本發(fā)明屬于二次電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二次電池的壽命預(yù)測方法，及基于該壽命預(yù)測方法的電源管理方法。

背景技術(shù)：

為各種消費(fèi)電子設(shè)備、動力汽車、動力工具、無人機(jī)、工業(yè)設(shè)備等移動型設(shè)備提供動力的二次電池，如鋰離子電池、鉛酸蓄電池、鎳氫電池等，在開發(fā)、生產(chǎn)過程中會進(jìn)行多項目、多環(huán)境、重復(fù)性的測試驗(yàn)證，以保證其在使用時具有較好的循環(huán)壽命。例如公開號為cn103698710a的中國發(fā)明專利申請以及公開號為cn105068009a的中國發(fā)明專利申請分別公開了在設(shè)定的試驗(yàn)條件下對電池壽命周期進(jìn)行預(yù)測的方法，公開號為cn103399276a的中國發(fā)明專利申請、公開號為cn102353905a的中國發(fā)明專利申請以及公開號為cn102213747a的中國發(fā)明專利申請分別公開了經(jīng)過一定次數(shù)的充放電循環(huán)測試后對電池壽命周期進(jìn)行預(yù)測的方法。

前述幾種方法基于測試數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了對電池容量的估計及壽命的預(yù)測，但由于實(shí)際使用條件千變?nèi)f化，受環(huán)境溫度、使用者習(xí)慣，設(shè)備狀態(tài)等各種因素的影響，前期的測試驗(yàn)證條件難以模擬出電池在實(shí)際使用時的情況，僅依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果無法預(yù)測電池在實(shí)際使用過程中循環(huán)壽命的變化，會出現(xiàn)電池實(shí)際壽命較預(yù)計壽命有較大偏差，從而大幅降低終端客戶的使用感受，甚至因電池使用壽命遠(yuǎn)達(dá)不到客戶心理預(yù)期而招致大規(guī)?？驮V。因此，有必要提出一種依據(jù)電池實(shí)際應(yīng)用狀況對電池壽命進(jìn)行預(yù)測的方法，使預(yù)測結(jié)果最接近電池的實(shí)際壽命情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于電池實(shí)際使用情況對電池壽命進(jìn)行預(yù)測的方法，該方法通過不斷更新、調(diào)整壽命預(yù)測公式，使預(yù)測最接近電池的實(shí)際壽命情況。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種在前述壽命預(yù)測方法基礎(chǔ)上，依據(jù)預(yù)測結(jié)果調(diào)整設(shè)備、電池使用策略以延長電池壽命的電源管理方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

二次電池的壽命預(yù)測方法，包括以下步驟：

步驟一、記錄電池使用過程中每一次充放電循環(huán)后的容量，獲得與循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的電池容量數(shù)據(jù)；

步驟二、設(shè)定擬合曲線取數(shù)周期；

步驟三、獲取擬合曲線取數(shù)周期內(nèi)對應(yīng)的容量趨勢曲線及容量預(yù)測公式；

步驟四、每當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到擬合曲線取數(shù)周期時，重復(fù)步驟三，用新的擬合曲線取數(shù)周期得到的容量趨勢曲線及容量預(yù)測公式代替上一個擬合曲線取數(shù)周期得到的容量趨勢曲線及容量預(yù)測公式，更新容量趨勢曲線及容量預(yù)測公式。

進(jìn)一步的，所述步驟一中采用電池管理單元記錄電池的循環(huán)充放電次數(shù)及對應(yīng)的容量數(shù)據(jù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

基于前述的二次電池的壽命預(yù)測方法的電源管理方法，包括以下步驟：

根據(jù)電池壽命測試試驗(yàn)中得到容量-循環(huán)次數(shù)測試數(shù)據(jù)獲得基礎(chǔ)壽命預(yù)測曲線，將該基礎(chǔ)壽命預(yù)測曲線的衰減系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)衰減系數(shù)；

比較容量趨勢曲線的衰減系數(shù)an和基礎(chǔ)壽命預(yù)測曲線的標(biāo)準(zhǔn)衰減系數(shù)a0，當(dāng)an大于a0超過預(yù)設(shè)閾值p時，對電池的使用情況進(jìn)行調(diào)整；

調(diào)取電池使用記錄，對可能導(dǎo)致電池?fù)p傷的偏好記錄進(jìn)行調(diào)整、糾正，并通過后續(xù)容量趨勢曲線的更新驗(yàn)證調(diào)整、糾正是否有效。

