一种锂离子电池的状态评估方法及系统

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池的状态评估方法及系统。

背景技术

目前，锂离子电池用途广泛，主用途为：家庭贮能、小家电、工具类产品电源、数码产品电源、3C产品电源等。

现有技术一，CN107402353A-一种对锂离子电池的荷电状态进行滤波估计的方法及系统-公开，本发明公开了一种对锂离子电池的荷电状态进行滤波估计的方法，包括：根据预设时间阈值采集锂离子电池表面的参数数据，并建立所述锂离子电池的等效电路模型；根据所述等效电路模型获取锂离子电池的数学模型，利用偏差补偿递推最小二乘法获取所述等效电路模型的参数，并通过实验获取锂离子电池的开路电压；根据锂离子电池噪声环境下的模型和所述数学模型，获取状态空间模型；利用卡尔曼滤波器递推算法对锂离子电池的荷电状态进行估计，获取第一荷电状态估计值以及卡尔曼滤波的精度值；利用H～滤波器递推算法获取第二荷电状态估计值；分别计算所述第一荷电状态估计值和第二荷电状态估计值的权重，并根据所述权重计算锂离子电池的荷电状态估计值。

现有技术二，基于无迹粒子滤波的车载锂离子电池状态估计，传统的无迹卡尔曼滤波(UKF)和粒子滤波(PF)算法估计动力锂离子电池的荷电状态(SOC)时，常会出现电池模型参数不准确或粒子退化等问题导致估计精度差甚至系统发散等现象。为解决粒子匮乏和噪声干扰等问题，提出一种改进的估计算法一无迹粒子滤波算法(UPF)以实现SoC的精确估计。运用无迹卡尔曼算法为每个粒子计算均值和协方差，解决粒子滤波技术中粒子退化的问题。通过锂离子电池充放电实验，对等效模型进行辨识，最后在脉冲充放电和UDDS动态工况下对该算法进行测试验证。实验结果证明，基于二阶RC等效电路模型的UPF算法能显著提高SOC估计的实时性和精确性，其SOC估计精度在2％以内，收敛速度在250s内。

综上所述，现有技术一和现有技术二仅仅实现了对锂离子电池荷电状态SOC的测定，缺乏统一的监控平台对其监视，并进行分析，导致其检测的智能化水平较低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种锂离子电池的状态评估方法及系统。

本发明是这样实现的，一种锂离子电池的状态评估方法，包括：

获取锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数；

控制器接收锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数进行降噪预处理，与数据库预存储的参数对比，得出参数对比结果；

所述控制器通过无线网络将所述参数对比结果传送至锂离子电池监控平台；

所述锂离子电池监控平台对参数对比结果进行分析，得出所述锂离子电池的状态评估结果，并给出相关处理对策，反馈至所述控制器。

可选的，所述锂离子电池的状态相关参数包含锂离子电池运行和静止两种状态下的参数；

所述锂离子电池运行状态的参数包括：运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号；

所述锂离子电池静止状态的参数包含：电池容量信号、开路电压信号和电池欧姆内阻信号；

所述锂离子电池恒流-恒压满充过程中的相关参数包含电压信号、电流信号和温度信号。

可选的，所述温度信号处理过程包括：

在所述锂离子电池的每个表面上都设置有温度传感器，所述温度传感器实时采集每个表面的温度，检测到的温度信号转换为电信号；温度的电信号通过无线方式发送至所述控制器上的温度信号接收器；

所述温度信号接收器将温度的电信号发送至所述控制器；

所述控制器对温度的电信号进行预处理，所述控制器将所述温度传感器的温度的电信号处理为立体网状的温度分布图；

根据锂离子电池监控平台的查询指令显示所述锂离子电池的温度分布信息。

可选的，所述降噪预处理具体包括：

获取所述锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及所述恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号并进行编码，获得特征空间上的特征向量；

计算编码获得的所述特征空间上的特征向量的掩码；对所述锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和所述运行电池欧姆内阻信号及恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号的带噪声样本信号处理，得到所述带噪声样本信号向量，变换得到稀疏信号；

通过预设观测矩阵对所述稀疏信号的降维处理，获取对应于所述稀疏信号的观测信号；

将观测信号对应的带噪声样本信号向量输入深度学习网络进行处理，得到样本信号比值膜向量以及噪声比值膜向量；将所述带噪声样本信号向量、所述样本信号比值膜向量以及所述噪声比值膜向量输入噪声分离层进行处理，得到所述带噪声样本信号对应的分离噪声的锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及所述恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号；

输出锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及所述恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号至数据库，与数据库预存储的参数对比，得出参数对比结果。

可选的，所述数据库预存储的参数的处理过程包括：

创建预存储的数据库，将需要存储锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数输入到预存储的数据库，预存储的数据库在接收到相关参数之后对数据进行统筹，将数据进行排列存储；

