CN112255558B - 电池日历寿命衰减量计算方法及装置 - Google Patents

电池日历寿命衰减量计算方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及车用电池技术领域，公开了一种电池日历寿命衰减量计算方法，所述方法包括：根据电池所处环境的历史年温度变化情况，得到历史环境年温度变化曲线；对历史环境年温度变化曲线进行拟合，得到电池存储时段内的环境温度拟合曲线；利用电池存储时段内的环境温度拟合曲线，计算电池存储时段内电池的电芯温度，得到电池存储时段内的电芯温度变化曲线；利用所述电芯温度变化曲线结合电芯日历寿命衰减因子，计算所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量，从而得到电池的累积日历寿命衰减量。本发明根据历史环境温度得到电池存储时段内的电芯温度，计算电芯日历寿命衰减量，从而得到电池的累积日历寿命衰减量，为电池的容量预测提供方向。

Description

电池日历寿命衰减量计算方法及装置
技术领域
本发明涉及车用电池技术领域，具体而言，涉及一种电池日历寿命衰减量计算方法、一种电池日历寿命衰减量计算装置以及一种存储介质。
背景技术
现阶段电动车得到了广泛应用，电动车电池作为关键部件，电池寿命是评价电池优劣的重要指标之一。电池寿命受使用情况影响，包括存储寿命和循环寿命。存储寿命(即日历寿命)是电池在存放时老化的现象，电池随不同环境温度，其自放电率有不同变化，这对电池的衰减有不同的加速或减慢作用。
在汽车运行过程中，电池管理***BMS会根据电池包容量对其使用功率或SOC预测作出调整。现有的BMS容量估算策略会采取两种计算方式协调：一种是长时间统计，计算电池包充放电对于电池寿命的影响；二是根据在线估测的容量对电池当前容量进行调整，从而制定当前电池包的容量。现有技术对电池循环寿命的研究较多，例如：在汽车充放电过程中，BMS可以根据传感器监测到的电压、SOC、温度和电流等信号，利用统计方法对不同SOC和温度下的电池使用情况进行整理，根据不同SOC和温度对电池的影响速率，判断出电池的循环寿命，得到电池容量衰减率。
然而，电池日历寿命的研究具有较多难点：一是汽车在不断的充放电和存储过程中切换，循环寿命和日历寿命相互影响；二是日历寿命受温度和SOC的影响较大，整车在存储的时候会断电，BMS无法记录存储过程中的温度变化，整车下电后BMS同时下电，无法采集电压、电流、温度等电池信息。目前亟需一种能够准确计算电池的日历寿命衰减量的方法，为电池的容量预测提供方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池日历寿命衰减量计算方法，以准确计算电池的日历寿命衰减量。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种电池日历寿命衰减量计算方法，所述方法包括：
S1)根据电池所处环境的历史年温度变化情况，得到历史环境年温度变化曲线；
S2)对所述历史环境年温度变化曲线进行拟合，得到电池存储时段内的环境温度拟合曲线；
S3)利用所述电池存储时段内的环境温度拟合曲线，计算所述电池存储时段内电池的电芯温度，得到所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线；
S4)利用所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线结合电芯日历寿命衰减因子，计算所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量，根据所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量计算所述电池的累积日历寿命衰减量。
进一步地，步骤S4)利用所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线结合电芯日历寿命衰减因子，计算所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量，根据所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量计算所述电池的累积日历寿命衰减量，包括：
S41)根据所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线进行所述电池存储时段内的电芯温度的时间统计，得到所述电池存储时段内各电芯温度的时间长度值，其中每一电芯温度均对应有电芯日历寿命衰减因子；
S42)将各电芯温度的时间长度值分别乘以对应的电芯日历寿命衰减因子，得到各电芯温度对应的电芯日历寿命衰减量，将各电芯温度对应的电芯日历寿命衰减量累计相加得到所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量；
S43)根据所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量计算所述电池的累积日历寿命衰减量。
进一步地，步骤S1)根据电池所处环境的历史年温度变化情况，得到历史环境年温度变化曲线，包括：
根据电池所处环境的历史年温度变化情况，计算每月最高温度平均值和每月最低温度平均值，得到历史环境年温度变化曲线。
进一步地，步骤S2)所述对所述历史环境年温度变化曲线进行拟合，得到电池存储时段内的环境温度拟合曲线，包括：
根据所述历史环境年温度变化曲线，按照时间维度进行线性插值计算，得到所述电池存储时段内每日最高温度平均值和每日最低温度平均值，从而得到电池存储时段内的环境温度拟合曲线。
进一步地，步骤S3)所述利用所述电池存储时段内的环境温度拟合曲线，计算所述电池存储时段内电池的电芯温度，得到所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线，包括：
利用所述电池存储时段内的环境温度拟合曲线，得到所述电池存储时段内的环境温度Ta，利用以下公式计算所述电池存储时段内所述电池的电芯温度Tc，得到所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线；
Figure BDA0002352450370000031
