一种动力电池容量衰减的评估方法及系统与流程

1.本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池容量衰减的评估方法及系统。


背景技术：

2.近年来我国新能源汽车发展迅速，2021年新能源车销量352万辆，约占总体汽车销量的13％，保持了多年的快速增长，新能源车的保有量也逐年递增，2021年底已接近800万辆。随着新能源汽车的发展，关键零部件的安全、质量和使用寿命问题也越来越受到人们的关注。动力电池作为新能源车尤其是纯电动汽车的核心部件，其状态评估和故障检测一直是新能源汽车开发和研究的重点。动力电池的容量体现了其储能能力的大小，是动力电池最关键的参数之一，也是电池寿命的重要表征。因动力电池为电化学系统，在使用过程中容量会随着使用时间的增加而不断衰减，因此对于车载动力电池容量衰减的评估是有着重要的意义。另外，动力电池容量衰减的评估对于动力电池回收、梯次利用等方面也有重要的应用价值。
3.申请号为202111137547.2的专利，公开了一种动力电池容量评估方法，通过融合新车上的动力电池测试数据与车联网运行数据，建立了对应于不同温度、工况条件的完整soc-ocv数据以及新动力电池容量标准值的两个动态数据库，通过对目标车辆的当前工况条件查找出对应的容量并与新动力电池的标准数据比较，来实现动力电池容量的评估。其方法需依赖于大量的实验数据来构建完整的soc-ocv数据库，限制了其在新能源汽车中的应用范围。
4.申请号为201911328591.4的专利，公开了一种动力电池容量衰减预测方法，通过车辆的历史使用行为数据和充电特征对神经网络模型进行训练，得到动力电池的表观容量与充电特征的关系，并根据与待预测车辆相似度最大的第一车辆的充电特征对待预测车辆的动力电池未来的表观容量衰减情况进行预测。其方法需依赖于大量的同型号动力电池数据进行模型的训练，且模型的准确度受输入数据的影响，若待预测车辆与其他车辆的特征差异较大，将无法准确预估。
5.现有容量衰减的主要评估方法：实验分析法、模型分析法。实验分析法需对动力电池进行标准工况的测试，而车载动力电池的在实际使用过程当中工况复杂，与标准工况差异较大，无法得到标准工况下的测试容量，若将车载动力电池从整车上拆解后进行标准工况测试，可实施性不强，不仅成本较高且效率低下；模型分析法对模型的精确度要求较高，且需要大量的离线数据进行模型的训练和优化迭代，计算量大，效率较低。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种动力电池容量衰减的评估方法及系统，通过对动力电池上传数据进行预处理，获取动力电池的初始满充容量和当前满充容量，进而评估动力电池的容量衰减状况，可操作性强、成本低、评估效率高。
7.根据本发明的一个方面，本发明提供了一种动力电池容量衰减的评估方法，所述方法包括以下步骤：
8.s1:获取待评估车辆的动力电池上传数据；
9.s2:对所述动力电池上传数据进行预处理，获得所述动力电池的充电容量评估数据片段；
10.s3:根据所述充电容量评估数据片段，获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量；
11.s4:根据所述初始满充容量和所述当前满充容量对待评估车辆的动力电池容量衰减状况进行评估，得到评估结果。
12.优选地，所述对所述动力电池上传数据进行预处理，获得所述动力电池的充电容量评估数据片段，包括:
13.所述预处理包括：数据清洗、数据切片和数据筛选；所述数据清洗包括剔除重复值、无效值和异常值；所述数据切片包括通过充电状态提取出充电片段；所述数据筛选包括根据上报时间、充电状态、soc、总电流、最高和最低温度，将满足预设条件的充电片段提取出来作为充电容量评估数据片段。
14.优选地，所述根据所述充电容量评估数据片段，获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量包括：
15.通过下式获得每个充电容量评估数据片段的满充容量：
[0016][0017]
其中，ci为单个充电容量评估数据片段的满充容量，t0为充电起始时刻，t1为充电结束时刻，i为充电电流，soc
t0
为充电起始soc，soc
t1
为充电结束soc；
[0018]
在获得每个充电容量评估数据片段的满充容量后，若前后相邻的两个满充容量的差异大于预定阈值，则舍弃后一个满充容量值。
[0019]
优选地，所述获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量包括：
[0020]
对车辆使用初期的多个充电片段满充容量取平均值，获得初始满充容量；
[0021]
对车辆近期的多个充电片段满充容量取平均值，获得当前满充容量。
[0022]
优选地，所述根据所述初始满充容量和所述当前满充容量对待评估车辆的动力电池容量衰减状况进行评估，得到评估结果包括：
[0023]
通过以下公式计算动力电池的容量衰减率：
[0024]
容量衰减率＝1-当前满充容量/初始满充容量。
[0025]
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种动力电池容量衰减的评估系统，所述系统包括：
[0026]
第一获取模块，用于获取待评估车辆的动力电池上传数据；
[0027]
