电池状态预警方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池状态预警方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

当前锂离子电池广泛使用于3C、汽车、储能等领域，但其安全问题尤其是其生命周期后期的安全问题一直是困扰业内的一个难题。业内一般会根据电池使用后剩余的可放电容量与其未使用时初始的可放电容量的比值来表征其健康度，并用BMS(电池管理系统)进行监控。

但是这种监控健康度的方法，需要对电池做一个完整的放电过程，即需要实际使用的电池从100％SOC状态，连续放电到0％状态，才能测出当前剩余的可放电容量。但是这不太符合用户实际的使用场景，即用户几乎不会等到电池电量放完才充电，正常情况下是根据实际用电需求随时充电和放电。因此，传统的电池健康度监控方式过于理想，不够准确。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种电池状态预警方法、装置、设备及存储介质，旨在解决传统的电池健康度监控方式需对电池做一个完整的放电过程，不符合用户实际的使用场景，其过程不够准确的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电池状态预警方法，所述方法包括以下步骤：

监测电池的当前电芯参数，并根据所述当前电芯参数确定所述电池的累积已放电能量数据；

获取所述电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据；

对所述累积已放电能量数据和所述累积最大放电能量数据进行状态处理，获得所述电池的电量使用度；

根据所述电量使用度和预设预警阈值对所述电池的电池状态进行预警。

可选地，所述获取所述电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据，包括：

获取所述电池在理想使用状态下的理想电池参数，所述理想电池参数包括最大设计充放电循环次数、理想恒流放电时间以及理想放电倍率；

在完整充放电循环次数下对所述电池进行实测，确定所述电池的单次放电时间下的电芯电压和放电容量值；

通过预设理想放电公式对所述最大设计充放电循环次数、所述理想恒流放电时间、所述理想放电倍率、所述单次放电时间、所述完整充放电循环次数、所述放电容量值以及所述电芯电压进行数据处理，获得所述电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据。

可选地，所述在完整充放电循环次数下对所述电池进行实测，确定所述电池的单次放电时间下的电芯电压和放电容量值，包括：

基于所述电池的完整充放电循环次数，确定所述电池对应的电芯从100％SOC状态恒流放电至0％SOC状态的放电容量值；

基于所述电池的完整充放电循环次数和单次放电时间，确定所述电池对应的电芯电压。

可选地，所述监测电池的当前电芯参数，并根据所述当前电芯参数确定所述电池的累积已放电能量数据，包括：

监测电池的当前电芯参数，并根据所述当前电芯参数确定所述电池在实际使用时对应的累积实际放电能量；

根据所述当前电芯参数，确定所述电池在累积静置下影响所述累积实际放电能量对应的静置消耗能量；

根据所述当前电芯参数，确定所述电池在累积充电时间下影响所述累积实际放电能量对应的充电消耗能量；

通过预设实际放电公式对所述累积实际放电能量、所述静置消耗能量以及所述充电消耗能量进行数据处理，获得所述电池的累积已放电能量数据。

可选地，所述预设理想放电公式为：

其中，Y

可选地，所述预设实际放电公式为：

Y

其中，Y

可选地，所述预设预警阈值包括一级预警阈值、二级预警阈值以及三级预警阈值，所述根据所述电量使用度和预设预警阈值对所述电池的电池状态进行预警，包括：

在所述电量使用度达到所述一级预警阈值时，生成第一预警信息，并将所述一预警信息发送至云服务器；

在所述电量使用度达到所述二级预警阈值时，生成第二预警信息，并将所述第二预警信息发送至用户，所述二级预警阈值大于所述一级预警阈值；

在所述电量使用度达到所述三级预警阈值时，关锁所述电池对应的设备，所述三级预警阈值大于所述二级预警阈值。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电池状态预警装置，所述装置包括：