Pcool＝(Tc-Ta)/Rth
其中，To为电芯初始温度，Pcool为电芯散热功率，dt为存储时间，σ为电芯比热容，m为电芯质量，Rth为电芯热阻。
进一步地，所述电池存储时段内的环境温度拟合曲线的计算公式为：
Td＝(Td1-Td2)*sin(D*π/12-π)+(Td1-Td2)/2
其中，Td1为所述每日最高温度平均值，Td2为所述每日最低温度平均值，D为一年中第1天至第365天的数组。
进一步地，在步骤S1)之前，所述方法还包括：
确定所述电池是否处于存储工况。
进一步地，所述确定所述电池是否处于存储工况，包括：
获取所述电池的下电时刻以及所述电池的再次充电/放电时刻，判断所述下电时刻至所述再次充电/放电时刻之间的时间间隔是否大于预设时间，若是，则判断所述电池处于存储工况。
本发明第二方面提供一种电池日历寿命衰减量计算装置，所述装置包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序指令；
所述处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现上述的电池日历寿命衰减量计算方法。
本发明第三方面提供一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述的电池日历寿命衰减量计算方法。
本发明实施方式根据历史环境温度曲线拟合得到精确到每小时的温度拟合曲线，得到BMS无法测量的存储时段内的温度变化；利用环境温度与电芯温度的关系，根据环境温度拟合曲线计算得到电池存储时段内的电芯温度，利用电芯温度与电芯日历寿命衰减因子的对应关系，计算得到存储时段内电芯日历寿命衰减量，从而计算电池的累积日历寿命衰减量，为电池的容量预测提供方向。本发明的方法可以统计因日历寿命给电池带来的容量衰减，使电池寿命的计算更准确。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式提供的电池日历寿命衰减量计算方法的流程图；
图2是本发明一种实施方式提供的历史环境年温度变化曲线图；
图3是本发明一种实施方式提供的历史环境月平均温度变化曲线图；
图4是本发明一种实施方式提供的环境温度拟合曲线图；
图5是本发明一种实施方式提供的电芯温度随环境温度的变化曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是本发明一种实施方式提供的电池日历寿命衰减量计算方法的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的一种电池日历寿命衰减量计算方法，包括以下步骤：
S1)根据电池所处环境的历史年温度变化情况，得到历史环境年温度变化曲线。
图2是本发明一种实施方式提供的历史环境年温度变化曲线图；图3是本发明一种实施方式提供的历史环境月平均温度变化曲线图。
根据如图2所示的历史年温度变化曲线，计算得到每月最高温度平均值和每月最低温度平均值，得到如图3所示的历史环境月平均温度变化曲线。
S2)对所述历史环境年温度变化曲线进行拟合，得到电池存储时段内的环境温度拟合曲线。
利用如图3所示的历史环境月平均温度变化曲线按照时间维度进行线性插值计算，得到存储时段内每日最高温度平均值和每日最低温度平均值，利用以下公式拟合得到环境温度拟合曲线。
Td＝(Td1-Td2)*sin(D*π/12-π)+(Td1-Td2)/2
其中，Td1为所述每日最高温度平均值，Td2为所述每日最低温度平均值，D为一年中第1天至第365天的数组。
图4是本发明一种实施方式提供的环境温度拟合曲线图，图4所示是Td1为1℃、Td2为-1℃的一日24小时的温度拟合曲线。
S3)利用所述电池存储时段内的环境温度拟合曲线，计算所述电池存储时段内电池的电芯温度，得到所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线。
利用所述电池存储时段内的环境温度拟合曲线，得到所述电池存储时段内的环境温度Ta，利用以下公式计算所述电池存储时段内所述电池的电芯温度Tc，得到所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线；
Figure BDA0002352450370000061
Pcool＝(Tc-Ta)/Rth
其中，To为电芯初始温度，Pcool为电芯散热功率，dt为存储时间，σ为电芯比热容，m为电芯质量，Rth为电芯热阻。
图5是本发明一种实施方式提供的电芯温度随环境温度的变化曲线图。步骤S3)得到的电芯温度变化曲线如图5所示。
S4)利用所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线结合电芯日历寿命衰减因子，计算所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量，根据所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量计算所述电池的累积日历寿命衰减量。
步骤S4)包括以下子步骤：
S41)根据所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线进行所述电池存储时段内的电芯温度的时间统计，得到所述电池存储时段内各电芯温度的时间长度值，其中每一电芯温度均对应有电芯日历寿命衰减因子。
例如，统计24小时内电芯温度的分布，其中-1℃至0℃的时间为10小时，0℃至1℃的时间为14小时。
S42)将各电芯温度的时间长度值分别乘以对应的电芯日历寿命衰减因子，得到各电芯温度对应的电芯日历寿命衰减量，将各电芯温度对应的电芯日历寿命衰减量累计相加得到所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量。
例如，电芯温度为-1℃至0℃时对应的电芯日历寿命衰减因子为P1，该温度对应的电芯日历寿命衰减量为10*P1；电芯温度为0℃至1℃时对应的电芯日历寿命衰减因子为P2，该温度对应的电芯日历寿命衰减量为14*P2，24小时内的电芯日历寿命衰减量为10*P1+14*P2。
S43)根据所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量计算所述电池的累积日历寿命衰减量。例如，计算电子管理***BMS离线时段内的电芯日历寿命衰减量，从而计算得到电池的累积日历寿命衰减量。