進(jìn)一步的，當(dāng)二次電池為車用動力電池時，預(yù)設(shè)閾值p為3～5％。

進(jìn)一步的，當(dāng)二次電池為消費(fèi)產(chǎn)品電池時，預(yù)設(shè)閾值p為8～10％。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明的二次電池壽命預(yù)測方法基于電池的實(shí)際使用過程中獲得的數(shù)據(jù)來擬合容量趨勢曲線和容量預(yù)測公式，完全依據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行預(yù)測，而且在新的擬合曲線取數(shù)周期內(nèi)根據(jù)最新的電池使用數(shù)據(jù)不斷修正壽命預(yù)測曲線和更新容量預(yù)測公式，可以盡量接近實(shí)際使用狀況，從而更準(zhǔn)確的預(yù)計電池壽命?；谝陨想姵貕勖A(yù)測方法，本發(fā)明提出的一種二次電 池的電源管理方法，依據(jù)容量預(yù)測公式得到的預(yù)測結(jié)果對電池的使用偏好進(jìn)行糾偏及策略調(diào)整，并可根據(jù)最新的電池壽命預(yù)測曲線及容量預(yù)測公式驗(yàn)證此糾正及應(yīng)對調(diào)整是否有效，實(shí)現(xiàn)了不合理使用偏好的糾正及不理想使用環(huán)境的應(yīng)對，以延長電池使用壽命。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做簡單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明電池壽命預(yù)測方法的流程圖；

圖2為電池使用過程中壽命預(yù)測曲線示意圖；

圖3為電池測試試驗(yàn)中容量-循環(huán)次數(shù)曲線及基礎(chǔ)壽命預(yù)測曲線圖；

圖4為采用線性擬合的方式得到的電池的容量趨勢曲線圖；

圖5為采用指數(shù)擬合的方式得到的電池的容量趨勢曲線圖；

圖6為采用多項式擬合的方式得到的電池的容量趨勢曲線圖。

具體實(shí)施方式

為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯，下文特舉本發(fā)明實(shí)施例，并配合所附圖示，做詳細(xì)說明如下。

本發(fā)明方法的基本思路是：在電池的使用過程中，記錄電池每一次充放電循環(huán)后的電池容量，得到與循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的電池容量數(shù)據(jù)，設(shè)定擬合曲線取數(shù)周期，在擬合曲線取數(shù)周期內(nèi)根據(jù)容量與循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)得到容量趨勢曲線，以及容量預(yù)測公式，每當(dāng)電池的充放電循環(huán)次數(shù)達(dá)到擬合曲線取數(shù)周期時就獲得一條新的容量趨勢曲線和新的容量預(yù)測公式，通過不斷更新容量趨勢曲線和容量預(yù)測公式，對電池壽命預(yù)測進(jìn)行修正、調(diào)整，從而使預(yù)測的容量盡量接近電池的實(shí)際容量。

以上是本發(fā)明的核心思想，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其它不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

如圖1所示，本發(fā)明二次電池的壽命預(yù)測方法步驟如下：

步驟一、記錄電池每一次充放電循環(huán)后的容量；可采用電池管理單元(bmu)記錄下電池在使用過程中每一次循環(huán)后的容量，獲得與循環(huán)次數(shù)對應(yīng)的電池容量數(shù)據(jù)；

步驟二、設(shè)定擬合曲線取數(shù)周期；例如將相鄰的20次或30次或50次循環(huán)次數(shù)作為擬合曲線取數(shù)周期；

步驟三、獲取容量趨勢曲線及容量預(yù)測公式；對擬合曲線取數(shù)周期內(nèi)得到容量與循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到容量趨勢曲線以及容量預(yù)測公式，通過容量預(yù)測公式，即可計算出未來某一特定循環(huán)次數(shù)的虛擬容量——即預(yù)測容量；可采用線性擬合或指數(shù)擬合或多變量擬合等方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合等；

步驟四、當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到擬合曲線取數(shù)周期時，重復(fù)步驟三，用新的擬合曲線取數(shù)周期得到的容量趨勢曲線及容量預(yù)測公式代替上一個擬合曲線取數(shù)周期得到的容量趨勢曲線及容量預(yù)測公式，對容量趨勢曲線及容量預(yù)測公式進(jìn)行更新。