数据预处理模块，用于对所述动力电池上传数据进行预处理，获得所述动力电池的充电容量评估数据片段；
[0028]
第二获取模块，用于根据所述充电容量评估数据片段，获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量；
[0029]
容量评估模块，用于根据所述初始满充容量和所述当前满充容量对待评估车辆的动力电池容量衰减状况进行评估，得到评估结果。
[0030]
优选地，所述数据预处理模块对所述动力电池上传数据进行预处理，获得所述动力电池的充电容量评估数据片段，包括:
[0031]
所述预处理包括：数据清洗、数据切片和数据筛选；所述数据清洗包括剔除重复值、无效值和异常值；所述数据切片包括通过充电状态提取出充电片段；所述数据筛选包括根据上报时间、充电状态、soc、总电流、最高和最低温度，将满足预设条件的充电片段提取出来作为充电容量评估数据片段。
[0032]
优选地，所述第二获取模块根据所述充电容量评估数据片段，获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量包括：
[0033]
通过下式获得每个充电容量评估数据片段的满充容量：
[0034][0035]
其中，ci为单个充电容量评估数据片段的满充容量，t0为充电起始时刻，t1为充电结束时刻，i为充电电流，soc
t0
为充电起始soc，soc
t1
为充电结束soc；
[0036]
在获得每个充电容量评估数据片段的满充容量后，若前后相邻的两个满充容量的差异大于预定阈值，则舍弃后一个满充容量值。
[0037]
优选地，所述第二获取模块获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量包括：
[0038]
对车辆使用初期的多个充电片段满充容量取平均值，获得初始满充容量；
[0039]
对车辆近期的多个充电片段满充容量取平均值，获得当前满充容量。
[0040]
优选地，所述容量评估模块根据所述初始满充容量和所述当前满充容量对待评估车辆的动力电池容量衰减状况进行评估，得到评估结果包括：
[0041]
通过以下公式计算动力电池的容量衰减率：
[0042]
容量衰减率＝1-当前满充容量/初始满充容量。
[0043]
有益效果：在不依赖于测试和研发数据，仅利用待评估车辆动力电池国标上传数据的前提下，对动力电池的容量衰减进行了高效的定量分析，无需对车载动力电池进行特殊的处理或测试，本发明通过对动力电池上传数据进行预处理，获取动力电池的初始满充容量和当前满充容量，进而评估动力电池的容量衰减状况，可操作性强、成本低、评估效率高。
[0044]
通过参照以下附图及对本发明的具体实施方式的详细描述，本发明的特征及优点将会变得清楚。
附图说明
[0045]
图1是本发明的动力电池容量衰减的评估方法流程图；
[0046]
图2是本发明的动力电池容量衰减的评估系统示意图。
具体实施方式
[0047]
下面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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通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。
[0048]
实施例1
[0049]
图1是本发明的动力电池容量衰减的评估方法流程图。如图1所示，本发明提供一种动力电池容量衰减的评估方法，所述方法包括以下步骤：
[0050]
s1:获取待评估车辆的动力电池上传数据。
[0051]
具体地，动力电池上传数据的格式符合国家标准，其包括：上报时间、车辆状态、充电状态、总电流、soc(state of charge，动力电池的荷电状态)、最高和最低单体电压以及最高和最低温度，以上数据字段按照gb/t 32960-2016标准上传至云端。
[0052]
s2:对所述动力电池上传数据进行预处理，获得所述动力电池的充电容量评估数据片段。
[0053]
具体地，所述预处理包括：数据清洗、数据切片和数据筛选；所述数据清洗包括剔除重复值、无效值和异常值；所述数据切片包括通过充电状态提取出充电片段；所述数据筛选包括根据上报时间、充电状态、soc、总电流、最高和最低温度，将满足预设条件的充电片段提取出来作为充电容量评估数据片段。
[0054]
进一步地，在剔除重复值时，可根据是否为补发数据的标志位，保留补发数据；
[0055]
剔除无效值时，可参考gb/t 32960.3-2016中的范围定义，对数据字段进行筛选；
[0056]
剔除异常值时，可根据待评估车辆搭载的电芯类型设置不同的阈值；可选的，三元电池的最高和最低单体电压范围为[2.7,4.3],磷酸铁锂电池的最高和最低单体电压范围为[2.5,3.65]；
[0057]
数据切片包括通过充电状态提取出充电片段；充电状态可分为停车充电、行驶充电、未充电状态、充电完成；可选的，按照充电状态为停车充电时，识别为充电片段，且持续时间应不小于10min；
[0058]
数据筛选包括根据上报时间、充电状态、soc、总电流、最高和最低温度等维度，将满足预设条件的充电片段提取出来作为充电容量评估数据片段，其中预设条件可以是条件相同或条件相似。
[0059]
作为一具体实施例，可将充电状态同为慢充，充电最高和最低温度处在20～30℃之间，充电起始soc小于40％，充电结束soc大于90％的数据片段作为充电容量评估数据片段。
