徐明 (中国北京市海淀区中关村大街27号中关村大厦18层, Beijing 0, 100080, CN)
ZHANG, Xiaofei (18th Floor, Zhongguancun BuildingNo. 27, Zhongguancun Stree, Haidian District Beijing 0, 100080, CN)
张小飞 (中国北京市海淀区中关村大街27号中关村大厦18层, Beijing 0, 100080, CN)
NAKAMURA, Yasuhiro (1006, Oaza KadomaKadoma-shi, Osaka, 571-8501, JP)
中村康浩 (日本大阪府门真市大字门真1006番地, Osaka, 571-8501, JP)
松下电器产业株式会社 (日本大阪府门真市大字门真1006番地, Osaka, 571-8501, JP)
XU, Ming (18th Floor, Zhongguancun BuildingNo. 27, Zhongguancun Stree, Haidian District Beijing 0, 100080, CN)
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| 权 利 要 求 1. 一种获取电池的劣化度的方法， 包括步骤： 采集电池数据以及与电池的劣化度有关的数据， 处理所采集到的电池 数据和与电池的劣化度有关的数据， 以获得与电池的劣化度有关的参数； 利用得到的与电池的劣化度有关的参数构建电池劣化度模型， 并用与 电池的劣化度有关的参数来更新电池的劣化度模型； 利用电池劣化度模型和与电池的劣化度有关的参数计算电池的劣化 度 o 2.根据权利要求 1所述的方法， 进一步包括根据实际测量的电池劣化 度的数值及采集到的与劣化度相关的参数， 构建电池初始劣化度模型或对 电池劣化度模型进行更新校准的步骤。 3.根据权利要求 1所述的方法， 进一步包括将所获得的与电池劣化度 有关的参数依次存储形成劣化度参数履历表的步骤。 4.根据权利要求 1所述的方法， 进一步包括利用所获得的与电池劣化 度有关的参数对劣化度模型进行更新与校准的步骤。 5根据权利要求 1所述的方法， 其中与电池劣化度有关的参数包括电 池参数、 汽车的类型及车载电器设备的参数、 汽车行走的路况参数、 环境 参数四元参数组 （E、 V、 P、 B)。 6.根据权利要求 5所述的方法， 所述四元参数组（E、 Vv P、 B- )包括 或者转化自包括电池 ID、 电池品牌、 电池型号、 电池类型、 电池品质、 电 池出厂日期、 电池出厂价格、 额定满充电量、 放电电流、 放电电压、 电池 内阻、 环境温度的数据。 7.根据权利要求 1所述的方法， 进一步包括通过电池劣化度来计算电 池残值的步骤。 8.根据权利要求 1所述的方法， 其中采用线性数据插值方法来更新电 池的劣化度模型。 9.一种获取电池的劣化度的系统， 包括： 数据采集装置， 用于釆集电池数据以及与电池的劣化度有关的数据， 处理所采集到的电池数据和与电池的劣化度有关的数据， 以获得与电池的 劣化度有关的参数， 并将参数依次存储于劣化参数履历表中； 模型构建与更新装置， 用于利用得到的与电池的劣化度有关的参数构 建电池劣化度模型， 并用与电池的劣化度有关的参数更新电池劣化度模 型； 劣化度计算装置， 用于利用电池劣化度模型和与电池的劣化度有关的 参数计算电池的劣化度。 10.根据权利要求 9所述的系统，进一步包括劣化度存储装置， 用于存 储所述劣化参数履历表和采集到的电池数据、 与电池劣化度有关的数据、 处理后得到的与电池的劣化度有关的参数。 11.根据权利要求 9所述的系统， 进一步包括劣化度模型校准装置， 用 于利用实际测量的电池劣化度的数值及采集到的与劣化度相关的参数对 劣化度模型进行更新与校准。 12.根据权利要求 11所述的系统， 其中所述劣化度模型校准装置根据 通过实际测量获得的电池劣化度的数值及采集到的与劣化度相关的参数 对劣化度模型中非实际测量得到的部分进行更新与校准。 Π.根据权利要求 9所述的系统，其中劣化度模型构建及更新装置根据 通过实际测量得到的电池数据构建电池初始劣化度模型。 14.根据权利要求 10所述的系统， 还包括数据分析装置， 其中根据劣 化度模型计算得到的劣化度数据保存于所述劣化度存储装置中并提供给 数据分析装置， 所述数据分析装置利用劣化度存储装置存储的电池数据、 与电池劣化度有关的数据、 处理后得到的与电池的劣化度有关的参数和对 应的劣化度数据， 分析得到外部的数据应用子系统的预定参数与对应的劣 化度数据之间的关系，：并将分析结果提供给外部的劣化度数据应用子系 统。 15.根据权利要求 9所述的系统，其中所述劣化度计算装置计算的结果 提供给数据采集装置并暂存在其中。 16.根据权利要求 10所述的系统， 其中劣化度存储装置包括用于存储 需要长期保存的数据的长期存储区域； 和用于存储能够按照预定条件删除 的数据暂存区域。 17.根据权利要求 9所述的系统， 电池劣化度模型 Ds中， 包括电池属 性参数 fb， 与 池:充放 ί€有关的参数 fp， 电池使闭环境参数 fe， 和与车辆 有关的参数 。' 18.根据权利要求 9所述的系统，其中所述电池劣化度计算装置根据电 池的劣化度来计算电池的残值。 19.根据权利要求 9所述的系统，其中数据采集装置通过传输网络将采 集到的电池数据传送给模型构建与更新装置，所述传输网络是包括 ADSL, HD-PLC, 或 FTTH的有线传输方式。 20.根据权利要求 19 所述的系统， 其中所述传输网络是包括 WiFi， GSM/3G/4G及各种近距离无线传输方式的无线传输方式。 21. 根据权利要求 9所述的系统， 其中电池数据的采集分为一次性采 集、 定时采集、 条件触发性采集。 22.根据权利要求 21所述的系统， 其中数据采集装置是车载装置， 单 独的采集装置， 或安装于充电设备或电池交换设备上的装置。 23. 根据权利要求 9所述的系统， 进一步包括利用所获取的电池劣化 度数值及劣化度参数履历表来控制电池的充电过程。 