下面以一具體實(shí)施例對本發(fā)明的電池壽命預(yù)測方法進(jìn)行詳細(xì)說明：

bmu記錄下電池在使用過程中每一次充放電循環(huán)后的容量；

取50次循環(huán)次數(shù)作為一個擬合曲線取數(shù)周期；

對擬合曲線取數(shù)周期內(nèi)的容量與循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到容量趨勢曲線及容量預(yù)測公式，線性擬合得到的容量趨勢曲線如圖2所示，即在電池實(shí)際使用時，當(dāng)電池充放電循環(huán)次數(shù)達(dá)到50次時，取第一次與第50次循環(huán)的兩點(diǎn)(或第一次至第50次循環(huán)中的多點(diǎn))容量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到第一條容量趨勢曲線——電池壽命預(yù)測曲線1，及第一個容量預(yù)測公式：c＝c0-a1*k，a1為第一條容量趨勢曲線的衰減系數(shù)，c0為電池初始容量，k為循環(huán)次 數(shù)，將容量趨勢曲線進(jìn)行延長可得到未來某一特定循環(huán)次數(shù)的虛擬容量，亦即根據(jù)容量預(yù)測公式即可預(yù)測未來任一循環(huán)次數(shù)時電池的容量；

當(dāng)電池循環(huán)次數(shù)達(dá)到100次時，取第50次與第100次循環(huán)的兩點(diǎn)容量數(shù)據(jù)做線性擬合，得到第二條容量趨勢曲線——電池壽命預(yù)測曲線2，及第二個容量預(yù)測公式：c＝c0-a2*k，a2為第二條容量趨勢曲線的衰減系數(shù)；用新的公式替代上一擬合曲線取數(shù)周期得到的容量預(yù)測公式對電池容量進(jìn)行預(yù)測；

隨著電池的不斷使用，當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到新的擬合曲線循環(huán)周期時，如第150次、第200次……時，根據(jù)新的容量-循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)，重復(fù)獲得容量趨勢曲線及容量預(yù)測公式的步驟，不斷依據(jù)實(shí)際使用情況生成“電池壽命預(yù)測曲線3”，“電池壽命預(yù)測曲線4”……及相應(yīng)公式，根據(jù)最新的實(shí)際循環(huán)使用情況，對壽命預(yù)測曲線進(jìn)行修正，用新的容量預(yù)測公式替代上一擬合曲線循環(huán)周期的容量預(yù)測公式，對容量預(yù)測公式進(jìn)行更新，使其盡量接近實(shí)際情況。

本發(fā)明方法中采用常規(guī)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，采用不同的擬合方法進(jìn)行曲線擬合和公式擬合時，得到的曲線及公式有所區(qū)別。例如圖4所示為采用線性擬合的方式對容量-循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到的曲線圖，線性擬合得到的容量預(yù)測公式為c＝c0-an*k，式中的c為電池預(yù)測容量，c0為電池初始容量，an為第n條容量趨勢曲線的衰減系數(shù)，k為循環(huán)次數(shù)，n＝1,…,n，n為容量趨勢曲線的數(shù)量(即擬合曲線取數(shù)周期的數(shù)量)。圖5所示為采用指數(shù)擬合的方式對容量-循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到的曲線圖，指數(shù)擬合得到的容量預(yù)測公式為c＝c0/an^k。圖6所示為采用多項式擬合的方式對容量-循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到的曲線圖，多項式擬合得到的容量預(yù)測公式為c＝c0-an1k^m1-an2k^m2…annk^mn。容量預(yù)測公式中的an為衰減系數(shù)，曲線的衰減系數(shù)表征了曲線中容量與循環(huán)次數(shù)的相關(guān)性，表明了電池壽命衰減的快慢，線性擬合時衰減系數(shù)為容量趨勢曲線的斜率。

本發(fā)明的二次電池壽命預(yù)測方法是基于電池的實(shí)際使用過程中獲得的數(shù)據(jù)來擬合容量趨勢曲線和容量預(yù)測公式，與現(xiàn)有的壽命預(yù)測方法不同，其數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與電池種類、供應(yīng)商、配方體系及測試方法無關(guān)，完全依據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行預(yù)測，而且在新的擬合曲線取數(shù)周期內(nèi)根據(jù)最新的電池使用數(shù)據(jù)不斷修正壽命預(yù)測曲線和更新容量預(yù)測公式，使其盡量接近實(shí)際使用狀況，以利于更準(zhǔn)確 的預(yù)計電池壽命；本發(fā)明算法相對簡單，對bmu內(nèi)存的占用較小，當(dāng)與互聯(lián)網(wǎng)相連，并進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析后，可以觀測設(shè)備實(shí)際使用時電池的壽命情況，對特殊情況預(yù)警(如壽命快速衰減等)，為未來產(chǎn)品設(shè)計及驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