电池监测模块，用于监测电池的当前电芯参数，并根据所述当前电芯参数确定所述电池的累积已放电能量数据；

数据获取模块，用于获取所述电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据；

使用度确定模块，用于对所述累积已放电能量数据和所述累积最大放电能量数据进行状态处理，获得所述电池的电量使用度；

状态预警模块，用于根据所述电量使用度和预设预警阈值对所述电池的电池状态进行预警。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电池状态预警设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的电池状态预警程序，所述电池状态预警程序配置为实现如上文所述的电池状态预警方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有电池状态预警程序，所述电池状态预警程序被处理器执行时实现如上文所述的电池状态预警方法的步骤。

本发明通过监测电池的当前电芯参数，并根据所述当前电芯参数确定所述电池的累积已放电能量数据；然后获取所述电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据；接着对所述累积已放电能量数据和所述累积最大放电能量数据进行状态处理，获得所述电池的电量使用度；最后根据所述电量使用度和预设预警阈值对所述电池的电池状态进行预警。由于本发明引入电量使用度的概念，基于电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据，通过实时监控电池的当前电芯参数，可直接确定电池的电池状态，从而不需要通过一次完整或接近完整的放电或充电过程来标定电池的健康度。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的电池状态预警设备的结构示意图；

图2为本发明电池状态预警方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明电池状态预警方法第二实施例的流程示意图；

图4为本发明电池状态预警装置第一实施例的结构框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的电池状态预警设备的结构示意图。

如图1所示，该电池状态预警设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对电池状态预警设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及电池状态预警程序。

在图1所示的电池状态预警设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明电池状态预警设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在电池状态预警设备中，所述电池状态预警设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的电池状态预警程序，并执行本发明实施例提供的电池状态预警方法。

本发明实施例提供了一种电池状态预警方法，参照图2，图2为本发明电池状态预警方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述电池状态预警方法包括以下步骤：

步骤S10：监测电池的当前电芯参数，并根据所述当前电芯参数确定所述电池的累积已放电能量数据。

需要说明的是，本实施例方法的执行主体可以是具有监测电池、数据处理以及状态预警功能的电子设备，例如车载电脑等，还可以是能够实现相同或相似功能的其他电子设备，例如上述电池状态预警设备，本实施例对此不加以限制。此处以上述电池状态预警设备(简称预警设备)对本实施例和下述各实施例进行具体说明。

可理解的是，当前电芯参数是实时监测获得的电池的相关参数，例如电池电芯的电压、温度、充电电流、放电电流、充电时间、放电时间、未放电时间等实时参数。

应理解的是，累积已放电能量数据是电池在实际使用过程中已经释放的总能量，也可以理解为电池已经将多少能量输出到外部设备中。通过了解电池的累积已放电能量数据可帮评估电池的使用状况和寿命。

步骤S20：获取所述电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据。

需要说明的是，累积最大放电能量数据是电池在理想使用状态下设计的能够释放的最大能量。需要注意的是，实际使用中，由于各种因素的影响(如温度、电流大小等)，电池的实际放电能量会略有偏差，难以完全达到额定容量。因此，可通过了解电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据和实际的累积已放电能量数据来评估电池的使用状况和寿命。

步骤S30：对所述累积已放电能量数据和所述累积最大放电能量数据进行状态处理，获得所述电池的电量使用度。

需要说明的是，电量使用度是本发明实施例引入的表示电池使用状态的概念，主要通过实时监控的当前电芯参数，以及电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据，可直接实时监控电池的健康状态，而不需要通过一次完整(或接近完整)的放电或充电过程来标定电池的健康度。

具体的，电量使用度可通过累积已放电能量数据和累积最大放电能量数据的比值表示，其公式可为：

α＝Y

其中，α表示电量使用度；Y

在具体实现中，预警设备实时监测电池的当前电芯参数，例如电池电芯的电压、温度、充电电流、放电电流、充电时间、放电时间、未放电时间等实时参数。根据所述当前电芯参数以确定所述电池的累积已放电能量数据，从而可通过了解电池的累积已放电能量数据可帮评估电池的使用状况和寿命，进一步计算出电池的电量使用度。