24. 根据权利要求 9所述的系统， 进一步包括利用所获取的电池劣化 度数值及劣化度参数履历表及汽车行驶方式， 来控制电池的充放电过程。 25. 根据权利要求 9所述的系统， 其中所使用的电池包含能够自由更 换和组配其中一部分电池块的自由式电池包。 26.—种电池劣化度模型的生成和更新方法， 包括步骤: 将电池的劣化度参数履历表数据传递给电池应用管理中心； 电池应用管理中心将劣化度参数履历表数据记录到数据库中， 利用劣 化度参数履历表数据更新电池的劣化度模型； 在数据库中査找电池对应的劣化度模型数据项， 如果不存在与电池对 应的劣化度模型数据项， 则根据电池劣化度相关参数和新计算得到的劣化 度数值更新电池劣化度模型， 生成相应的数据项。 27. 根据权利要求 26所述的方法，其中当劣化度模型的劣化度相关参 数与采集处理得到的电池的劣化度相关参数之间的差大于预定值时， 生成 扩展劣化度模型的新的数据项， 其中预定值的大小是根据劣化度模型的精 度要求来设定的。 28.—种电池应用系统， 包括电池充电站、 换电站、 家庭充电、 和 /或 各种电动汽车蓄电系统， 利用权利要求 1至 8中的任何一项所述的获取电 池的劣化度的方法所获取的电池的劣化度来确定电池的使用方式。 29.—种电池应用系统， 包括电池充电站、 换电站、 家庭充电、 和 /或 各种电动汽车蓄电系统， 根据电池的劣化度及残值， 以及劣化度参数履历 表对电池进行各种目的的控制。 30.根据权利要求 28或 29所述的电池应用系统，其中电池的使用方式 包括根据电池的唯一标识 （ID)， 通过网络连接到电池服务系统 （BSC ) 并进行检索获取电池的劣化度信息， 然后利用所述劣化度信息。 |
本发明涉及一种获取电池的劣化度的方法和系 统， 以及基于该方法和 系统的二次电池运营系统。 具体而言， 涉及用于获取电动汽车的电池的劣 化度的方法和系统。 通过准确地获取电池的劣化度， 从而方便、 合理地计 量电池的残值， 并根据获取的电池残值信息来实现与电池的各 种有效利用 和流通相关的二次电池的管理运营系统。 背景技术
如今， 节能与环保已经成为各行各业普遍关注的焦点 。 随着汽车行业 蓬勃发展， 新能源汽车也成为各国都非常重视的一个新兴 产业。 与传统的 内燃机汽车相比， 新能源汽车具有节能、 环保等特点。 但是， 目前的新能 源汽车因电池本身的问题而难以大规模进入产 业化生产和市场， 不能满足 普通用户的需求。 这些问题包括： 电池能量密度低。 例如， 目前锂离子电 池的能量密度大约为 150wh/kg， 而汽油的能量密度是 10000~12000wh/kg。 另外， 电池快速充电的能力较差， 满充电时间过长。 以目前的充电能力， 满充电大概需要 3〜5个小时。 除了在家充电以外， 普通消费者难以接受这 样的充电速度。 即使采用非饱和充电的快速充电方法， 通常也需要 30分 钟左右的时间。 此外， 电池的价格较高。 例如， 目前锂离子电池单位容量 的价格大约在 3~5元 Avh， 一辆轿车的电池费用大约在几万到几十万不等 。 另外， 还存在着对电池安全性的要求。 电池由于其储能大大高于移动设备 内置电池， 同时在遭遇极端情况时面临碰撞、 挤压、 高温等情况的可能性 较高， 因此对安全性的要求也进一步提高了电动汽车 电池的成本。
电池的上述各种问题， 最终可以通过电池本身的技术进步得到解决。 但是， 在短时间内还难以从根本上解决电池充电慢， 价格高的问题。
鉴于上述电池充电时间长及成本过高的问题， 已经通过采用新的电池 运营模式来解决这些问题。一种现有的运营模 式是通过更换电池来替代对 电池充电。 与充电相比， 更换电池的时间通常可以缩短到一、 两分钟。 与 电池更换相关联的另外一种方式是电池租赁的 方式。 电动车的所有者不需 要购买高价的电池， 只需要支付电池的租赁费用， 因此可以大幅度降低电 动汽车的初始购置成本。 另外一种方式是对电池进行终生的有效利用， 从 而间接地降低作为汽车电池使用阶段的成本。 例如， 当电池的性能劣化度 致使电容量降低到额定容量的某一比率 （例如： 80%) 时， 可以作为家庭 或商业设施里的储电电池使用。 当电池容量进一步降低至某一值时， 还可 以进行回收利用。 作为另外一种方式， 电动汽车的电池也可以在汽车所有 者之间进行流通或交换， 从而降低电池的持有或使用成本。
另外， 也可以将电池设计为容量相对较小的标准电池 包。 电动汽车可 以按照其使用需求， 自由地配置标准电池包的数目。 标准电池包的电容量 可以根据日常使用中一天的走行距离所需的电 池容量来确定。 目前的电动 汽车只具有一个电池包 （组）， 电池的更换也只是对这个电池包 （组） 进 行更换。
但是， 上述方式都面临着一个共同的技术问题， gp， 需要有一种技术 方法来准确地知道电池的劣化度程度。 就是说， 需要准确地知道电池的残 余寿命， 并根据电池的残余使用价值作为租赁、 流通等的价值判断基准。
现有的一种获取电池劣化度或残余寿命的方法 ， 是通过对电池进行充 放电实验来获得电池的劣化度。 但是， 这种方法需要对电池满充电并进行 快速放电， 测量所需的时间很长并且对电池造成损害， 因此不适用于电池 运营的目的。
另外， 现有的电池交换方案主要用于移动终端设备。 利用移动终端设 备的电池在租赁使用过程中己经充电的次数与 电池的使用时间这两个参 数来推算电池在租赁前后的残余价值， 并以此来确定该租赁电池的收费金 额。 然而， 手机等移动终端设备的电池的使用环境相对稳 定并且其使用方 式也相对固定。 因此， 根据移动终端电池的劣化度与充电次数及使用 时间 基本上可以反映移动终端电池的劣化度。 但是， 对于电动汽车而言， 由于 行驶的路况，. 季节或气候环境， 使用者驾驶习惯、 车载电器设备的差异及 使用情况等多方面的差异， 导致电动汽车的动力，. 电池的劣化度也呈现出 不同的性质。
