电池状态检测方法、系统及电子设备与流程

1.本技术的实施例涉及电池检测技术领域，特别涉及一种电池状态检测方法、系统及电子设备。


背景技术：

2.动力电池作为电池系统的重要组成部分，也是电动汽车的核心部件之一，其健康状态直接影响着新能源车的使用寿命和续航里程。但是由于动力电池内部的体系以及结构复杂，其性能会同时受到外界及内部多方面的影响。为了确保使用中的电池符合一定的安全标准，避免电池出现过度衰减后仍然继续使用而出现安全问题。因此需要对循环在测的电池数据进行监控，判断是否已经发生了快速衰减。而现有技术通常将使用中的电池与未使用过的新电池的最大容量进行直接比较来进行判断电池是否存在衰减。但是该方法没有排出外界因素的影响存在一定的误差。


技术实现要素：

3.本技术的实施例提供一种电池状态检测方法、系统及电子设备，以解决现有技术中对电池衰减的判断存在误差的技术问题。
4.为了解决上述技术问题，本技术的实施例公开了如下技术方案：
5.第一方面，提供了一种电池状态检测方法，所述方法包括：
6.获取电池在充电过程/放电过程中的容量曲线；
7.获取所述容量曲线中曲率值最大时的特征点；
8.计算所述特征点与基准曲线之间的距离值；
9.根据所述距离值计算得到相似度；
10.将所述相似度与阈值进行比较，得到所述电池的状态结果。
11.结合第一方面，所述的获取所述容量曲线中曲率值最大时的特征点的方法包括：
12.获取所述容量曲线上各点的坐标；
13.根据所述坐标计算所述容量曲线上各个点的曲率；
14.取曲率的倒数得到曲率半径；
15.将所述曲率半径作为曲率值，得到最大的曲率值，同时记录所述特征点的坐标。
16.结合第一方面，所述的计算所述特征点与基准曲线之间的距离值的方法包括：
17.获取所述特征点的坐标；
18.根据所述特征点的坐标计算所述特征点与所述基准曲线之间的欧式距离。
19.结合第一方面，所述基准曲线为合格电池的容量曲线。
20.结合第一方面，所述的根据所述距离值计算得到相似度的方法包括：
21.通过1减去所述距离值得到相似度；
22.其中，计算公式为：
[0023][0024]
公式中，z为特征点处的坐标，包括横坐标x和纵坐标y，t为基准曲线上的点的坐标，包括横坐标x和纵坐标y，n为正整数，i＝1,2,3
…
n，s为相似度。
[0025]
结合第一方面，所述的将所述相似度与阈值进行比较，得到所述电池的状态结果的方法包括：
[0026]
将所述相似度与所述阈值进行比较，若所述相似度大于等于所述阈值，则电池合格；
[0027]
若所述相似度小于所述阈值，则电池不合格。
[0028]
结合第一方面，所述阈值为α，所述阈值α满足：85％≤α≤90％。
[0029]
结合第一方面，所述的获取电池在充电过程/放电过程中的容量曲线的方法包括：
[0030]
将所述电池从馈电状态进行充电直至充满，获得所述电池充电状态下的第一容量值；
[0031]
将所述电池从满电状态进行放电直至馈电，获得所述电池放电状态下的第二容量值；
[0032]
根据所述第一容量值和所述第二容量值的比值绘制获得所述容量曲线。
[0033]
第二方面，提供了一种电池状态检测系统，所述系统包括：
[0034]
第一采集模块，所述第一采集模块用于获取电池在充电过程/放电过程中的容量曲线；
[0035]
第二采集模块，所述第二采集模块用于获取所述容量曲线中曲率值最大时的特征点；
[0036]
第一计算模块，所述第一计算模块用于计算所述特征点与基准曲线之间的距离值；
[0037]
第二计算模块，所述第二计算模块用于根据所述距离值计算得到相似度；
[0038]
比较模块，所述比较模块用于将所述相似度与阈值进行比较，得到所述电池的状态结果。
[0039]
结合第二方面，所述系统还包括监控模块，所述监控模块用于对输入所述系统的参数进行监控，当所述参数输入的数值超出预警值时发出数据输入错误提醒。
[0040]
结合第二方面，所述系统还包括导出模块，所述导出模块将所述电池的数据进行归类并形成报告导出。
[0041]
