[發明專利]一種時變溫度下的鋰電池健康狀態估計與剩余壽命預測方法

有效

• 申請號: 202110225334.9
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN112949060B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 唐圣金;許曉東;于傳強;孫曉艷;司小勝;葉輝
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/04;G06F111/08;G06F119/02
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 郭璐

本發明公開了一種時變溫度下的鋰電池健康狀態估計與剩余壽命預測方法，包括以下步驟：S1、基于維納過程、Power?Rule應力模型和Arrhenius溫度應力模型，構建時變溫度工況下的鋰電池性能退化模型；S2、基于極大似然估計方法估計鋰電池性能退化模型的先驗參數，然后根據檢測到的鋰電池的現場退化數據在線更新漂移系數的后驗分布；S3、根據檢測到的鋰電池的現場退化數據結合鋰電池的退化過程，即可得到期望、方差和概率密度分布表達式；S4、根據檢測到的鋰電池的現場退化數據結合鋰電池的退化過程以及剩余壽命與首達時間的關系，可得到鋰電池在時變溫度工況下，剩余壽命的概率密度分布函數。

技術領域

本發明屬于可靠性工程技術領域，具體涉及一種時變溫度下的鋰電池健康狀態估計與剩余壽命預測方法。

背景技術

鋰電池由于具有綠色環保、能量密度高、質量輕和壽命長等優點，已被廣泛應用于民用和軍用領域。然而，鋰電池一旦失效會引發應用系統的不便、停機甚至災難性事故，因此很有必要采取措施來保證鋰電池的安全性和可靠性。工程實踐表明，準確的健康狀態估計與剩余壽命預測是提高鋰電池可靠性和降低失效風險的重要方法。而現有的方法大都基于實驗室條件下的理想工況，未考慮實際使用復雜工況的影響，已經不能滿足實際的應用需求。

由于環境溫度變化、自身運行發熱等因素的影響，鋰電池實際使用過程中常處于時變溫度工作狀況，當工作在時變溫度條件下時，其放電容量和退化速率會隨著溫度的變化而變化。在實際使用中時變溫度工況會引起鋰電池性能的不規律退化，進而增加健康狀態估計與剩余壽命預測的復雜度和難度。因此研究時變溫度工況下的鋰電池健康狀態估計與剩余壽命預測方法對提高鋰電池實際使用中的安全性和可靠性具有重要的理論意義和工程應用價值。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種時變溫度下的鋰電池健康狀態估計與剩余壽命預測方法，科學預測時變溫度工況下鋰電池健康狀況、個體壽命和總體壽命特征量，以解決時變溫度工況下的鋰電池健康狀態估計與剩余壽命預測問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種時變溫度下的鋰電池健康狀態估計與剩余壽命預測方法，包括以下步驟：

S1、基于維納過程、Power?Rule應力模型和Arrhenius溫度應力模型，構建時變溫度工況下的鋰電池性能退化模型，得到基于退化過程的鋰電池健康狀態方程和時變溫度工況下的鋰電池剩余壽命概率密度函數；

S2、基于極大似然估計方法估計鋰電池性能退化模型的先驗參數，然后根據檢測到的鋰電池的現場退化數據在線更新漂移系數的后驗分布；

S3、根據檢測到的鋰電池的現場退化數據結合鋰電池的退化過程，即可得到鋰電池在時變溫度工況下的健康狀態估計的期望、方差和概率密度分布表達式，實現鋰電池健康狀態估計；

S4、根據檢測到的鋰電池的現場退化數據結合鋰電池的退化過程以及剩余壽命與首達時間的關系，可得到鋰電池在時變溫度工況下，剩余壽命的概率密度分布函數，從而實現鋰電池剩余壽命的預測。

優選的，步驟S1的具體過程如下：

S11、基于Arrhenius溫度應力模型，建立時變溫度工況下鋰離子電池的隨機退化速率模型，如下式(1)所示：

λ(T)＝ae^-c/T????(1)

其中，T為絕對溫度，c為固定參數，a為arrhenius模型參數；

為表示不同鋰離子電池之間的個體差異，令a服從高斯分布，即則時變溫度工況下鋰離子電池的隨機退化速率模型如下式(2)所示：