图 4示出了移动终端设备使用的电池与电池（EV) 劣化度曲线示意 图。 如图 4所示， 其横轴表示电池使用时间与电池的充电次数之 比， 纵轴 表示电池的残值。从图 4给出的移动终端设备所使用电池的劣化度曲 可 以看出, 移动终端设备的电池的劣化度曲线是线性的， 基于电池的充电次 数及使用时间基本上可以反映电池的劣化度。 而电动汽车的电池的劣化度 状况与充电次数及使用时间之间呈现出一种不 确定的非线性的关系， 仅用 充电次数及使用时间无法准确地反映出电池的 劣化度程度。
现有的估算电动汽车电池的劣化度的方法考虑 到了不同车型（车的重 量、 车载空调等电器设备的配置）、 汽车行驶的不同路况及外部环境对电 池劣化度的影响。该方法通过实际测试得到上 述各劣化度因素在一部分或 某些典型的条件下电池的劣化度值并保存下来 。然后在实际的电池劣化度 计算过程中， 通过查找与数据库中保存下来的各种情况最为 相近的条目， 以此来确定当前电池的劣化度。 但是， 该方法是通过建立数目有限的电池 劣化度数据库来估计各种实际情况下的电池的 劣化度， 而电动汽车在实际 使用中， 影响电池劣化度的各个因素的实际参数与数据 库中的对应参数并 不完全相同， 因此导致电池的实际劣化度与通过劣化度数据 库检索得到的 劣化度之间产生了误差。 图 5示出了不同电池个体之间劣化度曲线的差异 性。 如图 5所示， 不同电池的实际劣化度模式是不同的， 并且与基准模型 之间存在着偏差。
进一步， 在电池租赁或电池交换的运营模式下， 不同厂家的电池有可 能会使用于不同汽车公司的不同车型下。 由于汽车电池 （如锂离子电池） 的固有特性， 即使是同一型号的电池， 也具有个体性能的差异， 而不同厂 家的电池间的个体差异性将更加显著。 因此， 影响电池劣化度的各种因素 的相互作用的可能组合将变得庞大， 在这种使用情形下， 这种电池劣化度 测量方法的误差将进一步扩大， 无法提供电池租赁运营所要求的测量精 度。通过预先建立一个规模更大的劣化度数据 库可以在一定程度上降低测 量的误差， 但考虑到电池种类、 汽车型号、 路况、 驾驶习惯、 气候环境等 多种因素对电池劣化度影响的复杂性， 要预先建立一个满足测量精度要求 的数据库是非常困难的。 发明内容
鉴于现有技术中的上述问题， 本发明的一个目的是提供一种获取电池 的劣化度的方法和系统， 能够精确地获取电池的劣化度。 通过本发明的方 法和系统， 利用与劣化度有关的参数对劣化度模型进行逐 步更新， 利用更 新后的劣化度模型进行计算， 从而获得高精度的电池劣化度。
本发明的另一个目的是提供基于获取的电池劣 化度的相关信息来实 现电池的租赁、 交换、 流通和重复利用等所需要的各种方法。 >
根据本发明的一个方面， 提供一种获取电池的劣化度的方法， 包括步 骤： 采集电池数据以及与电池的劣化度有关的数据 ， 处理所采集到的电池 数据和与电池的劣化度有关的数据， 以获得与电池的劣化度有关的参数； 利用得到的与电池的劣化度有关的参数构建电 池劣化度模型， 并用与电池 的劣化度有关的参数来更新电池的劣化度模型 ； 利用电池劣化度模型和与 电池的劣化度有关的参数计算电池的劣化度。
根据本发明的另一个方面，提供一种获取电池 的劣化度的系统，包括： 数据采集装置， 用于采集电池数据以及与电池的劣化度有关的 数据， 处理 所采集到的电池数据和与电池的劣化度有关的 数据， 以获得与电池的劣化 度有关的参数， 并将参数依次存储于劣化参数履历表中； 模型构建与更新 装置， 用于利用得到的与电池的劣化度有关的参数构 建电池劣化度模型， 并用与电池的劣化度有关的参数更新电池劣化 度模型； 劣化度计算装置， 用于利用电池劣化度模型和与电池的劣化度有 关的参数计算电池的劣化 度。
根据本发明的另一个方面， 提供一种电池劣化度模型的生成和更新方 法，包括步骤：将电池的劣化度参数履历表数 据传递给电池应甩管理中心; 电池应用管理中心将劣化度参数履历表数据记 录到数据库中， 利用劣化度 参数履历表数据更新电池的劣化度模型； 在数据库中查找电池对应的劣化 度模型数据项， 如果不存在与电池对应的劣化度模型数据项， 则根据电池 劣化度相关参数和新计算得到的劣化度数值更 新电池劣化度模型， 生成相 应的数据项。
本发明还提出了使用劣化度相关信息的数据应 用子系统。这些数据应 用子系统可以包括电池充电站、 换电站、 家庭充电、 各种电动汽车， 和蓄 电系统等应用电池的场所。数据应用子系统利 甩本系统提供的劣化度数据 以及劣化度数据和电池相关的数据、 劣化度相关的参数之间的关系， 为电 池的交换、 充电、 管理、 车辆的行驶等方面提供帮助。
根据本发明， 由于在初始劣化度基础上进行的模型更新工作 中需要 采用一定的数学方式推算模型的其他部分， 可能会产生一定误差， 因此本 发明也提出了一种劣化度模型校准的方法。 附图说明
通过下面结合附图说明本发明的优选实施例， 将使本发明的上述及其 它目的、 特征和优点更加清楚， 其中：
图 1示出根据本发明获取电池劣化度的系统的基 结构方框图； 图 2示出了在图 1所示的系统中加入劣化度模型校准模块的系 结构 方框图；
图 3示出了在图 1所示的系统中加入数据分析与应用模块的系 结构 方框图；
图 4示出了移动终端设备使用的电池与电池（EV )的劣化度曲线示意 图；
图 5是显示不同电池个体之间劣化度曲线之间的 异的示意图； 图 6是根据本发明获取电池劣化度的系统与其它 统结合的一个优选 实施例的方框图；
图 7是显示电池劣化度因素的参数采集子系统和 输网络的一个实施 例的示意图；
图 8是显示图 7所示的信息交换适配器模块的详细结构；
图 9是显示根据本发明的测量电池的劣化度的系 的数据应用子系统 的实施例；
图 10示出了根据本发明的电池劣化度模型的生成 更新过程的实施 例的示意图；
图 11是显示利用电池劣化度模型计算电池残值的 程的示意图； 图 12是显示电池残值估算模块的示意图；
图 13 示出了根据本发明获取电池劣化度的系统进行 运营的运营系统 的模块示意图； 图 14是显示 DCL模块工作流程的示意图； 和
图 15是根据本发明的劣化度计算模块的工作流程 具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施例进行详细说明 ， 在描述过程中省略了 对于本发明来说是不必要的细节和功能， 以防止对本发明的理解造成混 淆。