第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于采用如第一方面任一项所述的电池状态检测方法，以执行所述计算机程序，或者，所述处理器采用如第二方面任一项所述的电池状态检测系统实现电池状态检测。
[0042]
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
[0043]
与现有技术相比，本技术的一种电池状态检测方法，方法包括：获取电池在充电过程/放电过程中的容量曲线；获取容量曲线中曲率值最大时的特征点；计算特征点与基准曲线之间的距离值；根据距离值计算得到相似度；将相似度与阈值进行比较，得到电池的状态结果。本技术的方法能够快甄别出电池是否衰减过度，从而避免电池在使用过程中出现安
全问题。
附图说明
[0044]
下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
[0045]
图1为本技术实施例提供的电池衰减示意图；
[0046]
图2为本技术实施例提供的电池两种常规衰减典型曲线示意图；
[0047]
图3为本技术实施例提供的电池衰减的三个阶段的特征曲线示意图；
[0048]
图4为本技术实施例提供的电池充放电容量与循环圈数的关系示意图；
[0049]
图5为本技术实施例提供的方法的流程示意图；
[0050]
图6为本技术实施例提供的两种电池检测方式的流程示意图；
[0051]
图7为本技术实施例提供的系统模块框图。
具体实施方式
[0052]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0053]
申请人注意到，目前针对电池寿命的评估，主要有经验模型、半经验模型以及数据驱动法。数据驱动法不依赖于电池的物理化学模型，直接评估及预测电池老化状态，此方法缺乏实际的物理化学的含义，导致基于数据驱动法估算与预测的结果仅在短期内具有较好精度且仅能估算大致趋势，但是并无法解释电池在整个生命周期各阶段的老化状态，且计算量较大。经验模型由于技术和产品类型差异较大，难以形成统一的寿命推演公式。另外由于每个厂家寿命模型准确性不一样，同时对新体系和新型号的产品适用性会更差，而且对其也缺乏足够的数据和认知程度。与此同时这些新产品在研发阶段初期，本身又具有极其不稳定的特性，会比成熟体系存在更高的循环跳水概率，也会造成更为严重的测试失效后果，这样使得对电池健康状态评估方法需求的可靠性变的更为急迫。
[0054]
电池容量衰减主要由可用锂离子的损失以及活性材料的损失两大部分引起。电池的容量由正负极中可用部分的锂离子数量所决定，如图1所示，蓄电池的健康状态(state of health，soh)。对于全新的电池来说，电池的可用容量最大，当因锂离子的损失导致电池容量衰减时，可用的部分减小，与此同时若活性材料也发生损失时，可用的容量会进一步的减少。
[0055]
而伴随着电池的长时间使用或者测试，电池必然会发生不同程度的容量衰减，因此电池的健康状态对于长期使用和测试的安全可靠性至关重要。对大量的容量衰减曲线进
行分析发现，均可归属为图2所示的典型曲线1和典型曲线2两种情况。且与图3中的特征曲线相对应，其中特征曲线又分为三个不同的阶段，包括第一阶段的快速衰减期、第二阶段的平台期和第三阶段的快速衰减期，但并不是所有的容量衰减曲线，都会存在特征曲线完整的三个阶段，可结合实测数据，分析出当前曲线所处的具体阶段。
[0056]
从图3的特征曲线形态上可以发现，通过曲率来量化电池的衰减程度，即充电容量/放电容量与循环圈数之间的曲线弯曲程度越大，则衰减越剧烈。基于这一发现，提出电池充电容量/放电容量曲线曲率的特征提取方法。为获取当前曲线的曲率值，以及在最大曲率处特征点a的坐标，可以反推出容量衰减最快发生的圈数和对应的容量衰减值。曲率以及曲率半径计算示意图如下图4所示。
[0057]
以下通过实施例来阐述本技术的具体实施方式：
[0058]
如图5所示，本技术实施例提供了一种电池状态检测方法，方法包括：
[0059]
s1：获取电池在充电过程/放电过程中的容量曲线。
[0060]