采用数据读取分类对读取预存储的数据库内部的排列的相关参数的数据，在读取相关参数的数据的过程中，对排列好的相关参数的数据进行逐步读取；

让数据读取分类软件将预存储的数据库内部每个相关参数的数据进行逐步读取，读取每一条相关参数的数据之后，提取相关参数的数据读取分类软件的内部数据库的数据；

控制器接收锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数进行降噪预处理，与数据库预存储的参数对比，得出参数对比结果。

可选的，所述参数对比结果传送具体包括：

所述控制器通过无线网络与锂离子电池监控平台建立无线连接；

锂离子电池监控平台查询所述控制器的身份特征；

将所述身份特征与锂离子电池监控平台的存储单元内预存的身份特征进行比较，确认所述控制器的身份；

锂离子电池监控平台向对应所确认的控制器发送无线传输请求，对参数对比结果进行无线传输；

控制器反馈的参数对比结果出现异常时，锂离子电池监控平台主动触发所述控制器的报警装置；

参数对比结果传输完毕后，控制器将无线连接由传输状态切换至监听状态，继续接收数据库的参数对比结果，若后期无参数对比结果，则进入休眠状态。

可选的，所述锂离子电池监控平台存储有锂离子电池的相关参数的正常值和异常值，所述锂离子电池监控平台接收到控制器反馈的相关参数对比结果后与存储的正常值和异常值进行分析。

可选的，若保持在正常值之内，则发出锂离子电池工作状态良好的信息；发送到控制器；若不在正常值范围内，则发出锂离子电池不合格的信息；发送到控制器。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述锂离子电池的状态评估方法的锂离子电池的状态评估系统，包括：

参数采集模块，用于获取锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数；

控制器，用于接收锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数进行降噪预处理；

数据库，用于与数据库预存储的参数对比，得出参数对比结果；

无线传输模块，用于实现控制器通过无线网络将所述参数对比结果传送至锂离子电池监控平台；

锂离子电池监控平台，用于对参数对比结果进行分析，得出所述锂离子电池的状态评估结果，并给出相关处理对策，反馈至所述控制器。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明对锂离子电池的相关参数进行监控，包含了运行、静止及充电过程中的参数，实现了对锂离子电池全方位的检测，便于锂离子电池监控平台能够准确无误的获取锂离子电池的荷电状态SOC状态和健康状态SOH状态，现有技术只是对锂离子电池的状态监控参数唯一，功能单一，本发明很好的弥补了此缺陷。另外，本发明的控制器对相关参数进行了降噪预处理，提高了参数的准确性，保证了锂电池相关参数能准确的发送至锂离子电池监控平台；本发明采用无线网络发送相关参数的数据，提高了数据发送的稳定性，扩展了本发明方案的应用范围。本发明的锂离子电池监控平台根据相关参数最终得出锂离子电池的状态评估结果，并发送至控制器，对提高客户体验度有很大帮助。

本发明对锂离子电池的相关参数进行监控，包含了运行、静止及充电过程中的参数，实现了对锂离子电池全方位的检测，便于锂离子电池监控平台能够准确无误的获取锂离子电池的荷电状态SOC状态和健康状态SOH状态，现有技术只是对锂离子电池的状态监控参数唯一，功能单一，本发明很好的弥补了此缺陷。

本发明采用温度传感器对锂离子电池的表面温度进行采集，采用无线传输的方式，出现问题很容易更换，操作方便，便于维护；本发明获得的立体网状的温度分布图，便于对锂离子电池进行全方位的监控，若出现故障，温度分布图可以为后期故障的诊断提供参考，同时降低了成本。

本发明可准确得出分离噪声的锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及所述恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号，提高带噪声样本信号的降噪效果，提高锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及所述恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号的质量，进而提高数据库参数对比结果的准确度，有效的降低了噪声的干扰，为后面信号的处理提供了保障。

本发明节省了大量的人力物力，更能够让锂离子电池监控平台能够实时的监测到锂离子电池的状态，起到预警的作用，同时也大大提高锂离子电池的安全性和可靠性。无线传输可以方便、快速地在锂离子电池监控平台及控制器之间建立无线连接；而且无线传输存在休眠状态和监听状态，一定程度上节约了能源，同时延长了设备的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述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的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的锂离子电池的状态评估方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的锂离子电池恒流-恒压满充过程中温度的信号处理过程流程图；

图3是本发明实施例提供的控制器接收的锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号进行降噪预处理流程图；

图4是本发明实施例提供的控制器通过无线网络将所述参数对比结果传送至锂离子电池监控平台流程图；

图5是本发明实施例提供的锂离子电池的状态评估系统的结构框图；

图中：1、参数采集模块；2、控制器；3、数据库；4、无线传输模块；5、锂离子电池监控平台。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例提供的锂离子电池的状态评估方法包括以下步骤：

