本發(fā)明屬于電池存儲(chǔ)相關(guān)，更具體地，涉及一種鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池是一個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)變的電化學(xué)系統(tǒng)，鋰離子電池循環(huán)消耗內(nèi)部活性物質(zhì)，隨著使用時(shí)長的增加，鋰電池會(huì)發(fā)生容量退化的現(xiàn)象。當(dāng)電池容量衰退到一定程度后，會(huì)發(fā)生容量跳水，即電池的容量突然加速衰退，在較短的時(shí)間內(nèi)衰退至壽命終止。突然的容量跳水會(huì)破壞電池的使用計(jì)劃，甚至導(dǎo)致大型設(shè)備無法運(yùn)行，帶來無法預(yù)計(jì)的損失。因此，在線預(yù)警鋰電池跳水點(diǎn)的出現(xiàn)很有必要。

2、現(xiàn)有的跳水點(diǎn)預(yù)警研究主要采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，利用采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如電流電壓等，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)跳水點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。然而，這種方法需要大量的歷史數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，針對(duì)不同的電池，需要重新訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，過程較為復(fù)雜，且可解釋性不強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法及其系統(tǒng)，其目的在于提供一種具有物理可解釋性的在線預(yù)警方法，能夠通過簡單的方法實(shí)現(xiàn)電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法，其包括：

3、步驟s1：結(jié)合固體電解質(zhì)界面膜生長導(dǎo)致的容量損失和鋰鍍導(dǎo)致的容量損失，構(gòu)建反應(yīng)電池容量損失隨時(shí)間變化趨勢(shì)的混合模型；

4、步驟s2：獲取電池早期循環(huán)的總放電容量損失作為擬合數(shù)據(jù)，所述早期循環(huán)為未發(fā)生鋰鍍的時(shí)期，利用所述擬合數(shù)據(jù)對(duì)所述混合模型進(jìn)行擬合，確定所述混合模型的參數(shù)；

5、步驟s3：以擬合后的混合模型的輸出作為固體電解質(zhì)界面膜導(dǎo)致的理論容量損失，滑動(dòng)時(shí)間窗口，獲取每個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)不同充放電循環(huán)周期的理論容量損失和真實(shí)放電容量損失并計(jì)算理論容量損失和真實(shí)放電容量損失之間的線性相關(guān)方程的斜率，得到斜率的時(shí)間序列；

6、步驟s4：計(jì)算斜率的一階自相關(guān)系數(shù)，當(dāng)一階自相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)極小值時(shí)，發(fā)出跳水預(yù)警。

7、在一些實(shí)施例中，在步驟s1中，固體電解質(zhì)界面膜生長導(dǎo)致的容量損失的表達(dá)式為：

8、

9、式中，qsei為固體電解質(zhì)界面膜生長導(dǎo)致的容量損失，asei,gr和bsei,gr分別為對(duì)應(yīng)項(xiàng)的未知系數(shù)，t為電池充放電循環(huán)時(shí)間。

10、在一些實(shí)施例中，在步驟s1中，所述混合模型的表達(dá)式為：

11、

12、式中，t為電池充放電循環(huán)時(shí)間，a、b分別為待擬合的未知參數(shù)。

13、在一些實(shí)施例中，在步驟s2中，所述獲取電池早期循環(huán)的總放電容量損失作為擬合數(shù)據(jù)，包括，獲取電池前50個(gè)充放電循環(huán)的總放電容量損失作為擬合數(shù)據(jù)。

14、在一些實(shí)施例中，在步驟s3中，每個(gè)所述時(shí)間窗口包含長度為100個(gè)充放電循環(huán)周期的容量損失數(shù)據(jù)，所述時(shí)間窗口的移動(dòng)步長為一個(gè)充放電循環(huán)周期。

15、在一些實(shí)施例中，在步驟s4中，計(jì)算所述一階自相關(guān)系數(shù)的公式為：

16、

17、式中，ρ1是一階自相關(guān)系數(shù)，yt是斜率信號(hào)在時(shí)間t的斜率值，是斜率信號(hào)斜率均值，t為是斜率信號(hào)的總觀測(cè)數(shù)。

18、在一些實(shí)施例中，所述電池為磷酸鐵鋰電池。

19、按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警系統(tǒng)，其包括：

20、混合模型構(gòu)建單元，用于結(jié)合固體電解質(zhì)界面膜生長導(dǎo)致的容量損失和鋰鍍導(dǎo)致的容量損失，構(gòu)建反應(yīng)電池容量損失隨時(shí)間變化趨勢(shì)的混合模型；

21、擬合單元，用于獲取電池早期循環(huán)的總放電容量損失作為擬合數(shù)據(jù)，所述早期循環(huán)為未發(fā)生鋰鍍的時(shí)期，利用所述擬合數(shù)據(jù)對(duì)所述混合模型進(jìn)行擬合，確定所述混合模型的參數(shù)；

22、斜率計(jì)算單元，用于以擬合后的混合模型的輸出作為固體電解質(zhì)界面膜導(dǎo)致的理論容量損失，滑動(dòng)時(shí)間窗口，獲取每個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)不同充放電循環(huán)周期的理論容量損失和真實(shí)放電容量損失并計(jì)算理論容量損失和真實(shí)放電容量損失之間的線性相關(guān)方程的斜率，得到斜率的時(shí)間序列；

