一种电池诊断方法、装置及终端设备

技术领域

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种电池诊断方法、装置及终端设备。

背景技术

随着能源危机的加剧以及环境问题的日益突出，为了保障国家能源安全，实现节能减排，发展新能源汽车已经成为一种趋势。伴随着新能源汽车的推广应用，早期投入使用的电池已经逐步变更换下来，如何处理和再利用更换下来的退役电池逐渐成为新的难题。

为了实现退役锂离子动力电池的梯级利用，首先需要评估电池的老化程度。为了评估电池的老化程度就需要先确定电池的老化模式。由于电池试车运行过程中一般不会存在用极小的电流把电池充满或放空的情况，且串联电池模组内的个单体电池存在荷电状态的不一致，就会造成个单体电池两端存在较多未利用容量，这就会导致现有的电池老化模式诊断方法具体一定的局限性，无法准确评估电池的老化模式的情况。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种电池诊断方法、装置及终端设备，以解决现有的电池老化模式诊断方法具体一定的局限性，无法准确评估电池的老化模式的问题。

本申请的第一方面提供了一种电池诊断方法，包括：

根据正负电极的开路电压-荷电状态曲线，建立正负电极的开路电压模型；

根据所述正负电极的开路电压模块，建立正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型；

建立正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型随老化模式的演变模型；

基于所述正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型随老化模式的演变模型确定各种老化模式以及各种老化模式组合下的老化电池开路电压曲线模型；

将待诊断电池的实测开路电压曲线对应的荷电状态尺度转换至全新电池的荷电状态尺度上；

根据转换后的实测开路电压曲线和各种老化模式组合下的全电池开路电压曲线模型确定待诊断电池的老化模式。

在第一方面的一种可能的实现方式中，正极开路电压模型为：

将负极开路电压模型为：

其中，Δx

在第一方面的一种可能的实现方式中，正极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型为：

SOC

其中，K

在第一方面的一种可能的实现方式中，负极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型为：

SOC

其中，K

在第一方面的一种可能的实现方式中，出现正极活性材料损失时的演变模型为：

其中，K

出现负极活性材料损失时的演变模型为：

其中，K

出现锂离子损失时的演变模型为：

K

在第一方面的一种可能的实现方式中，老化电池开路电压曲线模型为：

在第一方面的一种可能的实现方式中，转换后的实测开路电压曲线为：

其中，Q

本申请的第二方面提供了一种电池诊断装置，包括：

第一建立单元，用于根据正负电极的开路电压-荷电状态曲线，建立正负电极的开路电压模型；

第二建立单元，用于根据所述正负电极的开路电压模块，建立正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型；

第三建立单元，用于建立正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型随老化模式的演变模型；

确定单元，用于基于所述正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型随老化模式的演变模型确定各种老化模式以及各种老化模式组合下的老化电池开路电压曲线模型；

转换单元，用于将待诊断电池的实测开路电压曲线对应的荷电状态尺度转换至全新电池的荷电状态尺度上；

诊断单元，用于根据转换后的实测开路电压曲线和各种老化模式组合下的全电池开路电压曲线模型确定待诊断电池的老化模式。

第三方面，本申请实施例提供了一种终端设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述的方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面中任一项所述的方法。

可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例提供的电池诊断方法、装置及终端设备，通过把正极开路电压曲线、负极开路电压曲线以及实测全电池开路电压曲线转换到同一荷电状态尺度上，使得构建出的老化电池开路电压曲线和转换尺度后的实测开路电压曲线能够直接进行匹配。而且以全电池实测荷电状态尺度作为标准进行正负电极的荷电状态转换，并不需要保证全电池的实测荷电状态与真实荷电状态一一对应，有效地解决了现有的电池老化模式诊断方法具体一定的局限性，无法准确评估电池的老化模式的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种电池诊断方法的实现流程示意图；

图2是全电池开路电压-荷电状态拟合曲线和实测开路电压曲线的示意图；

图3是电池在不同温度循环时正负极活性材料和可用锂离子总量随电池老化的衰减曲线示意图；

图4是本申请实施例提供的电池诊断装置的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种终端设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1所示，本实施例提供了一种电池诊断方法，其具体包括：

S11：根据正负电极的开路电压-荷电状态曲线，建立正负电极的开路电压模型。

在本申请实施例中，上述正负电极的开路电压模型包括正极开路电压模型和负极开路电压模型。正极开路电压模型用于描述正极的荷电状态与开路电压之间的关系。负极开路电压模型用于描述负极的荷电状态与开路电压之间的关系。

