本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種基于恒壓充電片段的鋰離子電池剩余循環(huán)壽命在線快速檢測方法。

背景技術：

鋰電池基于其重量輕、能量密度大和使用壽命長等優(yōu)點被廣泛應用于各個領域，但在使用過程中鋰電池性能的逐漸衰退和失效可能帶來嚴重的后果，實踐過程中我們可以通過電池剩余循環(huán)壽命預測來避免這些損失。現(xiàn)有的鋰電池剩余循環(huán)壽命預測主要包括粒子濾波、Dempster-Shafer證據(jù)理論、Bayes、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡、非線性自回歸、高斯過程回歸等方法。這些方法的主要思想是利用離線數(shù)據(jù)建立鋰離子電池退化特征量(容量、內(nèi)阻等)隨充電循環(huán)次數(shù)退化的過程模型，再根據(jù)在線測得的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)進行訓練學習，進而預測剩余循環(huán)壽命。但是存在受外界影響大，算法復雜，實時性差等問題。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于恒壓充電片段的鋰離子電池剩余循環(huán)壽命快速檢測方法，能夠?qū)φ谑褂弥械碾姵?如車載電池)進行剩余循環(huán)壽命快速預測，有效提高鋰離子電池剩余循環(huán)壽命預測精度，改善電池的使用和維護效率，延長電池的使用時間，減少鋰離子電池在使用中的突發(fā)失效風險。

一種鋰電池剩余循環(huán)壽命估計方法，包括離線構建電流下降時間對照表和在線預測剩余循環(huán)壽命兩個階段，其中：

所述離線構建電流下降時間對照表階段的具體步驟包括：(1)在實驗室條件下，將鋰電池剩余電量放空，即放電至放電截止電壓；(2)將對鋰電池的恒流恒壓充電至滿然后恒流放電至空作為一個充放電循環(huán)，對多個同型鋰離子電池進行全壽命的充放電循環(huán)實驗，獲取鋰離子電池在各充放電循環(huán)下的恒壓充電階段的數(shù)據(jù)；(3)將鋰離子電池在恒壓充電過程中電流從最大值下降到最小值所經(jīng)歷的電流區(qū)間，等間隔劃分為設定數(shù)量的電流下降區(qū)間；(4)根據(jù)恒壓充電過程的數(shù)據(jù)，獲得電流隨充電時間變化數(shù)據(jù)，確定各電池在各充電循環(huán)中每個電流下降區(qū)間所經(jīng)歷的時間間隔；(5)構建該型電池的全壽命電流下降時間長度分布列表，表中記錄充放電循環(huán)次數(shù)，以及在各充放電循環(huán)次數(shù)下，各電流下降區(qū)間對應的時間間隔；

所述在線預測剩余循環(huán)壽命具體步驟包括：(1)在實際工作環(huán)境下對待檢測的鋰離子電池的充電過程實時監(jiān)測，得到電池充電階段的數(shù)據(jù)；(2)對電池充電階段的數(shù)據(jù)進行處理，得到電池在恒壓充電過程中所經(jīng)歷的電流下降區(qū)間D及其對應的時間間隔t₀；(3)根據(jù)恒壓充電階段的電流下降區(qū)間D選擇所述電流下降時間對照表中與之匹配的電流下降區(qū)間，在該電流下降區(qū)間對應的各時間間隔中選擇與t₀匹配的時間間隔，再確定該匹配的時間間隔對應的充放電循環(huán)次數(shù)，由此確定鋰電池的剩余壽命。

較佳的，在離線構建電流下降時間對照表階段，對每個電流下降區(qū)間根據(jù)試驗中實際測量的各充放電循環(huán)次數(shù)對應的時間間隔數(shù)列，估算其對應的電流下降時間間隔所服從的隨機分布函數(shù)的參數(shù)，即均值和標準差；

在所述在線預測剩余循環(huán)壽命階段，測試得到電流下降區(qū)間D以及對應的時間間隔t₀；當電流下降區(qū)間D正好覆蓋所述對照表中的一個電流下降區(qū)間時，確定該電流下降區(qū)間在各個充電循環(huán)次數(shù)下的均值和標準差然后找到其中一個充放電循環(huán)次數(shù)對應的均值和標準差使得似然函數(shù)取最大值，則找到的這個充放電循環(huán)次數(shù)即為該電池健康狀態(tài)目前等效的充放電循環(huán)數(shù)N₀。

較佳的，在離線構建電流下降時間對照表階段，對每個電流下降區(qū)間根據(jù)試驗中實際測量的各充放電循環(huán)次數(shù)對應的時間間隔數(shù)列，估算其對應的電流下降時間間隔所服從的隨機分布函數(shù)的參數(shù)，即均值和標準差；