为了避免电池内部存在的电量对数据的影响，在获取容量曲线前，首先需要将电池的状态调整到一个极端状态，如满电状态或馈电状态，满电状态即为电池充满电后的状态，馈电状态即为电池完全放完电的状态。为了能够节省时间，提高电池的检测效率，可以先对电池内部的电量进行检测，根据电池内部电量的多少来评估是充满电的时间短还是放完电的时间短。在将电池放完电或充满电后，将电池静置一段时间，使电池内部稳定下来，同时也将电池的温度降到合适的温度，一般与环境温度相同。静置结束后，将电池连接至充电设备上，同时打开检测设备对电池的充电参数进行监测，并将电池从馈电状态进行充电直至充满，将获得的电池参数记录下来，同时获得电池充电状态下的第一容量值。或者将电池连接至放电设备上，同时打开检测设备对电池的放电参数进行监测，并将电池从满电状态进行放电直至馈电状态，将获得的电池放电参数记录下来，同时获得电池放电状态下的第二容量值；根据获得的第一容量值和第二容量值的比值即可绘制获得相应的容量曲线。
[0061]
s2：获取容量曲线中曲率值最大时的特征点。
[0062]
如图4所示，为容量曲线的其中一段，通过步骤s1中获取的参数数据即可轻松得到容量曲线上各个点的坐标，获得坐标后即可计算容量曲线上各个点的曲率；曲率和曲率半径之间互为倒数，取曲率的倒数即可得到曲率半径；获得的曲率半径即为曲率值。将所有获得的曲率值进行比较，得到最大的曲率值，同时将曲率值最大的点记为特征点a，将特征点a的坐标记下。可以理解的是，曲线的弯曲程度越大则衰减的越剧烈，虽然可以从图中直观的看出弯曲程度最大的点，但是为了数据的严谨性，需要将所有容量曲线上所有的点都计算过后才能得到最终的答案，为了控制数据的精度并减小相应算力，将相邻两个数据的坐标间隙控制在0.05-0.2之间。如第一个数据的横坐标为1.00时，第二数据的横坐标即可设置在1.05-1.2之间。可以想到的是，当坐标间隙控制的越小时，所获得的曲率值越精确；当坐标间隙控制的越大时，曲率值计算的效率越高。
[0063]
s3：计算特征点与基准曲线之间的距离值。
[0064]
首先，需要获取新出厂的合格电池的容量曲线，将该容量曲线作为基准曲线。由于新出厂的且是合格电池的电池容量衰减较小，可以认定为接近100％容量。为了数据的严谨性，将多个相同型号的新电池的容量进行测量，并取所有容量数据的平均值作为容量曲线的基准曲线；或者将多个新出厂的电池进行测量，并获取其中数据最优的作为基准曲线。根
据步骤s1中获取的特征点的坐标计算特征点与基准曲线之间的欧式距离。
[0065]
其中，所述欧式距离的计算公式为：
[0066][0067]
公式中，ρ为欧式距离，x2为特征点的横坐标，y2为特征点的纵坐标，x1为基准曲线上的基准点的横坐标，y1为基准曲线上基准点的纵坐标。其中，基准点的坐标计算方法如特征点的计算方法相同，在此不做赘述。
[0068]
s4：根据距离值计算得到相似度。
[0069]
通过1减去距离值得到相似度；
[0070]
其中，计算公式为：
[0071][0072]
公式中，z为特征点处的坐标，包括横坐标x和纵坐标y，t为基准曲线上的点的坐标，包括横坐标x和纵坐标y，i＝1,2,3
…
n；s为相似度。
[0073]
s5：将相似度与阈值进行比较，得到电池的状态结果。
[0074]
再获得了相似度后，将相似度与阈值α进行比较，若相似度大于等于阈值α，则电池合格，说明电池衰减程度在合理的范围内，可以继续正常使用；若相似度小于阈值α，则电池不合格，说明电池衰减程度已经超出了一定的范围，不能再继续使用，继续使用可能会存在安全问题。在本技术中，阈值α满足：85％≤α≤90％。可以理解的是，当阈值α选择的数值越高时，合格标准越高，则筛选出来的电池寿命更高，使用体验更好；而当阈值α选择的数值越低时，则更多的电池能够满足要求，虽然不会发生安全问题，但是体验感会下降很多。需要说明的是，如图6所示，对电池进行检测包括两种形式，第一种为研发检测，第二种为量产检测。在第一种的研发检测中，电池通过收集过程数据，数据预处理以及曲率计算后，根据曲率对电池进行比较识别，如果识别后电池没有异常，则将该电池进行重新收集过程数据，进行重新计算和识别，直至电池进行多次识别均无异常后则判断为合格；若电池存在异常，则将电池标记为异常样品。在第二种的量产检测中，电池通过收集过程数据，数据预处理和曲率计算后，对电池的类型进行标记，根据电池的类型选择与电池适配的类型的基准曲线进行相似度识别比较，若相似度对比后大于等于阈值α，则电池合格，对电池进行归档处理；若电池相似度对比后小于阈值α，则再对电池进行异常判断，若电池存在异常则将电池标记为异常样品，若电池没有异常则将电池归入待分类组别中进行后续的观察。一般而言被标记为异常样品的电池还会进行检测，从而确定电池是否还能继续使用。