S101：获取锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数；

S102：控制器接收锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数进行降噪预处理，与数据库预存储的参数对比，得出参数对比结果；

S103：所述控制器通过无线网络将所述参数对比结果传送至锂离子电池监控平台；

S104：所述锂离子电池监控平台对参数对比结果进行分析，得出所述锂离子电池的状态评估结果，并给出相关处理对策，反馈至所述控制器。

本发明对锂离子电池的相关参数进行监控，包含了运行、静止及充电过程中的参数，实现了对锂离子电池全方位的检测，便于锂离子电池监控平台能够准确无误的获取锂离子电池的荷电状态SOC状态和健康状态SOH状态，现有技术只是对锂离子电池的状态监控参数唯一，功能单一，本发明很好的弥补了此缺陷。另外，本发明的控制器对相关参数进行了降噪预处理，提高了参数的准确性，保证了锂电池相关参数能准确的发送至锂离子电池监控平台；本发明采用无线网络发送相关参数的数据，提高了数据发送的稳定性，扩展了本发明方案的应用范围。本发明的锂离子电池监控平台根据相关参数最终得出锂离子电池的状态评估结果，并发送至控制器，对提高客户体验度有很大帮助。

实施例2：

在实施例1的基础上，锂离子电池的状态相关参数包含锂离子电池运行和静止两种状态下的参数，锂离子电池运行状态的参数包括：运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号。锂离子电池静止状态的参数包含：电池容量信号、开路电压信号和电池欧姆内阻信号。锂离子电池恒流-恒压满充过程中的相关参数包含电压信号、电流信号和温度信号。

本发明对锂离子电池的相关参数进行监控，包含了运行、静止及充电过程中的参数，实现了对锂离子电池全方位的检测，便于锂离子电池监控平台能够准确无误的获取锂离子电池的荷电状态SOC状态和健康状态SOH状态，现有技术只是对锂离子电池的状态监控参数唯一，功能单一，本发明很好的弥补了此缺陷。

实施例3：

如图2所示，在实施例2的基础上，锂离子电池恒流-恒压满充过程中温度的信号处理过程包括：

S201：在所述锂离子电池的每个表面上都设置有温度传感器，所述温度传感器实时采集每个表面的温度，检测到的温度信号转换为电信号；温度的电信号通过无线方式发送至所述控制器上的温度信号接收器；

S202：所述温度信号接收器将温度的电信号发送至所述控制器；

S203：所述控制器对温度的电信号进行预处理，所述控制器将所述温度传感器的温度的电信号处理为立体网状的温度分布图；

S204：根据锂离子电池监控平台的查询指令显示所述锂离子电池的温度分布信息。

本发明采用温度传感器对锂离子电池的表面温度进行采集，采用无线传输的方式，出现问题很容易更换，操作方便，便于维护；本发明获得的立体网状的温度分布图，便于对锂离子电池进行全方位的监控，若出现故障，温度分布图可以为后期故障的诊断提供参考，节约了维修、保养的周期，同时降低了成本。

实施例4：

如图3所示，在实施例1和实施例2的基础上，控制器接收的锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号进行降噪预处理具体包括：

S401：获取所述锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及所述恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号并进行编码，获得特征空间上的特征向量；

S402：计算编码获得的所述特征空间上的特征向量的掩码；对所述锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和所述运行电池欧姆内阻信号及恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号的带噪声样本信号处理，得到所述带噪声样本信号向量，变换得到稀疏信号；

S403：通过预设观测矩阵对所述稀疏信号的降维处理，获取对应于所述稀疏信号的观测信号；

S404：将观测信号对应的带噪声样本信号向量输入深度学习网络进行处理，得到样本信号比值膜向量以及噪声比值膜向量；将所述带噪声样本信号向量、所述样本信号比值膜向量以及所述噪声比值膜向量输入噪声分离层进行处理，得到所述带噪声样本信号对应的分离噪声的锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及所述恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号；

S405：输出锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及所述恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号至数据库，与数据库预存储的参数对比，得出参数对比结果。

本发明可准确得出分离噪声的锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及所述恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号，提高带噪声样本信号的降噪效果，提高锂离子电池的运行电压信号、运行电流信号和运行电池欧姆内阻信号及所述恒流-恒压满充过程中电压信号和电流信号的质量，进而提高数据库参数对比结果的准确度，有效的降低了噪声的干扰，为后面信号的处理提供了保障。

实施例5：

在实施例1的基础上，本发明实施例提供的数据库预存储的参数的处理过程包括：

创建预存储的数据库，将需要存储锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数输入到预存储的数据库，预存储的数据库在接收到相关参数之后对数据进行统筹，将数据进行排列存储；

