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

背景技術：

1、鋰離子電池是一個動態(tài)時變的電化學系統(tǒng)，鋰離子電池循環(huán)消耗內(nèi)部活性物質，隨著使用時長的增加，鋰電池會發(fā)生容量退化的現(xiàn)象。當電池容量衰退到一定程度后，會發(fā)生容量跳水，即電池的容量突然加速衰退，在較短的時間內(nèi)衰退至壽命終止。突然的容量跳水會破壞電池的使用計劃，甚至導致大型設備無法運行，帶來無法預計的損失。因此，在線預警鋰電池跳水點的出現(xiàn)很有必要。

2、現(xiàn)有的跳水點預警研究主要采用數(shù)據(jù)驅動的方法，利用采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，如電流電壓等，訓練神經(jīng)網(wǎng)絡對跳水點進行預測。然而，這種方法需要大量的歷史數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，針對不同的電池，需要重新訓練神經(jīng)網(wǎng)絡，過程較為復雜，且可解釋性不強。

技術實現(xiàn)思路

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

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

3、步驟s1：結合固體電解質界面膜生長導致的容量損失和鋰鍍導致的容量損失，構建反應電池容量損失隨時間變化趨勢的混合模型；

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)生鋰鍍的時期，利用所述擬合數(shù)據(jù)對所述混合模型進行擬合，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界面膜導致的理論容量損失，滑動時間窗口，獲取每個時間窗口內(nèi)不同充放電循環(huán)周期的理論容量損失和真實放電容量損失并計算理論容量損失和真實放電容量損失之間的線性相關方程的斜率，得到斜率的時間序列；

6、步驟s4：計算斜率的一階自相關系數(shù)，當一階自相關系數(shù)出現(xiàn)極小值時，發(fā)出跳水預警。

7、在一些實施例中，在步驟s1中，固體電解質界面膜生長導致的容量損失的表達式為：

8、

9、式中，qsei為固體電解質界面膜生長導致的容量損失，asei,gr和bsei,gr分別為對應項的未知系數(shù)，t為電池充放電循環(huán)時間。

10、在一些實施例中，在步驟s1中，所述混合模型的表達式為：

11、

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

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

15、在一些實施例中，在步驟s4中，計算所述一階自相關系數(shù)的公式為：

16、

17、式中，ρ1是一階自相關系數(shù)，yt是斜率信號在時間t的斜率值，是斜率信號斜率均值，t為是斜率信號的總觀測數(shù)。

18、在一些實施例中，所述電池為磷酸鐵鋰電池。

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

20、混合模型構建單元，用于結合固體電解質界面膜生長導致的容量損失和鋰鍍導致的容量損失，構建反應電池容量損失隨時間變化趨勢的混合模型；

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)生鋰鍍的時期，利用所述擬合數(shù)據(jù)對所述混合模型進行擬合，確定所述混合模型的參數(shù)；

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

23、相關度計算單元，用于計算斜率的一階自相關系數(shù)，當一階自相關系數(shù)出現(xiàn)極小值時，發(fā)出跳水預警。

24、按照本發(fā)明的又一個方面，還提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上任一項所述的方法的步驟。

25、按照本發(fā)明的再一個方面，還提供了一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序或指令，所述計算機程序或指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上任一項所述的方法的步驟。

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

27、1.本發(fā)明構建電池容量損失隨時間變化的混合模型，電池容量損失主要是由sei膜生長和鋰鍍所導致的容量損失，因此，同時考慮以上兩種因素導致的容量損失所構建而成的混合模型，其準確度較高。該混合模型實際是參數(shù)未知的關系式，因此，獲取電池的歷史數(shù)據(jù)進行擬合，可以確定混合模型的參數(shù)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，sei膜生長導致的實際容量損失與總實際容量損失近似線性相關。利用此規(guī)律，本發(fā)明利用鋰電池早期循環(huán)數(shù)據(jù)對混合模型進行擬合以確定參數(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為是sei膜生長導致的理論容量損失。在線計算不同時間窗口下混合模型輸出的理論容量損失與sei膜生長導致的實際容量損失之間的線性相關方程斜率，并計算相鄰時間窗口所得斜率的一階自相關系數(shù)，在沒有鋰鍍發(fā)生前，理論容量損失與實際sei膜生長導致的容量損失成線性相關關系，一階自相關系數(shù)在一定的區(qū)間內(nèi)波動或者基本不變，當鋰鍍發(fā)生后，會導致相關性降低，從而使得一階自相關系數(shù)下降。鋰鍍是導致容量跳水的主要原因，鋰鍍發(fā)生后不久，電池容量會出現(xiàn)跳水現(xiàn)象。因此，本發(fā)明把一階自相關系數(shù)達到極值作為預警標志，可以通過簡單的方法實現(xiàn)鋰離子電池跳水點的在線預警，而且，由于該方法是基于嚴謹?shù)奈锢矸治鏊茫虼艘簿哂休^強得物理可解釋性。

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

29、3.在優(yōu)選實施例中，提供了一種混合模型的具體表達式，該混合模型可以很好地擬合數(shù)據(jù)集中的電池總容量放電數(shù)據(jù)，準確度較高。

技術特征：

1.一種鋰離子電池跳水點的在線預警方法，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的鋰離子電池跳水點的在線預警方法，其特征在于，在步驟s1中，固體電解質界面膜生長導致的容量損失的表達式為：

3.如權利要求1所述的鋰離子電池跳水點的在線預警方法，其特征在于，在步驟s1中，所述混合模型的表達式為：

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

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

7.如權利要求1所述的鋰離子電池跳水點的在線預警方法，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的在線預警系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權利要求1至7中任一項所述的方法的步驟。

10.一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序或指令，其特征在于，所述計算機程序或指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權利要求1至7任一項所述的方法的步驟。

技術總結
本發(fā)明屬于電池存儲相關技術領域，其公開了一種鋰離子電池跳水點的在線預警方法及其系統(tǒng)，方法包括：結合SEI膜生長導致的容量損失和鋰鍍導致的容量損失，構建反應電池容量損失隨時間變化趨勢的混合模型；獲取電池早期循環(huán)的總放電容量損失數(shù)據(jù)對混合模型進行擬合，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界面膜導致的理論容量損失，滑動時間窗口，獲取每個時間窗口內(nèi)理論容量損失和真實放電容量損失之間的線性相關方程的斜率；計算斜率的一階自相關系數(shù)，當一階自相關系數(shù)出現(xiàn)極小值時，發(fā)出跳水預警。本發(fā)明可以通過簡單的方法實現(xiàn)鋰離子電池跳水點的在線預警，而且具有較強得物理可解釋性。

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