下面描述根据本发明的获取电池劣化度的系统 的优选实施例。 应该理 解的是， 本发明不限于这里给出的馬体实施例， 而是可以在不脱离本发明 思想的情况下， 根据具体情况， 对本发明的获取电池劣化度的系统及其应 用给出不同的组合。 根据本发明的一个优选实施例， 本发明获取电池的劣 化度的系统包含下述几个相互作用的子系统：
1 ) 电池劣化度因素的参数采集子系统；
2 ) 电池劣化度模型的构建及更新子系统；
3 ) 电池劣化度的计算子系统； 和
4) 电池劣化度相关参数 DCL存储系统。
另外， 根据本发明的获取电池劣化度的系统还可以包 含：
5 ) 劣化度模型校准系统。
6) 基于电池劣化度的数据应用子系统。
图 1示出了根据本发明获取电池劣化度的系统的 选实施例的基本结 构方框图。 根据该实施例， 获取电池劣化度的系统包含与电池系统相连的 采集子系统 11， 模型构建与更新子系统 12， 劣化度计算子系统 13和劣化 度参数履历表 （DCL: Degradation Condition Log) 存储子系统 14。 劣化度 相关参数采集子系统 11 与电池系统相连， 用于从电池或者其管理系统处 采集电池的各种数据， 并将劣化度数据等信息传递给电池系统。 采集子系 统 11 对采集到的电池的各种原始数据以及其它数据 进行处理， 得到与劣 化度有关的参数， 并将经处理得到的数据传递给模型构建与更新 子系统 12。 采集子系统 11 还将采集到的电池的各种参数与经处理得到的 电池数 据存储到 DCL存储子系统 14。 劣化度计算子系统 13与 DCL存储子系统 14和模型构建与更新子系统 12分别相连， 并从这两个子系统获取与劣化 度有关的参数和更新后的劣化度模型， 并进行电池的劣化度计算， 然后将 计算后的结果传递给 DCL存储子系统保存。 DCL存储电池的各种数据和 参数， 作为相应电池的历史数据。
图 2示出了图 1所示的获取电池劣化度的系统加入劣化度模 校准子 系统 15 的系统结构图。 为了获取电池的基本数据， 作为实例， 劣化度模 型校准子系统 15 可以利用电池充放电循环试验或者在其他方式 的基础上 获得电池的数据。 劣化度模型校准子系统 15 可以根据实际测量的电池劣 化度的数值及采集到的与劣化度相关的参数， 构建电池初始劣化度模型或 对电池劣化度模型进行更新校准。 另外， 劣化度模型校准子系统 15根据 所获得的电池数据对劣化度模型中通过非实际 测量， 例如通过数学计算， 得到的部分进行更新与校准， 使模型更加接近实际情况， 通过模型计算得 到的劣化度数据更加精准。
图 3示出了图 1所示的获取电池劣化度的系统加入数据分析 应用子 系统 16的系统结构图。 数据分析与应用子系统 16对 DCL数据、 劣化度 相关参数以及劣化度计算结果等数据进行分析 ， 并将分析结果提供给外部 系统进行利用。
图 6示出了根据本发明的获取电池劣化度的系统 相应子系统组合在 一起的整体结构的一个实施例的方框图。 与图 1一 3·所示的三个获取电池 劣化度的系统结构相比，图 6中所示的实施例在子系统的构成上有所区别 在图 6所示的实施例中， 获取电池劣化度的系统与其相应的应用子系统 整 体包括信息交换适配器 61， 劣化度测定装置 62， 数据分析装置 63， 劣化 度模型构建及更新装置 64， 劣化度参数履历表 （DCL) 数据库 65， 电池 应用子系统 66， 和数据应用子系统 67。 如图 6所示， 信息交换适配器 61 与电池应用子系统 66相连， 用于采集和暂存电池的有关劣化度参数， 其 中电池应用子系统包含了电池可以应用的场合 。 例如， 电动汽车、 电动摩 托车、 电动自行车、 以及其它电池应用系统。
在图 6中， 信息交换适配器 61和电池应用子系统 66可以构成电池劣 化度因素的参数采集子系统。该子系统从一个 或者多个电池模块中获取电 池的 DCL数据， 或者从其他相关控制器中获取相关的电池 DCL数据， 并 通过传输网络提供给劣化度子系统。 同时， 该系统还暂存从劣化度子系统 得到的计算结果， 以备以后使用。 详细说明请参考 "电池劣化度模型的构 成方法及劣化度参数采集子系统"。
电池劣化度因素的参数采集子系统与其它装置 之间的传送线路可以 构成电池劣化度因素的参数传输网络。 传输网络传输电池的 DCL数据、 劣化度相关参数以及相应的时间参数等。 劣化度模型构建及更新装置 64 和 DCL数据库 65可以构成电池劣化度模型的构建及更新子系 。劣化度 模型构建及更新装置 64用来构建和更新劣化度初始模型。 劣化度初始模 型可以是根据通过实验等手段得到的电池数据 构造出来的劣化度计算模 型。 根据该初始模型以及实际的电池 DCL数据， 可以自动生成劣化度更 新模型， 劣化度更新模型的生成过程也就是所谓的劣化 度模型的更新， 随 着电池 DCL数据量的增加， 劣化度模型的计算精度逐步提高， 计算得到 的电池劣化度数据也就愈加精确。 劣化度模型构建及更新装置 64 的详细 工作过程请参考 "电池劣化度模型的构建及更新子系统"。
劣化度测定装置 62和数据分析装置 63可以构成电池劣化度的计算子 系统。其中劣化度测定装置 62根据劣化度模型和从 DCL数据库得到电池 的 DCL数据， 和直接从电池数据采集子系统得到的电池的参 数来计算具 体的劣化度数据。 在得到具体的电池模块 DCL数据之后， 劣化度测定装 置 62以这些数据为参数， 根据来自劣化度模型更新装置 64提供的更新劣 化度模型计算得到相应电池的劣化度数据， 并提供给 DCL数据库保存。. 详细的劣化度计算方法请参考 "电池劣化度计算子系统"。