在所述在線預測剩余循環(huán)壽命階段，測試得到電流下降區(qū)間D以及對應的時間間隔t₀；當電流下降區(qū)間D包含了不止一個電流下降時間對照表中的電流下降區(qū)間時，根據(jù)正態(tài)分布的可加性,由D所包含的電流下降區(qū)間的分布函數(shù)通過正態(tài)分布加法運算獲得D所對應的均值和標準差其中，第n次循環(huán)下的均值為所包含的該循環(huán)次數(shù)下電流下降區(qū)間的均值之和，第n次循環(huán)的標準差為所包含的該循環(huán)次數(shù)下電流下降區(qū)間的標準差的平方和的開方；根據(jù)測試得到的電流下降時間間隔長度t₀以及計算得到的均值和標準差建立似然函數(shù)采用極大似然判別方法，確定該電池健康狀態(tài)目前等效的充放電循環(huán)數(shù)N₀，即：

較佳的，所述對照表中橫坐標為電流下降區(qū)間的序號，表格縱坐標為充放電循環(huán)次數(shù)，對照表中對應的每個行、列交叉處為在給定電流下降區(qū)間、給定充放電循環(huán)數(shù)時，對應的電流下降時間長度分布函數(shù)的參數(shù)。

較佳的，該鋰離子電池的剩余循環(huán)壽命預測結果為全壽命標稱值N減去該等效循環(huán)數(shù)N₀，剩余壽命的預測值為

較佳的，所述設定數(shù)量的電流下降區(qū)間為>100個。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明所提出的方法，是使用鋰電池CCCV充電過程中的恒壓充電階段數(shù)據(jù)，通過計算電池電流從一個電流水平下降到下一個電流水平所消耗的時間構建電流下降時間對照表，再通過極大似然估計法給出一定置信度下電池的剩余循環(huán)壽命，進而估算出電池的SOH。隨著電池的老化，電池恒壓充電階段所占有的充電量比例逐漸增大，因此恒壓充電階段的數(shù)據(jù)直觀的反映了電池容量的變化，間接反映出電池健康狀態(tài)的變化，能夠進行電池剩余循環(huán)壽命及SOH的預測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明剩余循環(huán)壽命在線快速預測流程圖。

圖2為恒流恒壓充電過程恒壓充電階段電流示意圖,其中是第i個電池第n₁個充電循環(huán)的時間起始點，是第i個電池第n₂個充電循環(huán)的時間起始點；

圖3為本發(fā)明實施中恒壓充電階段曲線電流下降區(qū)間劃分示意圖，[I_k-1,I_k]為第k個電流下降區(qū)間；表示給定電流下降區(qū)間[I_k-1,I_k]時，第i個電池的第n₁個充電循環(huán)試驗中經(jīng)歷的電流下降時間；表示給定電流下降區(qū)間[I_k-1,I_k]時第i個電池的第n₂個充電循環(huán)試驗中經(jīng)歷的電流下降時間(n₁<n₂)，I₀為起始電流，電流下限為0.05I₀。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

本發(fā)明提出的基于恒壓充電曲線電流下降區(qū)間劃分方法、構建電流下降時間長度分布列表庫的預測方法，通過對電池恒壓充電階段的電流下降曲線跟蹤構建對照表，在線應用時只需提取恒壓充電片段數(shù)據(jù)進行簡單的分段處理，無需經(jīng)過訓練即可進行剩余循環(huán)壽命預測，可以在恒壓充電過程中任意一個電流下降區(qū)間段實現(xiàn)剩余循環(huán)壽命在線快速預測。

下面結合附圖對本發(fā)明的實施方式做詳細說明。本發(fā)明采用的方法是以電池充電過程中恒壓充電階段數(shù)據(jù)片段在特定的電流下降區(qū)間所使用的時間長度來估測電池已經(jīng)進行的充放電循環(huán)次數(shù)，進而估算電池的剩余循環(huán)壽命。本發(fā)明具體實施方式采用以下技術方案。它的預測方法包括離線構造對照表和在線預測剩余循環(huán)壽命兩個階段：