基于以上電池壽命預(yù)測方法，本發(fā)明還提出了一種二次電池的電源管理方法，依據(jù)容量預(yù)測公式得到的預(yù)測結(jié)果對設(shè)備、電池使用策略進(jìn)行調(diào)整以延長電池使用壽命，方法步驟如下：

根據(jù)電池壽命測試試驗(yàn)中得到容量-循環(huán)次數(shù)測試數(shù)據(jù)獲得基礎(chǔ)壽命預(yù)測曲線，將該基礎(chǔ)壽命預(yù)測曲線的衰減系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)衰減系數(shù)，作為電池壽命衰減判斷的標(biāo)準(zhǔn)；如圖3所示，圖3為根據(jù)電池開發(fā)、設(shè)計工作中在特定測試條件下進(jìn)行的壽命測試試驗(yàn)的測試數(shù)據(jù)得到的曲線圖，根據(jù)試驗(yàn)得到的容量及循環(huán)測試的數(shù)據(jù)同樣采用線性擬合得到基礎(chǔ)壽命預(yù)測曲線0，以及標(biāo)準(zhǔn)衰減系數(shù)a0；基礎(chǔ)壽命預(yù)測曲線的擬合方式與容量趨勢曲線的擬合方式相同，本步驟中電池壽命測試試驗(yàn)采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的測試試驗(yàn)手段，例如使電池在特定條件下充放電若干次，并記錄下對應(yīng)的容量數(shù)據(jù)，根據(jù)容量衰減數(shù)據(jù)得到試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)手段各廠商可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，試驗(yàn)的過程此處不再贅敘；

電池開始使用后，采用本發(fā)明的壽命預(yù)測方法對電池的壽命進(jìn)行預(yù)測，不斷更新依據(jù)實(shí)際使用情況獲得的容量預(yù)測公式及容量趨勢曲線的衰減系數(shù)an；

比較容量趨勢曲線的衰減系數(shù)an和基礎(chǔ)壽命預(yù)測曲線的標(biāo)準(zhǔn)衰減系數(shù)a0，當(dāng)an大于a0超過預(yù)設(shè)閾值p時，說明電池壽命較設(shè)計壽命出現(xiàn)了快速衰減，需要對電池的使用情況進(jìn)行調(diào)整；衰減系數(shù)越大，壽命衰減越快，當(dāng)電池出現(xiàn)快速衰減時，一方面可能是電池本身有瑕疵，另一面可能說明目前的環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、使用習(xí)慣等對電池是有損傷的，需要及時進(jìn)行糾正以避免對電池造成更大的損傷甚至出現(xiàn)安全問題；預(yù)設(shè)閾值p為經(jīng)驗(yàn)值，其根據(jù)設(shè)備種類及對壽命的敏感度、要求高低進(jìn)行設(shè)定，要求高時該幅度可相應(yīng)縮小，例如車用動力電池的預(yù)設(shè)閾值p為3～5％，要求低時該幅度可相應(yīng)增大，例如消費(fèi)產(chǎn)品電池的預(yù)設(shè)閾值p為8～10％等；調(diào)取bmu中存儲的電池使用記錄，對可能導(dǎo)致電池?fù)p傷的偏好記錄進(jìn)行調(diào)整、糾正，并通過后續(xù)容量趨勢曲線的更新驗(yàn)證此調(diào)整、糾正是否有效。

以鋰離子電池為例，高荷電態(tài)(高滿充電壓)，如：大于>80％荷電態(tài)；高溫度，如：大于40℃；高充電電流，如達(dá)到或接近電池充電電路的設(shè)計上限等；均會導(dǎo)致其實(shí)際使用時壽命衰減速度變快，實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的情況及對應(yīng)的可能的調(diào)整策略如下表所示：

鋰離子電池出現(xiàn)壽命快速衰減時的使用記錄及控制策略列表

如上所述，本發(fā)明的電源管理方法基于電池的實(shí)際使用情況對電池的使用偏好進(jìn)行糾偏及策略調(diào)整，并可根據(jù)最新的電池壽命預(yù)測曲線及容量預(yù)測公式驗(yàn)證此糾正及應(yīng)對調(diào)整是否有效，實(shí)現(xiàn)了不合理使用偏好的糾正及不理想使用環(huán)境的應(yīng)對，以盡可能根據(jù)實(shí)際使用情況提升電池循環(huán)壽命。當(dāng)與互聯(lián)網(wǎng)相連，并進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析后，可以了解影響某類電池壽命的關(guān)鍵因素為何，為未來開發(fā)出更理想、更適用的該類設(shè)備的電池提供數(shù)據(jù)支持。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬范圍。