在本申请实施例中，通过对电池进行拆解，然后将正负电极材料分别制作正负半电池，对正负半电池进行小倍率恒流充放电测试，就能够获取到正负电极的开路电压-荷电状态曲线。

利用能斯特方程描述嵌入离子处于平衡态的化学势，其中，能斯特方程表达式如下：

μ＝E

其中，E

由于锂离子在电极材料的嵌入与脱出是多相反应，具有多个相变阶段，每一个相变阶段有对应的标准氧化还原电位，因此每一个相变阶段都需要用一个能斯特方程进行描述。因此，上述能斯特方程可以表示为：

其中，N是相变阶段的次数，E

由于化学势与电极开路电压之间具有正比关系，把上式中的化学势等效替换为开路电压，并对模型中的未知参数进行合并整理，得到电极荷电状态与开路电压的最终关系模型如下：

因此，可以将正极开路电压模型表示为：

将负极开路电压模型表示为：

其中，各相变阶段的占比Δx

S12：根据所述正负电极的开路电压模块，建立正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型。

在本申请实施例中，为了在全新电池实测荷电状态尺度上，使用正负电极开路电压曲线来构造全新电池的开路电压-荷电状态曲线，需要先建立正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型。

在本申请实施例中，上述正极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型如下：

SOC

其中，K

负极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型如下：

SOC

其中，K

具体地，全新电池的实测开路电压-荷电状态曲线和全电池容量Q是已知量，通过下式把正负电极开路电压-荷电状态曲线从起自身荷电状态尺度上转换到全新电池荷电状态尺度上，表示如下：

SOC

SOC

基于上述匹配关系模型，可以将在全电池荷电状态尺度下的全电池开路电压-荷电状态曲线的数学模型构造如下：

其中，SOC

其中包括四个待辨识参数，分别为正极配置容量与全电池容量Q的比值K

上述以构造的全电池开路电压-荷电状态曲线和实测曲线之间的误差最小为优化目标的目标函数为：

其中，θ＝[K

S13：建立正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型随老化模式的演变模型。

在本申请实施例中，考虑到各种老化模式作用下正负电极开路电压-荷电状态曲线在全新电池荷电状态尺度上的平移和收缩特征，可以建立正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型随老化模式的演变模型。

需要说明的是，上述老化模式包括正极活性材料损失(LAM

当出现正极活性材料损失(LAM

当出现负极活性材料损失(LAM

当出现锂离子损失(LLI)时，其对正极开路曲线的长度和位置以及负极开路电压曲线的长度不会造成影响，但会改变负极开路电压曲线的位置，使得负极开路电压曲线上移，因此，出现锂离子损失(LLI)的演变模型可以表示为：

S14：基于所述正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型随老化模式的演变模型确定各种老化模式以及各种老化模式组合下的老化电池开路电压曲线模型。

正负电极的开路电压曲线经过上述三种演变模型后，可以直接进行相减，进而构造出各种老化模式以及各种老化模式组合下的老化电池开路电压曲线(即老化电池开路电压曲线模型)。

构造出的老化电池开路电压曲线可以表示为：

S15：将待诊断电池的实测开路电压曲线对应的荷电状态尺度转换至全新电池的荷电状态尺度上。

由于实测的老化电池的实测开路电压曲线的荷电状态尺度与各种老化模式组合下的全电池开路电压曲线模型的荷电状态尺度不一致，因此需要先将待诊断电池的实测开路电压曲线对应的荷电状态尺度转换至全新电池的荷电状态尺度上。

转换后的实测开路电压曲线可以表示为：

其中，Q

为了确定尺度转换后老化电池开路电压曲线相比于全新电池开路电压曲线的偏移量S

其中，θ＝[LLI，LAM

S16：根据转换后的实测开路电压曲线和各种老化模式组合下的全电池开路电压曲线模型确定待诊断电池的老化模式。

通过将转换后的实测开路电压曲线和各种老化模式组合下的全电池开路电压曲线模型进行匹配就能够确定待诊断电池的老化模式。

以上可以看出，本申请实施例提供的电池诊断方法，通过把正极开路电压曲线、负极开路电压曲线以及实测全电池开路电压曲线转换到同一荷电状态尺度上，使得构建出的老化电池开路电压曲线和转换尺度后的实测开路电压曲线能够直接进行匹配。而且以全电池实测荷电状态尺度作为标准进行正负电极的荷电状态转换，并不需要保证全电池的实测荷电状态与真实荷电状态一一对应，有效地解决了现有的电池老化模式诊断方法具体一定的局限性，无法准确评估电池的老化模式的情况。

