本發(fā)明涉及鋰離子電池健康狀態(tài)評(píng)估，具體為一種通過(guò)數(shù)據(jù)融合模型對(duì)電動(dòng)汽車鋰離子電池的在線健康狀態(tài)評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球汽車產(chǎn)業(yè)向電動(dòng)化轉(zhuǎn)型加速，電動(dòng)汽車市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)迅猛擴(kuò)張。鋰離子電池因其具有高電壓、高比能量以及長(zhǎng)循環(huán)壽命等卓越特性，成為了電動(dòng)汽車的主流動(dòng)力源選擇。它不僅為電動(dòng)汽車提供了強(qiáng)勁的動(dòng)力支持，還在很大程度上決定了電動(dòng)汽車的性能表現(xiàn)，如續(xù)航里程、加速性能等，有力地推動(dòng)了電動(dòng)汽車在全球范圍內(nèi)的廣泛普及與應(yīng)用。鋰離子電池在電動(dòng)汽車中的安全性至關(guān)重要，鋰離子電池健康狀態(tài)不佳可能導(dǎo)致諸如過(guò)熱、短路甚至起火爆炸等嚴(yán)重安全問(wèn)題。準(zhǔn)確評(píng)估鋰離子電池健康狀態(tài)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患，采取相應(yīng)措施，如調(diào)整充電策略、限制鋰離子電池功率輸出或及時(shí)發(fā)出警報(bào)，從而確保電動(dòng)汽車的安全運(yùn)行，保護(hù)駕乘人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2、目前，公開號(hào)為cn115236512a的現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)計(jì)算鋰離子電池的soh(stateof health，鋰離子電池健康狀態(tài))以確定鋰離子電池狀態(tài)的方法通常通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法提取用于計(jì)算soh的理想工況下的特征，從而對(duì)鋰離子電池的soh進(jìn)行計(jì)算得到鋰離子電池狀態(tài)，這種實(shí)際工況與理想工況的巨大差異使得基于理想工況數(shù)據(jù)建立的評(píng)估模型難以準(zhǔn)確反映鋰離子電池在真實(shí)使用場(chǎng)景中的健康狀態(tài)，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度較低。

3、本方法通過(guò)在20-30km/h速度工況下收集數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，這一速度區(qū)間在電動(dòng)汽車日常行駛中較為常見，更貼近實(shí)際使用情況，相較于高速行駛(如超過(guò)100km/h)時(shí)，鋰離子電池面臨的瞬間高功率輸出需求較小，從而減少了因高電流沖擊導(dǎo)致的鋰離子電池內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)變化等干擾因素對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響，這種相對(duì)穩(wěn)定的工況使得采集到的鋰離子電池電壓、電流、內(nèi)阻數(shù)據(jù)更能準(zhǔn)確反映鋰離子電池在正常運(yùn)行狀態(tài)下的性能表現(xiàn)，更符合實(shí)際使用中的參數(shù)特征，有助于提高評(píng)估結(jié)果的實(shí)用性和可靠性。

4、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供通過(guò)數(shù)據(jù)融合模型對(duì)電動(dòng)汽車鋰離子電池的在線健康狀態(tài)評(píng)估方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種通過(guò)數(shù)據(jù)融合模型對(duì)電動(dòng)汽車鋰離子電池的在線健康狀態(tài)評(píng)估方法，具體步驟包括：

4、步驟1：預(yù)先設(shè)定速度區(qū)間作為監(jiān)測(cè)區(qū)間，當(dāng)車輛處于行駛狀態(tài)且首次進(jìn)入該監(jiān)測(cè)區(qū)間時(shí)，以相同的時(shí)間間隔持續(xù)獲取電動(dòng)汽車的特征數(shù)據(jù)，直至車輛首次離開該監(jiān)測(cè)區(qū)間，將此區(qū)間內(nèi)獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建特征數(shù)據(jù)表，所述特征數(shù)據(jù)包括鋰離子電池的電壓、放電電流和內(nèi)阻；

5、步驟2：提取特征數(shù)據(jù)表獲取鋰離子電池的額定電壓、額定放電電流和額定內(nèi)阻數(shù)據(jù)，記錄電壓最大值與最小值，放電電流和內(nèi)阻的最大值數(shù)據(jù)，對(duì)電壓、放電電流和內(nèi)阻數(shù)據(jù)分別計(jì)算平均值；