数据分析模块 63 服务于下面的劣化度数据应用子系统。 数据分析模 块 63利用 DCL数据库中的 " DCL数据"、 与电池劣化度有关的数据、 处 理后得到的与电池的劣化度有关的参数、 和对应的劣化度数据， 分析得到 外部的数据应用子系统所关心的电池的某个参 数， 例如， 电池的充电电流 与对应的劣化度数据之间的关系， 并将这些分析结果提供给外部的劣化度 数据应用系统。 在图 6中， 基于电池劣化度的数据应用子系统与信息交换 适配器 61 通过传输网络相连。 数据应用子系统接收并利用信息交换适配 器 61 中的数据暂存器暂存中的数据。 例 ， 数据应用子系统可以根据数 据暂存器暂存中的劣化度数据来确定按照哪种 方式进行驾驶是最佳的、按 照哪种方式对电池充电是最佳的等。 详细的描述请参考 "基于电池劣化度 的数据应用子系统"。
在实际应用中， 电池的性能劣化度是多种因素共同作用产生的 结果。 例如， 电池的充放电使用或放置都会造成电池的劣化 度。 铅酸电池、 镍氢 电池、 锂电池等不同种类的电池， 有不同的劣化度特性。 通过对各种电池 的机理的研究及实验， 目前对各种电池的劣化度特性都可以用一个基 本的 劣化度模型来描述。但是，这种对于某一类电 池所建立的初始劣化度模型， 只能反映电池劣化度特性的平均状态， 而电池个体的实际劣化度特性之间 有显著的误差， 如前面的图 5所示。
根据本发明获取电池劣化度的系统的优选实施 例， 利用已知的或已有 的电池初始劣化度模型， 通过数据预测， 更新及校准等技术处理， 自动地 生成能准确反映电池个体劣化度特性的更新劣 化度模型。
本发明由初始劣化度模型的构建， 更新劣化度模型的生成， 劣化度的 获取及劣化度的利用等几部分构成。 各部分包含相应的方法和子系统。 根 据本发明的一种实施方式， 可以采用车载的电池劣化度测量装置， 也可以 釆用独立的电池劣化度测量装置。 另外， 还可以采用网络化的电池劣化度 测量系统， 也可以采用网络与测量装置相混合的测量系统 。
本发明所涉及的各个部分可以由各个对应的子 系统来完成。采集子系 统采集与电池劣化度有关的各种参数的电池数 据， 在对这些数据进行了必 要的各种预处理后， 通过传输网络将数据送到对电池的劣化度进行 计算的 子系统。 根据预先设定的劣化度模型来计算电池的劣化 度， 并且为了获得 高精度的计算结果， 采用了对劣化度模型进行扩充、 更新、 校正的处理。 根据上述计算得到的电池劣化度信息， 对电池及使用电池的设备实施相应 的操控或提供相应的信息， 更有效地满足电池或电池使用设备的要求。
在本发明中， 可以自由地配置标准电池包的数目， 也可以自由地对部 分或全部的标准电池包进行更换。本发明中把 具有这种特性的电池包称为 自由式电池包 （FBP: Flexible Battery Pack )。 通过采用自由式电池包， 可 以更加有效地降低电动汽车的初始购入成本， 有助于促进电动汽车的普 及。 将自由式电池包与电池租赁的运营模式相结合 ， 将进一步降低电动汽 车的日常使用成本。
本发明中所提到的电池可以包括多种不同使用 形态， 如纯电动汽车、 油电混合动力汽车、 插电式混合动力汽车、 距离扩展式电动汽车等， 也包 括电动自行车及电动摩托车。 另外， 本发明中所提到的电池还包含有不同 的构成形态， 例如， 有不能对电池包 （也可称为电池组） 进行部分更换、 扩充的固定电池包， 也有可以对电池包进行自由扩充、 交换、 使用及控制 的自由式电池包 FBP。 同时， 本发明中所提到的电池， 还可以是非动力驱 动用途的电池， 例如， 用于储存电力的储电电池。
下面对实现本发明的测量电池的劣化度的系统 的具体方法及相应的 子系统构成进行说明。
1.电池劣化度模型的构成方法及劣化度参数 集子系统
电动汽车的电池的劣化度是多种因素相互作用 的结果。为了精确地计 算电池的劣化度， 需要记录各个劣化度因素的参数， 根据这些劣化度参数 的值来确定电池的劣化度。 这些参数主要有： 电池属性的参数 fb， 电池充 放电相关的参数 fp， 电池使用环境的参数 fe， 有关车辆相关的参数 fv (如 汽车参数、 电器水平等）。
构建电池的劣化度模型是为了确定电池的劣化 度与各个劣化度参数 之间的关系。 这种关系可以用数学关系式表示， 也可以用表格或数据库的 方式来表示。 电池的初始劣化度模型与更新劣化度模型可以 用如下的表达 式所示：
电池的劣化度模型 Ds = Func(fb, , fe, fv ) ...... ( 1 )。
在上面的电池劣化度模型 Db中， 不仅考虑了电池属性的参数 fb和电 池充放电相关的参数 fp， 而且考虑了电池使用环境的参数 fe和有关车辆 相关的参数 fv。
上述模型反应了电池的劣化度与某个测量时刻 的电池劣化度参数之 间的关系。 这种基于某个时刻的劣化度参数的模型， 可以较好地反应某一 确定的电池在某一确定的设备上使用时的劣化 度状况。 但是， 对于电池租 赁等使用方式， 这种基于瞬时参数的模型不能构成完整的劣化 度模型， 也 无法计算电池的实际劣化度值。因此，本发明 不但采集目前的劣化度参数， 还保留以往的劣化度参数， 从而形成了针对某一电池的固有的劣化度参数 履历表 （DCL)。 DCL可以表示用下面的表达式 （2) 表示。
D C L— t = DCL— 1-1 + (fb_t, fp_t, fe_t, fv_t) ...... (2 ) 因此， 在本发明中， 劣化度模型成为固有 DCL 的函数， 由下面的表达式 (3 ) 给出。
劣化度模型 = F unc ( D C L _t) ...... (3 ) 如果进行更加详细的划分，电池相关参数可以 详细划分为：电池属性， 运行参数， 环境参数， 汽车参数， 运行模式， 用户信息等。 其中电池属性 可以包括电池 ID (全网络内唯一标识该电池）、 电池品牌、 电池型号、 电 池类型、 电池品质、 电池出厂日期、 电池出厂价格、 额定满充电量。 运行 参数可以包括充电次数、 电池定时采集数据、 电池触发采集数据、 历史测 算数据。 环境参数可以包括环境温度、 环境湿度。 汽车参数可以包括汽车 厂家 ID、 汽车车型 ID、 汽车重量、 汽车 ID、 汽车电器水平参数 （高 /中 / 低级）。 运行模式可以包括各种路况比例 （普通城区、 拥堵城区、 顺畅城 区、 高速公路、 山区、 平原）。 用户信息可以包括用户 ID、 用户驾驶风格 类型 （温和、 多急加速、 多急减速 /多刹车）。 需要指出的是， 以上给出的 各参数只是示例， 本发明不局限于此， 而是可以包含或采用其它更多的参 数。