[0075]
本技术所提供的电池状态检测方法，可以更加准确的识别出曲线和电池的异常，并且可以将监控参数量化，方便样品性能进行多维度的评价，是基于电池的衰减特性而提供的一种解决方案，而这些被标记分类的数据，也形成了一个庞大的数据库，供研发人员参考和使用。
[0076]
如图7所示，提供了一种电池状态检测系统，系统包括第一采集模块、第二采集模块、第一计算模块、第二计算模块、比较模块、监控模块和导出模块。第一采集模块用于获取电池在充电过程/放电过程中的容量曲线；第二采集模块用于获取容量曲线中曲率值最大时的特征点；第一计算模块用于计算特征点与基准曲线之间的距离值；第二计算模块用于
根据距离值计算得到相似度；比较模块用于将相似度与阈值进行比较，得到电池的状态结果。可以理解的是，检测系统可以集成在电脑、手机或平板电脑等上位机中，通过网页或app来实现上述的功能方法，在系统中输入相应的电池数据，其中的电池数据包括电压、电流、电池容量、充电或放电时间以及电池的温度。当在输入数据时，系统会对相应的参数进行监控，确保输入的电池参数符合设置的范围，防止参数数据输入错误导致将电池的状态判断错误，进而造成不必要的损失。如将电池的电压范围设置在3v-15v之间，则当输入的电池电压为20v时，系统就会输出“输入的数据不符合规范，请重新输入！”等提示数据错误并重新输入的字样。同样的对于温度、电流、电池容量和充放电时间均可以设置相应的参数范围。
[0077]
在完成了电池状态的判断后，无论电池是否符合标准，系统都会对电池的参数数据、检测结果、容量衰减率与循环圈数、充电容量/放电容量与循环圈数进行汇总归类，并且可以将多次的检测结果放置在同一个文件中，形成相应的测试报告。该种测试包括可以通过显示或者导出的形式展示。工作人员可以根据测试报告进行查阅和分析。
[0078]
监控模块用于对输入系统的参数进行监控，当参数输入的数值超出预警值时发出数据输入错误提醒。
[0079]
导出模块将电池的数据进行归类并形成报告导出。
[0080]
本技术旨在提升电池测试过程中的质量监控水平，防止测试异常以及循环快速衰减可能会导致的安全隐患，需要对识别出的重要参数进行检验，对测试过程进行监控，对测试结果加以分析，并进行相应的反馈，这样就会同步涉及到生产信息的追溯，样本的采集和录入，参数的优化，异常报警等一系列的工作，这些整体的工作构成了高质量的电池状态检测系统。
[0081]
本技术所采用的电池状态检测系统是基于专业的数据分析软件来实现的，集成了各种函数以及为方便数据分析而开发的宏程序，也可以采用更为专业的分析工具如matlab或者其它更为功能强大的数据分析软件等。
[0082]
本技术实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器；存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于当执行计算机程序时，实现如上述任一项的电池状态检测方法，或者，采用如上述任一项的电池状态检测系统实现如上述任一项的电池状态检测方法。
[0083]
本技术所采用的电池状态检测系统是为了监控动力电池全生命周期健康状态而提供的一种解决方案，并对众多的循环数据进行分析，找出其中的共通点，发掘出潜在的特征曲线和特征值，而且依据样品在不同阶段的特点，分为两种不同的监控方法。若有其它类似的分析方法也可以参考使用，同理也可以推广至其它的测试项目或者相关的领域。
[0084]