采用数据读取分类对读取预存储的数据库内部的排列的相关参数的数据，在读取相关参数的数据的过程中，对排列好的相关参数的数据进行逐步读取；

让数据读取分类软件将预存储的数据库内部每个相关参数的数据进行逐步读取，读取每一条相关参数的数据之后，提取相关参数的数据读取分类软件的内部数据库的数据；

控制器接收锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数进行降噪预处理，与数据库预存储的参数对比，得出参数对比结果。

本发明通过对需要存储锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数分空间存储，不会错过任何一个数据，提高了锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数的存储的效率，优化了数据库的存储空间；同时，有利于提高与数据库预存储的参数对比，得出参数对比结果。

实施例6：

如图4所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的控制器通过无线网络将所述参数对比结果传送至锂离子电池监控平台具体包括：

S501：所述控制器通过无线网络与锂离子电池监控平台建立无线连接；

S502：锂离子电池监控平台查询所述控制器的身份特征；

S503：将所述身份特征与锂离子电池监控平台的存储单元内预存的身份特征进行比较，确认所述控制器的身份；

S504：锂离子电池监控平台向对应所确认的控制器发送无线传输请求，对参数对比结果进行无线传输；

S505：控制器反馈的参数对比结果出现异常时，锂离子电池监控平台主动触发所述控制器的报警装置；

S506：参数对比结果传输完毕后，控制器将无线连接由传输状态切换至监听状态，继续接收数据库的参数对比结果，若后期无参数对比结果，则进入休眠状态；

本发明节省了大量的人力物力，更能够让锂离子电池监控平台能够实时的监测到锂离子电池的状态，起到预警的作用，同时也大大提高锂离子电池的安全性和可靠性。无线传输可以方便、快速地在锂离子电池监控平台及控制器之间建立无线连接；而且无线传输存在休眠状态和监听状态，一定程度上节约了能源，同时延长了设备的使用寿命。

实施例7：

在实施例1的基础上，本发明实施例提供的锂离子电池监控平台存储有锂离子电池的相关参数的正常值和异常值，所述锂离子电池监控平台接收到控制器反馈的相关参数对比结果后与存储的正常值和异常值进行分析，若保持在正常值之内，则发出锂离子电池工作状态良好的信息；若不在正常值范围内，则发出锂离子电池不合格的信息；发送到控制器。

本发明的锂离子电池监控平台通过远程能够实现对锂离子电池的状态监控，同时根据控制器反馈的结果对锂离子电池的状态进行分析，并判断出锂离子电池的状态，能够进一步给出锂离子电池的处理建议和结果，便于能够实时了解锂离子电池的运行状态，锂离子电池工作状态良好则产品合格，锂离子电池不合格的信息，则再进行一次检测，若还不合格，则按照不合格产品处理，对于提高客户的体验度有很大帮助，大幅提高了锂离子电池检测的智能化水平，有效的解决了锂离子电池状态整体监控和判断的问题。

实施例8：

在实施例6的基础上，本发明实施例提供的控制器通过无线网络与锂离子电池监控平台建立无线连接的无线网络初始化包括：

控制器和锂离子电池监控平台均采用全双工模式；控制器以频率F

其中Y

本发明实现了控制器和锂离子电池监控平台的无线网络的初始化设置，有利于消除缓存，保证控制器和锂离子电池监控平台无线连接的成功率。本发明有利于能够有效的降低控制器和锂离子电池监控平台能耗，保证安全性。

实施例9：

如图5所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的锂离子电池的状态评估系统包括：

参数采集模块1，用于获取锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数；

控制器2，用于接收锂离子电池的状态相关参数和恒流-恒压满充过程中的相关参数进行降噪预处理；

数据库3，用于与数据库预存储的参数对比，得出参数对比结果；

无线传输模块4，用于实现控制器通过无线网络将所述参数对比结果传送至锂离子电池监控平台；

锂离子电池监控平台5，用于对参数对比结果进行分析，得出所述锂离子电池的状态评估结果，并给出相关处理对策，反馈至所述控制器。

本发明设置有参数采集模块便于对锂离子电池的相关参数进行监控，包含了运行、静止及充电过程中的参数，实现了对锂离子电池全方位的检测，便于锂离子电池监控平台能够准确无误的获取锂离子电池的荷电状态SOC状态和健康状态SOH状态。另外，本发明设置的控制器对相关参数进行了降噪预处理，提高了参数的准确性，保证了锂电池相关参数能准确的发送至锂离子电池监控平台；本发明的无线传输模块采用无线网络发送相关参数的数据，提高了数据发送的稳定性。本发明的锂离子电池监控平台根据相关参数最终得出锂离子电池的状态评估结果，并发送至控制器，对提高客户体验度有很大帮助。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。