选择额定容量36Ah的能量型软包三元电池，利用该电池在25℃环境温度下以1C恒流恒压充电至4.2V，1C恒流放电至3V的制式进行循环。在其老化过程中每100次循环进行一次性能测试，性能测试中包含0.05C小倍率恒流充放电测试。通常认为小倍率恒流充放电端电压曲线的平均值即为全电池实测开路电压曲线。

图2示出了全电池开路电压-荷电状态拟合曲线和实测开路电压曲线的示意图。通过图2中的(a)可以得到全电池开路电压-荷电状态拟合曲线和实测开路电压曲线之间的电压误差1.5mV。通过图2中的(b)可以得到全电池开路电压-荷电状态拟合曲线和实测开路电压曲线之间的荷电状态误差为2％。由此可以看出本申请实施例提供的电池诊断方法能够高精度地拟合电池全生命周期不同老化阶段的开路电压-荷电状态曲线。

为了验证本申请提供电池诊断方法，以下设计3组不同温度充放电条件下的电池循环寿命测试。通过本申请实时例提供的电池诊断方法，拟合全电池不同老化阶段的开路电压曲线，辨识出电池全生命周期内锂离子损失(LLI)、正极活性材料损失(LAM

实验条件如表1所示：

表1：

循环过程中，充电制式为恒流恒压充电，此外，在充放电转换之间电池需静置2分钟。循环测试过程中电池放置于温箱中，以保证恒定的环境温度。电池在进行循环寿命测试时，在其老化过程中每100次循环进行一次0.05C小倍率恒流充放电测试。

图3示出了为电池在不同温度循环时正负极活性材料和可用锂离子总量随电池老化的衰减曲线，在电池容量正常衰退阶段，负极活性材料随电池老化的衰减较为缓慢，尤其对于35℃下循环的电池，在容量正常衰退阶段基本未出现负极活性材料损失。正极活性材料以及可用锂离子的总量随着循环次数的增加以稳定的速度持续衰减，且衰减速度大于负极活性材料。电池在25℃和35℃循环下遭受正极活性材料损失以及锂离子损失的速度基本相等，而在循环温度提高到45℃后，衰减速度将显著提高。正极活性材料以及可用锂离子的总量随着循环次数的增加以稳定的速度持续衰减，且衰减速度大于负极活性材料。电池在25℃和35℃循环下遭受正极活性材料损失以及锂离子损失的速度基本相等，而在循环温度提高到45℃后，衰减速度将显著提高。

如图4所示，本实施例还提供了一种电池诊断装置100，用于执行实施例一中的方法步骤，其包括第一建立单元101、第二建立单元102、第三建立单元103、确定单元104、转换单元105以及诊断单元106。

第一建立单元101用于根据正负电极的开路电压-荷电状态曲线，建立正负电极的开路电压模型；

第二建立单元102用于根据所述正负电极的开路电压模块，建立正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型；

第三建立单元103用于建立正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型随老化模式的演变模型；

确定单元104用于基于所述正负电极在全新电池荷电状态尺度的匹配关系模型随老化模式的演变模型确定各种老化模式以及各种老化模式组合下的老化电池开路电压曲线模型；

转换单元105用于将待诊断电池的实测开路电压曲线对应的荷电状态尺度转换至全新电池的荷电状态尺度上；

诊断单元106用于根据转换后的实测开路电压曲线和各种老化模式组合下的全电池开路电压曲线模型确定待诊断电池的老化模式。

需要说明的是，本申请实施例提供的电池诊断装置，由于与本申请图1所示方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本申请图1所示方法实施例相同，具体内容可参见本申请图1所示方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

因此，本实施例提供的一种电池诊断装置，同样通过把正极开路电压曲线、负极开路电压曲线以及实测全电池开路电压曲线转换到同一荷电状态尺度上，使得构建出的老化电池开路电压曲线和转换尺度后的实测开路电压曲线能够直接进行匹配。而且以全电池实测荷电状态尺度作为标准进行正负电极的荷电状态转换，并不需要保证全电池的实测荷电状态与真实荷电状态一一对应，有效地解决了现有的电池老化模式诊断方法具体一定的局限性，无法准确评估电池的老化模式的情况。

图5是本申请实施例五提供的终端设备的示意图。如图5所示，该实施例的终端设备5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52，例如程序。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各个方法实施例中的步骤，例如图1所示的S11至S16。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述系统实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示模块101至106的功能。

示例性的，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在所述终端设备5中的执行过程。

所述终端设备5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端管理服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备5的示例，并不构成对终端设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器51可以是所述终端设备5的内部存储单元，例如终端设备5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述终端设备5的外部存储设备，例如所述终端设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述终端设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述无线终端中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述设置为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，设置为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并设置为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或系统、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。