[0060]
s3:根据所述充电容量评估数据片段，获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量。
[0061]
具体步骤包括：1.通过电流积分获得每个充电片段的充电容量，2.通过充电结束soc和充电起始soc的差值获得每个充电片段的充电δsoc，3.将每个充电片段的充电容量除以充电δsoc获得每个充电片段的满充容量，4.将车辆初期的多个充电片段满充容量取平均值，获得初始满充容量，多个充电片段可取5～10个。
[0062]
即，通过下式获得每个充电容量评估数据片段的满充容量：
[0063][0064]
其中，ci为单个充电容量评估数据片段的满充容量，t0为充电起始时刻，t1为充电结束时刻，i为充电电流，soc
t0
为充电起始soc，soc
t1
为充电结束soc；
[0065]
在获得每个充电容量评估数据片段的满充容量后，若前后相邻的两个满充容量的差异大于预定阈值，则舍弃后一个满充容量值。
[0066]
更进一步的，因实际动力电池容量无法产生突变，因此计算获得每个充电容量评估数据片段的满充容量后，若相邻两个满充容量的差异过大，应舍弃后一个满充容量值；可选的，容量的差异阈值可定义为5％。
[0067]
优选地，所述获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量包括：
[0068]
对车辆使用初期的多个充电片段满充容量取平均值，获得初始满充容量；对车辆近期的多个充电片段满充容量取平均值，获得当前满充容量。
[0069]
具体地，通过车辆使用初期的多个充电片段满充容量取平均值，获得初始满充容量，多个充电片段可取5～10个。在根据车辆近期的多个充电片段满充容量取平均值，获得当前满充容量，多个充电片段可取5～10个。
[0070]
s4:根据所述初始满充容量和所述当前满充容量对待评估车辆的动力电池容量衰减状况进行评估，得到评估结果。
[0071]
具体地，通过以下公式计算动力电池的容量衰减率：容量衰减率＝1-当前满充容量/初始满充容量。
[0072]
本实施例在不依赖于测试和研发数据，仅利用待评估车辆动力电池国标上传数据的前提下，对动力电池的容量衰减进行了高效的定量分析，无需对车载动力电池进行特殊的处理或测试，本发明通过对动力电池上传数据进行预处理，获取动力电池的初始满充容量和当前满充容量，进而评估动力电池的容量衰减状况，可操作性强、成本低、评估效率高。
[0073]
实施例2
[0074]
图2是本发明的动力电池容量衰减的评估系统示意图。如图2所示，本发明还提供了一种动力电池容量衰减的评估系统，所述系统包括：
[0075]
第一获取模块201，用于获取待评估车辆的动力电池上传数据；
[0076]
数据预处理模块202，用于对所述动力电池上传数据进行预处理，获得所述动力电池的充电容量评估数据片段；
[0077]
第二获取模块203，用于根据所述充电容量评估数据片段，获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量；
[0078]
容量评估模块204，用于根据所述初始满充容量和所述当前满充容量对待评估车辆的动力电池容量衰减状况进行评估，得到评估结果。
[0079]
优选地，所述数据预处理模块202对所述动力电池上传数据进行预处理，获得所述动力电池的充电容量评估数据片段，包括:
[0080]
所述预处理包括：数据清洗、数据切片和数据筛选；所述数据清洗包括剔除重复值、无效值和异常值；所述数据切片包括通过充电状态提取出充电片段；所述数据筛选包括根据上报时间、充电状态、soc、总电流、最高和最低温度，将满足预设条件的充电片段提取
出来作为充电容量评估数据片段。
[0081]
优选地，所述第二获取模块203根据所述充电容量评估数据片段，获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量包括：
[0082]
通过下式获得每个充电容量评估数据片段的满充容量：
[0083][0084]
其中，ci为单个充电容量评估数据片段的满充容量，t0为充电起始时刻，t1为充电结束时刻，i为充电电流，soc
t0
为充电起始soc，soc
t1
为充电结束soc；
[0085]
在获得每个充电容量评估数据片段的满充容量后，若前后相邻的两个满充容量的差异大于预定阈值，则舍弃后一个满充容量值。
[0086]
优选地，所述第二获取模块203获得待评估车辆动力电池的初始满充容量和当前满充容量包括：
[0087]
对车辆使用初期的多个充电片段满充容量取平均值，获得初始满充容量；
[0088]
对车辆近期的多个充电片段满充容量取平均值，获得当前满充容量。
[0089]
优选地，所述容量评估模块204根据所述初始满充容量和所述当前满充容量对待评估车辆的动力电池容量衰减状况进行评估，得到评估结果包括：
[0090]
通过以下公式计算动力电池的容量衰减率：
[0091]
容量衰减率＝1-当前满充容量/初始满充容量。
[0092]
本发明实施例2中各个模块所实现的功能的具体实施过程与实施例1中的各个方法步骤的实施过程相同，在此不再赘述。
[0093]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。