以上对本技术实施例所提供的一种电池状态检测方法、系统及电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例的技术方案的范围。

技术特征：
1.一种电池状态检测方法，其特征在于，所述方法包括：获取电池在充电过程/放电过程中的容量曲线；获取所述容量曲线中曲率值最大时的特征点；计算所述特征点与基准曲线之间的距离值；根据所述距离值计算得到相似度；将所述相似度与阈值进行比较，得到所述电池的状态结果。2.如权利要求1所述的电池状态检测方法，其特征在于，所述的获取所述容量曲线中曲率值最大时的特征点的方法包括：获取所述容量曲线上各点的坐标；根据所述坐标计算所述容量曲线上各个点的曲率；取曲率的倒数得到曲率半径；将所述曲率半径作为曲率值，得到最大的曲率值，同时记录所述特征点的坐标。3.如权利要求2所述的电池状态检测方法，其特征在于，所述的计算所述特征点与基准曲线之间的距离值的方法包括：获取所述特征点的坐标；根据所述特征点的坐标计算所述特征点与所述基准曲线之间的欧式距离。4.如权利要求1所述的电池状态检测方法，其特征在于，所述基准曲线为合格电池的容量曲线。5.如权利要求1所述的电池状态检测方法，其特征在于，所述的根据所述距离值计算得到相似度的方法包括：通过1减去所述距离值得到相似度；其中，计算公式为：公式中，z为特征点处的坐标，包括横坐标x和纵坐标y，t为基准曲线上点的坐标，包括横坐标x和纵坐标y，n为正整数，i＝1,2,3
…
n，s为相似度。6.如权利要求1所述的电池状态检测方法，其特征在于，所述的将所述相似度与阈值进行比较，得到所述电池的状态结果的方法包括：将所述相似度与所述阈值进行比较，若所述相似度大于等于所述阈值，则电池合格；若所述相似度小于所述阈值，则电池不合格。7.如权利要求6所述的电池状态检测方法，其特征在于，所述阈值为α，所述阈值α满足：85％≤α≤90％。8.如权利要求1所述的电池状态检测方法，其特征在于，所述的获取电池在充电过程/放电过程中的容量曲线的方法包括：将所述电池从馈电状态进行充电直至充满，获得所述电池充电状态下的第一容量值；将所述电池从满电状态进行放电直至馈电，获得所述电池放电状态下的第二容量值；根据所述第一容量值和所述第二容量值的比值绘制获得所述容量曲线。9.一种电池状态检测系统，其特征在于，所述系统包括：
第一采集模块，所述第一采集模块用于获取电池在充电过程/放电过程中的容量曲线；第二采集模块，所述第二采集模块用于获取所述容量曲线中曲率值最大时的特征点；第一计算模块，所述第一计算模块用于计算所述特征点与基准曲线之间的距离值；第二计算模块，所述第二计算模块用于根据所述距离值计算得到相似度；比较模块，所述比较模块用于将所述相似度与阈值进行比较，得到所述电池的状态结果。10.如权利要求9所述的电池状态检测系统，其特征在于，所述系统还包括监控模块，所述监控模块用于对输入所述系统的参数进行监控，当所述参数输入的数值超出预警值时发出数据输入错误提醒。11.如权利要求10所述的电池状态检测系统，其特征在于，所述系统还包括导出模块，所述导出模块将所述电池的数据进行归类并形成报告导出。12.一种电子设备，其特征在于：包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于采用如权利要求1至8任一项所述的电池状态检测方法，以执行所述计算机程序，或者，所述处理器采用如权利要求9至11任一项所述的电池状态检测系统实现电池状态检测。

技术总结
本申请公开了一种电池状态检测方法、系统及电子设备，方法包括：获取电池在充电过程/放电过程中的容量曲线；获取容量曲线中曲率值最大时的特征点；计算特征点与基准曲线之间的距离值；根据距离值计算得到相似度；将相似度与阈值进行比较，得到电池的状态结果。本申请的方法能够快甄别出电池是否衰减过度，从而避免电池在使用过程中出现安全问题。电池在使用过程中出现安全问题。电池在使用过程中出现安全问题。


技术研发人员：程小荣
受保护的技术使用者：章鱼博士智能技术（上海）有限公司
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/8/13