第一階段，離線構建電流下降時間對照表。(1)在實驗室條件下(溫度25℃±5℃，相對濕度為15％～90％，大氣壓力為86kPa～106kPa)，將多個同型鋰離子電池以恒流放電的方式將電池的電壓調(diào)整至企業(yè)規(guī)定的放電終止電壓，放電電流設置為1C；(2)對電池進行全壽命充放電實驗，每個充放電循環(huán)采用恒流恒壓充電至滿和恒流放電至空的方式進行，獲取該型鋰離子電池在全壽命中各充電循環(huán)下的恒壓充電階段電流隨充電時間變化數(shù)據(jù)，恒流充電電流設置為I₀，充電截止電流為0.05I₀。(3)以電池進入恒壓充電的時刻為時間起點，記為對電池的恒壓充電電流下降區(qū)間段按照等間隔劃分方法，得到設定數(shù)目M的電流下降區(qū)間(M≥100)，劃分的電流節(jié)點記為I₀，I₁，I₂，…，I_M，其中I₀為恒流充電電流，I_M是充電截至電流，I_M＝0.05I₀；(4)根據(jù)恒壓充電過程記錄的電流隨充電時間變化的數(shù)據(jù)，確定該型電池各個充電循環(huán)在給定的電流下降區(qū)間[I_k-1,I_k]所消耗的時間長度，記為其中上標i表示第i個電池(即電池編號為i)，下標k表示第k個電流下降區(qū)間(k＝1,2,…,M)，下標n表示第n個充放電循環(huán)(n＝1，2，…，N)。根據(jù)數(shù)列可以估算其對應的電流下降時間間隔變量T_k,n所服從的隨機分布參數(shù)(均值μ_k,n和標準差σ_k,n)；(5)根據(jù)每個電流下降區(qū)間時間間隔變量T_k,n服從的隨機分布函數(shù)構建電池全壽命電流下降時間長度分布列表(如表1所示)，表格橫坐標為電流下降區(qū)間序號(1～M)，表格縱坐標為充放電循環(huán)數(shù)(1～N)，表格中對應的每個格子(行列交叉處)為在給定的電流下降區(qū)間[I_k-1,I_k]和充放電循環(huán)數(shù)n時，對應的電流下降時間長度所服從的分布函數(shù)的參數(shù)均值μ_k,n和標準差σ_k,n)。

表1鋰離子電池全壽命等電流下降時間長度分布列表

第二階段，在線預測剩余循環(huán)壽命。具體步驟包括：(1)根據(jù)鋰離子電池在實際工作環(huán)境下實時監(jiān)測得到的恒壓充電階段數(shù)據(jù)序列及其對應的充電電流數(shù)據(jù)序列，提取恒壓充電階段電流數(shù)據(jù)；(2)對恒壓充電階段數(shù)據(jù)進行處理，獲取某個恒壓充電片段所對應的電流下降區(qū)間及在該電流下降區(qū)間經(jīng)歷的時間長度t₀；(3)根據(jù)恒壓充電階段數(shù)據(jù)的電流下降區(qū)間選定離線對照表中的對應列。其中，當正好覆蓋一個電流下降區(qū)間時，則選定的列為列表中對應的電流下降區(qū)間列；

當包含了多個電流下降區(qū)間時，根據(jù)正態(tài)分布的可加性可以由其所包含的電流下降區(qū)間的分布函數(shù)通過正態(tài)分布加法運算獲得所對應的正態(tài)分布參數(shù)(例如，包含了和兩個區(qū)間，則這兩個小區(qū)間合并而成的電流下降區(qū)間所對應的充電時間長度的正態(tài)分布參數(shù)估計結果為即若跨越三個或更多的等電流降小區(qū)間，可采用類似方法得到正態(tài)分布參數(shù)估計)；(4)根據(jù)測試得到的電流下降時間間隔長度t₀，采用極大似然判別方法，確定該電池健康狀態(tài)目前等效的充放電循環(huán)數(shù)N₀，

即N₀是使得似然函數(shù)取到最大值時所對應的循環(huán)數(shù)n，該鋰離子電池的剩余循環(huán)壽命預測結果為全壽命標稱值N減去該等效循環(huán)數(shù)N₀，SOH的預測值為

本發(fā)明提出的等電流下降時間間隔數(shù)據(jù)是表征鋰離子電池健康程度的特征指標，電池老化程度越大，則經(jīng)歷相同的電流下降區(qū)間所需時間越短。

本發(fā)明提出的基于恒壓充電曲線的電流下降區(qū)間劃分方法、構建電流下降時間長度分布列表庫的預測方法，通過對電池恒壓充電階段的電流下降曲線跟蹤構建對照表，在線應用時只需提取恒壓充電片段數(shù)據(jù)進行簡單的分段處理，無需經(jīng)過訓練即可進行剩余循環(huán)壽命預測，可以在恒壓充電過程中任意一個電流下降區(qū)間段實現(xiàn)剩余循環(huán)壽命在線快速預測。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。