可选的，在步骤S1)之前，所述方法还包括：确定所述电池是否处于存储工况。获取所述电池的下电时刻以及所述电池的再次充电/放电时刻，判断所述下电时刻至所述再次充电/放电时刻之间的时间间隔是否大于预设时间，若是，则判断所述电池处于存储工况。例如，获取电池下电时的时间t1以及电池再次充电/放电的时间t2，判断电池下电至再次充电/放电的时间间隔(t2-t1)是否大于预设时间tn(例如60分钟)，若t2-t1＞tn，则电池为存储工况。
电池包是一个封闭的电器件，无法测量其环境温度。本发明实施方式根据历史环境温度曲线拟合得到精确到每小时的温度拟合曲线，得到BMS无法测量的存储时段内的温度变化；利用环境温度与电芯温度的关系，根据环境温度拟合曲线计算得到电池存储时段内的电芯温度，利用电芯温度与电芯日历寿命衰减因子的对应关系，计算得到存储时段内电芯日历寿命衰减量，从而得到电池的累积日历寿命衰减量，为电池的容量预测提供方向。
本发明实施方式还提供一种电池日历寿命衰减量计算装置，所述装置包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序指令；
所述处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现上述的电池日历寿命衰减量计算方法。
本发明实施方式还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述的电池日历寿命衰减量计算方法。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (8)

1.一种电池日历寿命衰减量计算方法，其特征在于，所述方法包括：
S1)根据电池所处环境的历史年温度变化情况，得到历史环境年温度变化曲线；
S2)对所述历史环境年温度变化曲线进行拟合，得到电池存储时段内的环境温度拟合曲线，所述环境温度拟合曲线的计算公式为：
Td＝(Td1-Td2)*sin(D*π/12-π)+(Td1-Td2)/2，其中，Td1为每日最高温度平均值，Td2为每日最低温度平均值，D为一年中第1天至第365天的数组；
S3)利用所述电池存储时段内的环境温度拟合曲线，计算所述电池存储时段内电池的电芯温度，得到所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线；
S4)利用所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线结合电芯日历寿命衰减因子，计算所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量，根据所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量计算所述电池的累积日历寿命衰减量，具体包括：
S41)根据所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线进行所述电池存储时段内的电芯温度的时间统计，得到所述电池存储时段内各电芯温度的时间长度值，其中每一电芯温度均对应有电芯日历寿命衰减因子；
S42)将各电芯温度的时间长度值分别乘以对应的电芯日历寿命衰减因子，得到各电芯温度对应的电芯日历寿命衰减量，将各电芯温度对应的电芯日历寿命衰减量累计相加得到所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量；
S43)根据所述电池存储时段内的电芯日历寿命衰减量计算所述电池的累积日历寿命衰减量。
2.根据权利要求1所述的电池日历寿命衰减量计算方法，其特征在于，步骤S1)根据电池所处环境的历史年温度变化情况，得到历史环境年温度变化曲线，包括：
根据电池所处环境的历史年温度变化情况，计算每月最高温度平均值和每月最低温度平均值，得到历史环境年温度变化曲线。
3.根据权利要求2所述的电池日历寿命衰减量计算方法，其特征在于，步骤S2)所述对所述历史环境年温度变化曲线进行拟合，得到电池存储时段内的环境温度拟合曲线，包括：
根据所述历史环境年温度变化曲线，按照时间维度进行线性插值计算，得到所述电池存储时段内每日最高温度平均值和每日最低温度平均值，从而得到电池存储时段内的环境温度拟合曲线。
4.根据权利要求3所述的电池日历寿命衰减量计算方法，其特征在于，步骤S3)所述利用所述电池存储时段内的环境温度拟合曲线，计算所述电池存储时段内电池的电芯温度，得到所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线，包括：
利用所述电池存储时段内的环境温度拟合曲线，得到所述电池存储时段内的环境温度Ta，利用以下公式计算所述电池存储时段内所述电池的电芯温度Tc，得到所述电池存储时段内的电芯温度变化曲线；
Figure FDA0004151807710000021
Pcool＝(Tc-Ta)/Rth
其中，To为电芯初始温度，Pcool为电芯散热功率，dt为存储时间，σ为电芯比热容，m为电芯质量，Rth为电芯热阻。
5.根据权利要求1所述的电池日历寿命衰减量计算方法，其特征在于，在步骤S1)之前，所述方法还包括：
确定所述电池是否处于存储工况。
6.根据权利要求5所述的电池日历寿命衰减量计算方法，其特征在于，所述确定所述电池是否处于存储工况，包括：
获取所述电池的下电时刻以及所述电池的再次充电/放电时刻，判断所述下电时刻至所述再次充电/放电时刻之间的时间间隔是否大于预设时间，若是，则判断所述电池处于存储工况。
7.一种电池日历寿命衰减量计算装置，其特征在于，所述装置包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序指令；
所述处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现权利要求1-6中任一项所述的电池日历寿命衰减量计算方法。
8.一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的电池日历寿命衰减量计算方法。
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