为区间测试3.0v-4.2v开路电压下的dcr数据；对锂电池进行全寿命充放电实验，每10个循环采集一次不同开路电压下的直流电阻数据；
51.s2、根据采集到的、在多个不同的预设充放电循环周期中，每个锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的直流电阻值构建锂电池在每个预设充放电循环周期内的内阻特征集：其中，锂电池在任意一个预设的充放电循环周期r内的内阻特征集包括在所述预设充放电循环周期r中，锂电池在多个大小不一的预设开路电压下的多个直流内阻特征；
52.在本实施例中，所述直流内阻特征包括特征参数及其概率分布参数；对于任意一
个预设开路电压下的、在多个不同的预设充放电循环周期采集到的多个锂电池的直流电阻值，均执行以下步骤：
53.采用线性拟合算法将所述预设开路电压下的、在多个不同的预设充放电循环周期采集到的多个锂电池的直流电阻值拟合成以直流电阻值为自变量，以对应的充放电循环次数为因变量的单调性曲线；
54.分别在所述单调性曲线上查找每个预设充放电循环周期对应的直流电阻值作为所述锂电池在每个预设充放电循环周期内，所述预设开路电压下对应的特征参数；并计算所述锂电池在所述预设开路电压下、各个预设充放电循环周期对应的直流电阻值的均值和标准差作为所述预设开路电压下的特征参数的概率分布参数；对于任意一个充放电循环r次的预设充放电循环周期，综合在所述预设充放电循环周期内的各个预设开路电压下的直流内阻特征构建所述充放电循环r次的预设充放电循环周期的内阻特征集。
55.对于任意一个充放电循环r次的预设充放电循环周期，综合在所述预设充放电循环周期内的各个预设开路电压下的直流内阻特征构建所述充放电循环r次的预设充放电循环周期的内阻特征集，综合所有的预设充放电循环周期的内阻特征表构建离线构建特征参数对照表。
56.s2步骤具体为：
57.对数据进行截取和分组，获得从不同开路电压下对应的直流电阻数据，并对数据进行拟合，得到对应的数学模型，即第i种开路电压下下第j个锂电池样品第h个充放循环的dcr随充电时间变化的数学模型记为其中i＝3.0v，3.1v，
…
，4.2v；j＝1,2,
…
,m，表示共有m个锂电池样本；h＝1,2,
…
,h，表示充放电循环的序号，h为总循环数；
58.选取模型的特征参数，表征电池健康状态随充放电循环的变化规律，具体为：固定锂电池样本序号j，观察模型的dcr随循环次数增加的变化规律，选取随循环数增加单调性较好的，且变化较为平缓的参数作为特征参数，记为(6)根据指定的初始开路电压值和充放电循环次数h，由数据集估算均值μ和标准差；
59.步骤二：在线预测剩余循环寿命两个阶段
60.将待测锂电池的开路电压调整至3.0v；
61.对待测锂电池进行2c倍率10秒放电，提取其第2秒至第10秒的压降数据，并根据所述降压数据计算将待测锂电池的开路电压调整至3.0v的dcr值；再将待测锂电池的开路电压调整至3.1v，计算将待测锂电池的开路电压调整至3.1v的dcr值，依次类推，计算待测锂电池在3.0v-4.2v开路电压下的多个实测直流内阻值，构成待测周期内阻特征集；
62.将待测周期内阻特征集依次与锂电池的多个不同的预设充放电循环周期的内阻特征集进行比对；
63.遍历对照表种匹配的初始开路电压值所对应的各充放电循环树下的均值μ和标准差，将特征参数β0、各组均值和标准差分别代入到似然函数l(β0,μh)中，使得似然函数l(β0,μh)取最大值的标准差和均值对应的充放电循环次数即为该电池目前健康状态等效的充电循环数n0，由此得到该锂电池的剩余循环寿命预测结果。
64.综上所述，本发明相较于交流内阻方案，该方案具有更加高的理论依据和准确性，
相较于对锂电池进行充放电的方案，该方案则具有更加快速的检测时间，具备在10秒以内检测出结果的能力；此外，本发明在同时能保证准确性与快速的情况下，dcr方案用更低的成本可以提高取样比例，这样更能保障电池回收测试评估是的准确性降低随机误差概率；此外，本方法剔除了区间初始阶段欧姆内阻以及极化内阻造成的压降，具有非常高的准确性以及线性，比对精度高，算法相对更简单，响应也更快。
65.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。