另外， 运行参数还可以包括电池定时采集数据， 电池触发采集数据， 历史测算数据。 其中电池定时采集数据可以包括： 例如， 采集时间、 总电 压、 总电流、 电池温度、 包电压、 包电流、 包内阻、 包 SOH (健康状态）， 但不限于此。 电池触发采集数据可以包括： 例如， 釆集时间、 充电前 SOC (充电状态）、 充电后 SO (：、 充电电量、 充电电流、 放电前 SOC、 放电后 SOC、 放电电量、 放电电流， 但不限于此。 历史测算数据可以包括： 例如， 多个历史劣化度、 多个历史劣化度对应时刻， 但不限于此。
以上这些是可能被采集的参数 fb， , fe， fv的实例。在一个典型的参数 采集系统实例中， 可能需要采集到如下参数:
图 7是显示电池劣化度因素的参数采集子系统和 输网络的一个实施 例的示意图。 图 7中的左侧的电池系统包含电池管理系统（BMS) 电池。 其中电池部分可以包含多个电池模块。 图 7中的中间部分是信息交换适配 器的内部结构。 右侧部分是传输网络。 在某些情况中， 左侧的电池系统中 可以不包含 BMS系统。
在图 7中， 需要多次釆集的数据通过数据釆集模块从电池 系统定期或 者触发获取。而电池本身的信息也可以通过数 据采集模块一次性地从电池 系统中读取。 如果包含多个电池模块， 那么其数据釆集和写入过程与电池 模块 1相同。
如果电池系统当中包含 BMS, 每个 BMS与其对应的电池模块相连， 或者整个电池系统的 BMS与多个电池模块相连。 BMS通过某种数据总线 收集信息交换适配器所需要的电池数据。 在不同系统需求的条件下， 可以 通过配置 BMS系统， 调整需要收集哪些数据、 对哪些数据在收集后进行 转换、 或者对暂时不需要的数据进行过滤， 完成之后传递给信息交换适配 器 o
信息交换适配器包含数据采集模块、 数据暂存其和数据发送模块。 数 据采集模块通过特定接口， 例如， USB、 RS232、 串口或者其他专用数据 接口等， 从电池系统的 BMS或者电池模块本身获取数据， 并存储在数据 暂存器中。 另外， 通过数据通信网络获取的其他数据， 例如从劣化度子系 统接收的劣化度计算结果， 也存储在数据暂存器中。 数据发送模块将暂存 器中存储的电池 DCL数据通过数据通信网络发送到劣化度子系统 ， 另外， 数据暂存器中存储的劣化度分析数据也通过数 据发送模块传送到数据应 用子系统当中。 .
图 8示出了图 7所示的信息交换适配器的详细结构。 如图 8所示， 信 息交换适配器包括 DCL数据采集接口 51， DCL数据暂存器 52， 和 DCL 数据发送接口 53 (为了简化起见， 未示出数据发送模块）。 DCL数据采集 接口 51 除了接收电池系统相关参数外， 对于其他不能从电池系统获取的 数据， 例如汽车 ID， 车身电器水平等参数， 该接口可以从数据总线获取， 这些数据来源于其它相关控制单元。 另外， 对于部分需要存储的本地历史 数据， 例如， 历史劣化度数据和对应时间， DCL数据采集接口 51通过网 络从劣化度子系统当中读取相应的数据。 以上过程获取的数据都被写入 DCL数据暂存器 52中存储。 DCL数据发送接口 53负责提供从 DCL数据 暂存器 52中获取的数据。
DCL数据暂存器 52中可以分为两个逻辑数据块： 长期存储区域和暂 存区域。 长期存储区域存储需要长期保存的数据， 主要包括， 例如， "电 池属性"参数、 "运行参数" 当中的 "历史测算数据"。 "电池属性"在电 池的生命周期中保持不变， 首次写入后不需要修改。 而 "运行参数"， 例 如， "历史测算数据" 的内容条目被多次累加写入存储区域， 当作关键的 劣化度测算历史供以后使用。 但与前者不同的是， 这些数据可能因为存储 容量的限制而被部分删除。 一般来说， 这种情况发生在新的历史劣化度数 据条目被写入时， 如果存储容量不足， 则由新条目需要取代某个旧条目。 可以被取代的条目包括：
1. 该区域中记录时间最早的历史劣化度数据条目 ；
2. 该区域中 "与相邻两条目间隔时间最短" 的条目；
3. 该区域中 "与相邻两条目的劣化度差异最小" 的条目。
如果上述三种条目分别对应三个规则， 具体采用哪种取代规则可以是 三选其一， 也可以从中选择两条或者三条共同采用。
在系统采集的 DCL数据中，电池放电时的釆集格式可以用下面 的表 1 表示。
表 1 : 电池放电的采集格式
电池充电时间的采集格式可以用下面的表 2表示。
表 2: 电池充电时间的采集格式
传送给 DCL模块的数据格式可以用下面的表 3表示。
传送给 DCL模块的数据格式 电池参数的采集可以分为一次性采集、 定时采集和触发性采集。 一次 性采集的对象可以是， 例如， 电池属性。 由于电池属性中包含的参数在每 个电池的生命周期中不会变化， 所以该参数一次性采集并记录在电池内 部。 定时采集的对象可以是， 例如， 部分运行参数。 在电池的整个生命周 期中， 电池会处于不断充电和放电的过程中， 即使是在闲置状态， 电池也 会缓慢放电， 对电池的劣化度造成一定影响。 因此， 为了考察电池在生命 周期当中的状态， 需要按照一定周期来采集其某些参数。 采集周期可以由
BMS 来确定， 也可以通过其他方式进行重新设定。 触发采集的对象可以 是， 例如， 广义的触发采集， 不但可以包括前面所述的一部分运行参数， 例如充电过程中的相关参数， 还可以包括电池在进行流通后， 需要记录的 汽车参数和用户信息。 另外， 电池在每次劣化度测算之后得到的劣化度相 关数据和时刻， 也应该被记录下来。 下面描述对电池劣化度的各种参数的采集方式 。