步骤S40：根据所述电量使用度和预设预警阈值对所述电池的电池状态进行预警。

需要说明的是，预设预警阈值是在电量使用度达到特定数值时，所设置的警报数值。为了确保电池安全和有效的运行，预设预警阈值被设置为超过正常范围或可接受限制的数值。当电量使用度达到或超过这个设定的阈值时，预警设备会发出警报，以便操作人员能够及时采取措施，避免进一步的问题或故障。需要注意的是，预设预警阈值可设置多个等级，根据不同等级进行不同程度的预警。

在具体实现中，预警设备可对电量使用度和预设预警阈值进行不同程度的判断，当电量使用度达到或超过设定的预设预警阈值时，预警设备会据不同等级进行不同程度的预警，以便操作人员能够及时采取措施，避免进一步的问题或故障。

本实施例预警设备实时监测电池的当前电芯参数，例如电池电芯的电压、温度、充电电流、放电电流、充电时间、放电时间、未放电时间等实时参数。根据所述当前电芯参数以确定所述电池的累积已放电能量数据，从而可通过了解电池的累积已放电能量数据可帮评估电池的使用状况和寿命，进一步计算出电池的电量使用度。最后对电量使用度和预设预警阈值进行不同程度的判断，当电量使用度达到或超过设定的预设预警阈值时，预警设备会据不同等级进行不同程度的预警，以便操作人员能够及时采取措施，避免进一步的问题或故障。由于本实施例引入电量使用度的概念，基于电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据，通过实时监控电池的当前电芯参数，可直接确定电池的电池状态，从而不需要通过一次完整或接近完整的放电或充电过程来标定电池的健康度。

参考图2和图3，图3为本发明电池状态预警方法第二实施例的流程示意图。基于上述第一实施例，在本实施例中，所述步骤S20包括：

步骤S21：获取所述电池在理想使用状态下的理想电池参数，所述理想电池参数包括最大设计充放电循环次数、理想恒流放电时间以及理想放电倍率。

需要说明的是，最大设计充放电循环次数是电池设计的最大完整充放电循环次数，根据电池电芯设计的不同需求而异，例如磷酸铁锂电芯一般是3000或5000、10000、15000、20000等次数，本实施例对此不加以限制。

可理解的是，理想恒流放电时间是电池电芯从100％SOC状态，以R倍率恒流放电至0％SOC状态，所需要的时间。其中，SOC状态是电池的荷电状态，用于表征电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。

应理解的是，理想放电倍率是电池能够以多少倍于其额定容量的电流进行放电，同时仍能保持良好的性能和稳定的电压输出的倍率。然而，在实际使用中，电池的放电倍率可能会受到一些限制，如温度、电池内阻以及电池化学特性等因素的影响。过高的放电倍率可能会导致电池的过热、容量损失、电压下降或甚至损坏。因此，需要根据具体电池的规格和设计要求来确定其理想放电倍率，比如0.1或者0.2、0.5等，以确保电池的正常运行和寿命。

步骤S22：在完整充放电循环次数下对所述电池进行实测，确定所述电池的单次放电时间下的电芯电压和放电容量值。

需要说明的是，完整充放电循环次数是电池能够完成充电和放电过程的循环次数，在此过程中电池容量逐渐降低直至无法再提供可接受的能量输出。

可理解的是，电芯电压是指电池在工作状态下的电压值，反映的是电池的电势差或电动势，是电池提供电能给外部设备的基本指标。

应理解的是，放电容量值是电池能够从满电状态开始，持续放电直到电池电压降到一定程度时所释放的能量总量。

步骤S23：通过预设理想放电公式对所述最大设计充放电循环次数、所述理想恒流放电时间、所述理想放电倍率、所述单次放电时间、所述完整充放电循环次数、所述放电容量值以及所述电芯电压进行数据处理，获得所述电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据。

在实际实现中，本实施例中所述预设理想放电公式为：

其中，Y

进一步地，本实施例中在步骤S22包括：基于所述电池的完整充放电循环次数，确定所述电池对应的电芯从100％SOC状态恒流放电至0％SOC状态的放电容量值；基于所述电池的完整充放电循环次数和单次放电时间，确定所述电池对应的电芯电压。