6、步驟3：通過(guò)額定電壓、電壓平均值、電壓最大值與最小值構(gòu)建電壓健康因子，通過(guò)額定放電電流、放電電流平均值和放電電流最小值構(gòu)建電流健康因子，通過(guò)額定內(nèi)阻、內(nèi)阻最大值和平均內(nèi)阻構(gòu)建內(nèi)阻健康因子；

7、步驟4：基于電壓健康因子、電流健康因子和內(nèi)阻健康因子，采用加權(quán)平均算法得出綜合健康指數(shù)，分別計(jì)算放電電流、電壓、內(nèi)阻的方差；

8、步驟5：設(shè)定健康指數(shù)閾值，分別設(shè)定放電電流、電壓、內(nèi)阻的方差閾值，將綜合健康指數(shù)與健康指數(shù)閾值比較，并分別將放電電流、電壓、內(nèi)阻的方差與對(duì)應(yīng)的方差閾值比較，依據(jù)比較結(jié)果綜合判斷鋰離子電池的健康狀態(tài)。

9、進(jìn)一步地，針對(duì)處于預(yù)先設(shè)定速度區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行時(shí)段，記錄鋰離子電池在該時(shí)段內(nèi)的特征數(shù)據(jù)包括以下步驟：

10、設(shè)定要監(jiān)測(cè)的速度區(qū)間為：ufw∈[20，30]，ufw表示待評(píng)估電動(dòng)汽車的實(shí)時(shí)速度，時(shí)間間隔為：δt＝2s，在電動(dòng)汽車啟動(dòng)并開始行駛后，當(dāng)車速首次達(dá)到20km/h時(shí)開始，以2s的時(shí)間間隔采集電壓、放電電流和內(nèi)阻數(shù)據(jù)，直至車速低于20km/h或者超過(guò)30km/h時(shí)停止數(shù)據(jù)采集。

11、進(jìn)一步地，對(duì)電壓、放電電流和內(nèi)阻數(shù)據(jù)分別計(jì)算平均值的方法為：

12、從特征數(shù)據(jù)表中提取每個(gè)時(shí)間間隔下的電壓、放電電流和內(nèi)阻數(shù)據(jù)，計(jì)算電壓平均值：

13、

14、式中，vavg表示為電壓平均值，n表示為時(shí)間間隔數(shù)，即記錄鋰離子電池特征數(shù)據(jù)的次數(shù)，vi表示為第i個(gè)時(shí)間間隔下采集到的電壓值，i＝1，2，3，…，n，n為≥10的正整數(shù)，即數(shù)據(jù)采集持續(xù)時(shí)間不足10s(n<10)，則此次采集數(shù)據(jù)不參與健康狀態(tài)評(píng)估計(jì)算，需等待車輛再次進(jìn)入監(jiān)測(cè)速度區(qū)間且采集時(shí)長(zhǎng)達(dá)到10s及以上方可進(jìn)行評(píng)估計(jì)算；

15、計(jì)算放電電流平均值：

16、

17、式中，iavg表示為放電電流平均值，ii表示為第i個(gè)時(shí)間間隔下采集到的放電電流值；

18、計(jì)算內(nèi)阻平均值：

19、

20、式中，ravg表示為內(nèi)阻平均值，ri表示為第i個(gè)時(shí)間間隔下采集到的內(nèi)阻值。

21、進(jìn)一步地，構(gòu)建電壓健康因子、電流健康因子和內(nèi)阻健康因子的方法為：

22、通過(guò)額定電壓、電壓平均值、電壓最大值與最小值構(gòu)建電壓健康因子：

23、

24、式中，vrated表示為鋰離子電池的額定電壓，kv1，kv2為權(quán)重系數(shù)，且kv1>kv2>0；

25、通過(guò)額定放電電流、放電電流平均值和放電電流最小值構(gòu)建電流健康因子：

26、

27、式中，irated表示為鋰離子電池的額定放電電流，ki1，ki2為權(quán)重系數(shù)，且ki1>ki2>0，imin表示為放電電流最小值；

28、通過(guò)額定內(nèi)阻、內(nèi)阻最大值和平均內(nèi)阻構(gòu)建內(nèi)阻健康因子：

29、

30、式中，rrated表示為鋰離子電池的額定內(nèi)阻，kr1，kr2為權(quán)重系數(shù)，且kr1>kr2>0，rmax表示為內(nèi)阻最大值。