目前， 很多电池当中都有对电池进行充放电管理及对 电池的基本信息 进行记录和保存的电池管理系统 BMS (Battery Management System ) 0 因 此， 可以利用电池内部的 BMS采集所需的参数。 通常， 如果是自由式电 池包（FBP)， 除了单个电池包的 BMS以外， 也可能需要通过对 FBP的多 个电池包进行管理的电池组管理系统获取信息 。 对于 BMS不能采集的参 数， 可以通过附加于电池包外的信息采集装置来进 行采集。 也可以安装额 外的传感器来获取更多 BMS无法提供的信息， 或者对 BMS进行改动。可 以采用各种传感器来采集电池的相应参数。
需要采集的信息还包括车辆本身的参数、 电器水平参数。 这些参数无 法通过 BMS或者电池的内部传感器获取。可以通过车辆 相关的控制器（比 如 ECU)获取车辆本身的参数和电器水平参数， 并通过数据总线（比如汽 车上的 LIN/CAN/FlexRay等）传递给本发明的系统进行记录 。另外还有一 些通过以上方式难以获取的参数， 例如， 用户相关信息。 应该指出， 本发 明的参数采集方法和装置不限于此， 还可以根据需要包含其他更加灵活的 参数记录方式， 例如， 通过专用终端手工录入、 通过专用软件导入外部数 据、 通过有线、 无线方式下载到本发明的系统中等等。 当然， 该方式可以 适用于所有参数。
采集到的原始电池 DCL数据 （像电压、 电流、 重量等相关参数） 并 不能直接用于劣化度模型的构造和更新， 也无法用来直接进行劣化度的计 算。 为了达到以上目的， 我们以前面提到的 4类参数为基础， 将所有电池 DCL数据换算为与电池劣化度相关的四个参数， 分别如下：
参数 E = func(fe)
参数 V = func(fv)
参数 P = flinc(fp) 参数 B = flinc(ib)
如上所述， 每次收集到的一组 DCL数据， 被分为四个类别后， 进行 换算，可以得到能够抽象表示该组 DCL数据的四个参数：参数 E、参数 V、 参数 P和参数 B， 构成四元参数组 （E、 V、 P、 B )。 四元参数组 （E、 V、 P、 B ) 可以包括或转化自， 例如包括电池 ID、 电池品牌、 电池型号、 电 池类型、 电池品质、 电池出厂日期、 电池出厂价格、 额定满充电量、 放电 电流、 放电电压、 电池内阻、 环境温度等的数据。 该四元参数组可以直接 用于劣化度模型的构造和更新。
所采集并经过换算得到的与电池劣化度相关的 参数可以暂时或永久 性地保存在信息交换适配器的内置存储装置中 ， 也可以存储在信息交换适 配器外部的专用存储装置中。外部数据存储装 置可以通过本地的通用或专 用接口与信息交换适配器相连接， 也可以通过通信网络的方式与信息交换 适配器相连接。存储器当中可以存储所有采集 到的原始数据和换算过的四 元参数组， 也可以只保存抽象化的四元参数组。
2. 电池劣化度因素的参数传输网络
参数采集子系统得到有关电池劣化度信息的各 种参数， 所采集到的这 些参数通过传输网络传输到劣化度计算子系统 的数据中心， 用于计算电池 的劣化度。 参数的传输网络可以由有线传输 （包括双绞线、 同轴电缆、 光 纤、 ADSL、 FTTH、 电力线通信 HD-PLC/PLC, 等）、 无线传输 （包括 2G/3G/4G, GSM等各种广域无线通信、 WiFi、 Bluetooth UWB RFID 等各种近距离的无线传输方式）等可能的传输 方式来实现， 如图 7中间部 分的传输网络所示。
另外， 参数传输的连接形态可以有下面描述的多种方 式。 例如， 将电 池包 （组）直接向数据中心传输。 电池内部存储的参数通过电池包外置的 通信装置以无线的方式来传输。
可以通过充 /换电装置向数据中心传输电池采集参数或电 内部存储 的参数。这种情况下， 在充 /换电站对电池进行电池更换或充电时， 通过充 /换电装置与电池之间的专用匹配接口读取电 存储单元内的参数，并通过 充 /换电装置与数据中心的通信线路来传输这些 数。 在某些情况下， 充 / 换电装置也可以向电池传输数据。 例如， 换电站在获取到相关信息之后， 计算得到 （或者通过数据中心计算得到） 的电池的劣化度信息， 例如劣化 度比例、 残余价值等。 然后将这个劣化度信息以及该信息对应的时刻 通过 上面提到的三种方式， 即专用装置与接口、 有线网络、 无线网络， 传输给 电池。
另外， 电池的充电信息也可以通过以上传输方式传输 给电池。 此外， 电池可以直接与数据中心进行数据交换。 例如， 换电站本身可以就是一个 动力中心， 或者整个网络当中所有换电站都是数据中心 （云计算）。
在某些情况下， 换电站可能因为条件所限而只保存少量数据或 者不保 存数据。 这种情况下， 换电站在得到电池的 DCL数据之后， 需要将其传 输到数据中心。这种数据传输方式可以利用前 面所提到的有线网络或者无 线网络。
：在一种特殊情况下， 如前所述， 如果所有换电站都具有数据中心的功 能， 也就是整个网络实现了云计算。 那么数据中心与数据中心之间也可以 按照需求进行自由的数据交换， 数据传输方式同样可以给予有线网络方式 或者无线网络方式。
3. 电池劣化度模型的构建及更新子系统
电池的劣化度是由电池特性、 使用状况、 环境条件等多种因素共同作 用的结果， 劣化度与这些影响因素的参数之间呈现出一种 非线性的复杂的 关系。通过统计或实验方法建立一个劣化度与 各个采集到的参数之间的关 系， 并以此来确定电池的劣化度是一种可行的方法 。 但是， 通过有限的实 验数据建立的劣化度模型， 只能精确地反映出一部分参数情况下的电池劣 化度，而对于大部分其他参数，估计出的劣化 度则与实际值间产生了误差。
本发明的电池劣化度模型是计算电池劣化度的 依据。 电池劣化度模型 不但利用了电池的当前劣化度信息， 还利用了电池劣化度信息在过去的履 历信息。 因此， 本发明的电池劣化度模型是一个与电池劣化度 履历. DCL 参数相关的函数。 劣化度模型可以保存在电池内部、 电池组内部、 换电站 或者数据中心。
可以采用以下方式实施本发明中的电池劣化度 模型的构建。
第一.初始劣化度模型的构建。