需要说明的是，C(y)为不同循环次数y时，对应的电池电芯从100％SOC状态以R倍率恒流放电至0％SOC状态所能放出的放电容量值，是一个实测的模拟函数，当实测的数据充足时，可按表1的格式写入数据，求得放电容量值。

表1

当实测的数据行数不足时，可写入已有的实测数据，然后按已有数据回归模拟出不足的数据，其回归函数如下所示：

C′(y)＝k

通过回归函数可得出对应的多项式，使得已有数据按模拟函数计算偏差，算出的C(y)值与实测的C(y)值总的偏差δ1低于5％为止。其偏差计算公式如下所示：

其中，K0、k1、k2、k3……为回归函数中各项系数，n为已有的测试数据行数。

需要说明的是，U(x,y)为不同循环次数y的不同放电时间x时，对应的电芯电压。这是一个实测的经验函数，当实测的数据充足时，可按表2的格式写入。

表2

当实测的数据行数不足时，写入已有的实测数据，然后按已有数据回归模拟出每列不足的数据，其回归模拟函数为：

U′(x,y)＝b

通过回归模拟函数得出对应的多项式，使得已有数据按模拟函数U(x,y)计算偏差，算出的U(x,y)值与实测的U(x,y)值总的偏差δ2低于5％为止。其偏差公式如下所示：

其中，b0(x)、b1(x)、b2(x)、b3(x)……为回归模拟函数中各项系数，n为已有的测试数据行数。

进一步地，本实施例中在步骤S10包括：监测电池的当前电芯参数，并根据所述当前电芯参数确定所述电池在实际使用时对应的累积实际放电能量；根据所述当前电芯参数，确定所述电池在累积静置下影响所述累积实际放电能量对应的静置消耗能量；根据所述当前电芯参数，确定所述电池在累积充电时间下影响所述累积实际放电能量对应的充电消耗能量；通过预设实际放电公式对所述累积实际放电能量、所述静置消耗能量以及所述充电消耗能量进行数据处理，获得所述电池的累积已放电能量数据。

需要说明的是，累积实际放电能量是考虑温度、电压、放电倍率等因素影响后，电池折算的累积实际放电能量，单位Wh。

可理解的是，静置消耗能量是考虑温度、电压等因素影响后，电池折算的累积静置(不放电)时间对总放电能量的消耗影响，单位Wh。

应理解的是，充电消耗能量是考虑温度、电压、充电倍率等因素影响后，电池折算的累积充电时间对总放电能量的消耗影响，单位Wh。

在实际实现中，本实施例中所述预设实际放电公式为：

Y

其中，Y

具体的，A、B、C的计算公式如下：

其中，t

f

表3

其中，U

f

进一步地，本实施例中所述预设预警阈值包括一级预警阈值、二级预警阈值以及三级预警阈值，所述步骤S40包括：在所述电量使用度达到所述一级预警阈值时，生成第一预警信息，并将所述一预警信息发送至云服务器；在所述电量使用度达到所述二级预警阈值时，生成第二预警信息，并将所述第二预警信息发送至用户，所述二级预警阈值大于所述一级预警阈值；在所述电量使用度达到所述三级预警阈值时，关锁所述电池对应的设备，所述三级预警阈值大于所述二级预警阈值。

在具体实现中，如图表4所示，算出电量使用度后，可按电量使用度的不同阈值，分级做出相应响应。在α＜L1时，正常使用，不必有任何预警，其中，L1为一级预警阈值，例如0.8。在L1≤α＜L2时，给管理后台发送预警信息，后台管理人工决定是否人为干预维护，其中，L2为二级预警阈值，例如0.9。在L2≤α＜L3时，给用户发送电池寿命即将到期的预警信息，其中，L3为三级预警阈值，例如1。在α≥L3时，锁死设备，禁止使用。