31、進(jìn)一步地，采用加權(quán)平均算法得出綜合健康指數(shù)的方法為：

32、為電壓健康因子、電流健康因子和內(nèi)阻健康因子分配相應(yīng)的權(quán)重：ωv、ωi和ωr，且ωv>ωi＝ωr，ωv+ωi+ωr＝1，采用加權(quán)平均算法，構(gòu)建綜合健康指數(shù)公式：

33、h＝ωv·fv+ωi·fi+ωr·fr。

34、進(jìn)一步地，分別計(jì)算放電電流、電壓、內(nèi)阻的方差的方法為：

35、構(gòu)建電壓方差公式：

36、

37、式中，表示為電壓方差；

38、構(gòu)建放電電流方差公式：

39、

40、式中，表示為放電電流方差；

41、構(gòu)建內(nèi)阻方差公式：

42、

43、式中，表示為內(nèi)阻方差。

44、進(jìn)一步地，判斷鋰離子電池的健康狀態(tài)的方法為：

45、預(yù)先設(shè)定良好狀態(tài)健康指數(shù)閾值為h1，臨界健康狀態(tài)健康指數(shù)閾值為h2，且h1>h2>0，電壓方差閾值為tv，放電電流方差閾值為ti，內(nèi)阻方差閾值為tr；

46、當(dāng)h≥h1時(shí)，賦值為3，當(dāng)h1>h>h2時(shí)，賦值為2，當(dāng)h≤h2時(shí)，賦值為1；

47、對(duì)于每個(gè)特征數(shù)據(jù)的方差，如果方差小于閾值，賦值為1，如果方差大于等于閾值，賦值為0，即：

48、當(dāng)賦值為0，當(dāng)賦值為1；

49、當(dāng)賦值為0，當(dāng)賦值為1；

50、當(dāng)賦值為0，當(dāng)賦值為1；

51、構(gòu)建綜合評(píng)分公式：

52、stotal＝hscore+svscore+siscore+srscore

53、式中，stotal表示為綜合評(píng)分，hscore表示為健康指數(shù)的得分，svscore表示為電壓方差的得分，siscore表示為放電電流方差的得分，srscore表示為內(nèi)阻方差的得分；

54、當(dāng)綜合評(píng)分為6，判斷鋰離子電池的健康狀態(tài)處于正常狀態(tài)；當(dāng)綜合評(píng)分為5，判斷鋰離子電池的健康狀態(tài)處于亞健康狀態(tài)；當(dāng)綜合評(píng)分小于等于4，判斷鋰離子電池的健康狀態(tài)處于故障狀態(tài)。

55、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

56、本發(fā)明預(yù)先設(shè)定速度區(qū)間作為監(jiān)測(cè)區(qū)間來(lái)采集鋰離子電池特征數(shù)據(jù)，使得電動(dòng)汽車運(yùn)行狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定的情況下收集電壓、放電電流和內(nèi)阻，避免因車輛頻繁啟停、急加速急剎車以及高速行駛時(shí)的極端工況對(duì)數(shù)據(jù)采集的干擾。獲取鋰離子電池的額定參數(shù)，并結(jié)合采集到的特征數(shù)據(jù)構(gòu)建了電壓健康因子、電流健康因子和內(nèi)阻健康因子，從多個(gè)角度對(duì)鋰離子電池性能進(jìn)行了量化評(píng)估，避免了僅依靠單一參數(shù)評(píng)估導(dǎo)致的片面性問(wèn)題，與現(xiàn)有技術(shù)僅依賴單一或少數(shù)幾個(gè)鋰離子電池參數(shù)進(jìn)行評(píng)估相比，這種多維度的因子構(gòu)建方式能夠更全面地刻畫鋰離子電池的健康狀態(tài)。

57、之后，利用加權(quán)平均算法計(jì)算得出綜合健康指數(shù)，并設(shè)定相應(yīng)的健康指數(shù)閾值，以此作為判定鋰離子電池健康狀態(tài)的關(guān)鍵依據(jù)之一。與此同時(shí)，對(duì)電壓、放電電流以及內(nèi)阻的方差數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)方差與各自設(shè)定的方差閾值之間的比較結(jié)果，與健康指數(shù)閾值判定結(jié)果共同構(gòu)成多維度的評(píng)估體系。通過(guò)從綜合健康指數(shù)和數(shù)據(jù)方差這兩個(gè)不同角度展開評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池健康狀態(tài)更為全面、精準(zhǔn)且綜合的判斷，輸出鋰離子電池健康狀態(tài)。

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