23、相關(guān)度計(jì)算單元，用于計(jì)算斜率的一階自相關(guān)系數(shù)，當(dāng)一階自相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)極小值時(shí)，發(fā)出跳水預(yù)警。

24、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

25、按照本發(fā)明的再一個(gè)方面，還提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序或指令，所述計(jì)算機(jī)程序或指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

26、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法及其系統(tǒng)主要具有以下有益效果：

27、1.本發(fā)明構(gòu)建電池容量損失隨時(shí)間變化的混合模型，電池容量損失主要是由sei膜生長和鋰鍍所導(dǎo)致的容量損失，因此，同時(shí)考慮以上兩種因素導(dǎo)致的容量損失所構(gòu)建而成的混合模型，其準(zhǔn)確度較高。該混合模型實(shí)際是參數(shù)未知的關(guān)系式，因此，獲取電池的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可以確定混合模型的參數(shù)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，sei膜生長導(dǎo)致的實(shí)際容量損失與總實(shí)際容量損失近似線性相關(guān)。利用此規(guī)律，本發(fā)明利用鋰電池早期循環(huán)數(shù)據(jù)對(duì)混合模型進(jìn)行擬合以確定參數(shù)，由于鋰電池早期循環(huán)中，sei膜生長是導(dǎo)致容量衰退的主要因素，因此，擬合后的混合模型的輸出可以近似認(rèn)為是sei膜生長導(dǎo)致的理論容量損失。在線計(jì)算不同時(shí)間窗口下混合模型輸出的理論容量損失與sei膜生長導(dǎo)致的實(shí)際容量損失之間的線性相關(guān)方程斜率，并計(jì)算相鄰時(shí)間窗口所得斜率的一階自相關(guān)系數(shù)，在沒有鋰鍍發(fā)生前，理論容量損失與實(shí)際sei膜生長導(dǎo)致的容量損失成線性相關(guān)關(guān)系，一階自相關(guān)系數(shù)在一定的區(qū)間內(nèi)波動(dòng)或者基本不變，當(dāng)鋰鍍發(fā)生后，會(huì)導(dǎo)致相關(guān)性降低，從而使得一階自相關(guān)系數(shù)下降。鋰鍍是導(dǎo)致容量跳水的主要原因，鋰鍍發(fā)生后不久，電池容量會(huì)出現(xiàn)跳水現(xiàn)象。因此，本發(fā)明把一階自相關(guān)系數(shù)達(dá)到極值作為預(yù)警標(biāo)志，可以通過簡單的方法實(shí)現(xiàn)鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警，而且，由于該方法是基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢矸治鏊?，因此也具有較強(qiáng)得物理可解釋性。

28、2.在優(yōu)選實(shí)施例中，提供了一種sei膜生長導(dǎo)致的容量損失的經(jīng)驗(yàn)公式，該公式能夠較為準(zhǔn)確地反應(yīng)sei膜生長導(dǎo)致的容量損失，如此，可以提高混合模型地準(zhǔn)確度。

29、3.在優(yōu)選實(shí)施例中，提供了一種混合模型的具體表達(dá)式，該混合模型可以很好地?cái)M合數(shù)據(jù)集中的電池總?cè)萘糠烹姅?shù)據(jù)，準(zhǔn)確度較高。

技術(shù)特征：

1.一種鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法，其特征在于，在步驟s1中，固體電解質(zhì)界面膜生長導(dǎo)致的容量損失的表達(dá)式為：

3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法，其特征在于，在步驟s1中，所述混合模型的表達(dá)式為：

4.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法，其特征在于，在步驟s2中，所述獲取電池早期循環(huán)的總放電容量損失作為擬合數(shù)據(jù)，包括，獲取電池前50個(gè)充放電循環(huán)的總放電容量損失作為擬合數(shù)據(jù)。

5.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法，其特征在于，在步驟s3中，每個(gè)所述時(shí)間窗口包含長度為100個(gè)充放電循環(huán)周期的容量損失數(shù)據(jù)，所述時(shí)間窗口的移動(dòng)步長為一個(gè)充放電循環(huán)周期。

6.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法，其特征在于，在步驟s4中，計(jì)算所述一階自相關(guān)系數(shù)的公式為：

7.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法，其特征在于，所述電池為磷酸鐵鋰電池。

8.一種鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序或指令，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序或指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電池存儲(chǔ)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警方法及其系統(tǒng)，方法包括：結(jié)合SEI膜生長導(dǎo)致的容量損失和鋰鍍導(dǎo)致的容量損失，構(gòu)建反應(yīng)電池容量損失隨時(shí)間變化趨勢(shì)的混合模型；獲取電池早期循環(huán)的總放電容量損失數(shù)據(jù)對(duì)混合模型進(jìn)行擬合，確定混合模型的參數(shù)；以混合模型的輸出作為固體電解質(zhì)界面膜導(dǎo)致的理論容量損失，滑動(dòng)時(shí)間窗口，獲取每個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)理論容量損失和真實(shí)放電容量損失之間的線性相關(guān)方程的斜率；計(jì)算斜率的一階自相關(guān)系數(shù)，當(dāng)一階自相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)極小值時(shí)，發(fā)出跳水預(yù)警。本發(fā)明可以通過簡單的方法實(shí)現(xiàn)鋰離子電池跳水點(diǎn)的在線預(yù)警，而且具有較強(qiáng)得物理可解釋性。

技術(shù)研發(fā)人員：黃云輝,楊超穎,馬貴君,袁燁
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21