表4

本实施例引入电量使用度的概念，基于电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据，实时监控电池的当前电芯参数，通过上述公式可直接确定电池的电池状态，从而不需要通过一次完整或接近完整的放电或充电过程来标定电池的健康度。

此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有电池状态预警程序，所述电池状态预警程序被处理器执行时实现如上文所述的电池状态预警方法的步骤。

参照图4，图4为本发明电池状态预警装置第一实施例的结构框图。

如图4所示，本发明实施例提出的电池状态预警装置包括：

电池监测模块401，用于监测电池的当前电芯参数，并根据所述当前电芯参数确定所述电池的累积已放电能量数据；

数据获取模块402，用于获取所述电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据；

使用度确定模块403，用于对所述累积已放电能量数据和所述累积最大放电能量数据进行状态处理，获得所述电池的电量使用度；

状态预警模块404，用于根据所述电量使用度和预设预警阈值对所述电池的电池状态进行预警。

本实施例预警设备实时监测电池的当前电芯参数，例如电池电芯的电压、温度、充电电流、放电电流、充电时间、放电时间、未放电时间等实时参数。根据所述当前电芯参数以确定所述电池的累积已放电能量数据，从而可通过了解电池的累积已放电能量数据可帮评估电池的使用状况和寿命，进一步计算出电池的电量使用度。最后对电量使用度和预设预警阈值进行不同程度的判断，当电量使用度达到或超过设定的预设预警阈值时，预警设备会据不同等级进行不同程度的预警，以便操作人员能够及时采取措施，避免进一步的问题或故障。由于本实施例引入电量使用度的概念，基于电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据，通过实时监控电池的当前电芯参数，可直接确定电池的电池状态，从而不需要通过一次完整或接近完整的放电或充电过程来标定电池的健康度。

基于本发明上述电池状态预警装置第一实施例，提出本发明电池状态预警装置的第二实施例。

在本实施例中，所述数据获取模块402，还用于获取所述电池在理想使用状态下的理想电池参数，所述理想电池参数包括最大设计充放电循环次数、理想恒流放电时间以及理想放电倍率；在完整充放电循环次数下对所述电池进行实测，确定所述电池的单次放电时间下的电芯电压和放电容量值；通过预设理想放电公式对所述最大设计充放电循环次数、所述理想恒流放电时间、所述理想放电倍率、所述单次放电时间、所述完整充放电循环次数、所述放电容量值以及所述电芯电压进行数据处理，获得所述电池在理想使用状态下的累积最大放电能量数据。

进一步地，所述预设理想放电公式为：

其中，Y

进一步地，所述数据获取模块402，还用于基于所述电池的完整充放电循环次数，确定所述电池对应的电芯从100％SOC状态恒流放电至0％SOC状态的放电容量值；基于所述电池的完整充放电循环次数和单次放电时间，确定所述电池对应的电芯电压。

进一步地，所述电池监测模块401，还用于监测电池的当前电芯参数，并根据所述当前电芯参数确定所述电池在实际使用时对应的累积实际放电能量；根据所述当前电芯参数，确定所述电池在累积静置下影响所述累积实际放电能量对应的静置消耗能量；根据所述当前电芯参数，确定所述电池在累积充电时间下影响所述累积实际放电能量对应的充电消耗能量；通过预设实际放电公式对所述累积实际放电能量、所述静置消耗能量以及所述充电消耗能量进行数据处理，获得所述电池的累积已放电能量数据。

进一步地，所述预设实际放电公式为：

Y

其中，Y

进一步地，所述预设预警阈值包括一级预警阈值、二级预警阈值以及三级预警阈值，所述状态预警模块404，还用于在所述电量使用度达到所述一级预警阈值时，生成第一预警信息，并将所述一预警信息发送至云服务器；在所述电量使用度达到所述二级预警阈值时，生成第二预警信息，并将所述第二预警信息发送至用户，所述二级预警阈值大于所述一级预警阈值；在所述电量使用度达到所述三级预警阈值时，关锁所述电池对应的设备，所述三级预警阈值大于所述二级预警阈值。

本发明电池状态预警装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。