电池的初始劣化度模型可以通过实验或其他方 式获得， 该模型是电池 劣化度和与劣化度相关的各种参数的对应关系 的一个数据库。通过采集到 的与劣化度相关的各个参数的值， 可以在劣化度数据库中查询到最为相近 的劣化度值。 对于电动汽车的电池， 劣化度参数包括电池参数、 汽车的类 型及车载电器设备的参数、 车行走的路况参数、 环境参数等。 根据前面所 述， 所有这些劣化度相关的参数都换算为四元参数 组 （E、 V、 P、 B )。 因 此， 初始劣化度模型可以视为劣化度 D与这里的四元参数组 （E、 V、 P、 B ) 所构成的一张表。 根据四元参数组的各个参数的可取值的范围及 量化 精度， 可确定各个参数的数目。 假定参数 （E、 V、 P、 B ) 的取值数目分 别为 m，n,k，t， 则该表的行数 N为 m，n,k，t的乘积。同时，表的各行由参数（E、 V、 P、 B) 的各个取值的大小， 由大到小或由小到大依次排序而得到。 表 4所示是当 m，n，k，t分别为 1/2/2/2的数值时， 初始劣化度模型的构成。 初 始劣化度模型可以通过加速充放电循环、 其他测试数据等生成。
初始劣化度模型的例子
由于电池劣化度的影响因素众多， 多种因素间相互作用的结果使电池 的劣化度值与初始模型的劣化度值之间形成了 误差， 特别是在电池租赁的 应用方式下， 初始模型与实际劣化度值之间的误差可能进一 步扩大。 为了 降低并逐步消除这种误差， 本发明的电池劣化度模型在初始劣化度模型基 础上进行扩充， 产生新的对应于不同劣化度参数组合的劣化度 ， 这是由初 始劣化度模型的劣化度值生成新的扩充劣化度 模型的劣化度值的数据生 成方法。 最简单的扩充模型的劣化度值的方法是采用线 性数据插值的方 法。 应该指出， 本发明不限于此， 也可以采用非线性的插值方法或其他的 方法来生成新的扩充劣化度模型的劣化度值。 数据生成的方法可以是固定 的、 也可以是随条件而变化的。 随着劣化度参数采集系统传输来的数据越 来越多， 劣化度的数据库也随之越来越大。 为了避免数据库过于庞大， 可 以对所有的劣化度参数设定一个量化精度以确 定扩张劣化度数据库的规 模。 在建立劣化度模型时， 不但可以以某一厂家的某一类电池为对象， 也 可以对确定的一个电池为对象。 以一个确定的电池为对象建立的劣化度模 型， 可以有效地消除电池的个体差异性所带来的劣 化度测量误差。 下面的 表 5给出了通过线性数据插入得到的新的劣化度 项。 新劣化度表项的插入
第二.劣化度模型的更新
在说明了初始劣化度模型的构造之后， 需要根据实际采集和转换得到 的劣化度参数对模型进行更新。 新的劣化度数据四元参数组如下：
( el_m_2, vl_i_2,plj_2,bl_k_2 )
在本发明中， 为了直观起见， 如果一个参数 V在 VI与 V2之间， 可 以用 vlj_2表达，其中 i表示该值在 vl与 v2之间所处的位置（比如 VI一 25— 2 表示该值处于 vl和 v2之间， 比 vl大 25%的位置）， 对其它列的参数同样 如此。 在目前这种表格组织方法下， 确定一个新的行数据项之前需要确定 与它相关的两个现有行数据项， 这两个相关行数据项的确定依据要满足这 个条件： 现有数据项与新数据项的所有对应参数要么相 等， 要么相邻。 接 下来， 需要在初始模型当中寻找与该四元参数组对应 的相关表项， 如表 5 所示， 根据新的参数组， 可以比较明显的看出， 初始模型当中的相关表项 为： （el、 vK pl、 bl ) 和 （e2、 v2、 p2、 b2 )。 由于初始表项中， 对所有 参数的取值范围内的所有组合都有覆盖， 所以可以得到 dx，dy的值。另外， 在表 5中， dx,dz，dy之间分别有若干表项。 这时， 可以利用如下的模型更 新公式计算 dz:
e)
- x v i)+ b)+ y)+ p) x y e)+mb)+my)+vi{p)
上面公式中， W(e；)、 W(b) W(v), W(p)分别表示模型中四个参数列在劣 化度计算当中的权重， 也可以理解为四类参数对电池劣化度的影响效 果。 根据以上公式， 可以得到新的参数组对应的劣化度数据 dz。 然后， 根据前 面所述的排序准则， 按照各个列的先后顺序， 将新的表项插入数据表格当 中。
在一种特定情况下， E列和 B列具有有限的几个取值范围，也就是说， E列和 B列的取值用离散数据表达，而 V列和 P列虽然在初始行数据中具 有有限的几个取值范围， 但是实际数据可能是处于两个有限取值之间的 一 个中间值。 也就是说， V列和 P列的取值用连续数据表达。
下面详细描述一下更新表项的生成过程。
一方面， 在查询特定表项时可以提供一个近似结果。 也就是说， 在查 询一个特定参数组合对应的劣化度数值时， 如果需要査询的一组数据与表 格中现有特定表项的参数对照后达到一定的近 似度， 可以直接采用该特定 表项的单位时间劣化度。 否则， 还是重复前面的方法， 通过初始表项来进 行计算。
另一方面， 可以考虑表格中的所有数据项是按照四个参数 列
(E/V/P/B ) 进行排序的。 也就是说， 首先， 在表 4 中按照 E列排序， E 列值相等的表项相邻， 接着在 E列值相等的表项中， 按照 V列排序， 接着 是 P/B列的排序， 依次类推。 得到每个新的劣化度表项后， 都需要按照前 面提到的排序规则插入表格中适当的行， 在未来计算中起到与初始的初始 劣化度表项相同的作用。下面的表 6和表 7举例说明了在初始表项中插入 更新表项数据前后的变化。
表 6: 初始表项
假设需要插入的劣化度表项为： E1/B2/P1— 23— 2/V2_43_3。 表 6 中的两 行数据项是新表项的相关表项。 插入后的部分表格如下面的表 7所示。
表 7 更新表项数据插入后的劣化度模型表
从以上的表中可以看出， 插入新的表项之后， 根据前面提到的排序准 则， 将新的表项插入表中相应的位置， 作为将来计算的参考数据。
另外， 鉴于目前锂电池的生产现状， 即使是同一厂家、 同一类别或者 同一批次生产的电池， 其电池个体之间也有较大差距。 对于表示电池类型 的 B列， 可以进行进一步的处理。 例如， 在采集数据的过程中就采集并传 送某个具体电池的 ID, 并在把数据记录到劣化度表格时将电池 ID也写入 表格中。 也就是说， 在同一个表格当中， 对于每个电池个体， 实际上都存 在一个单独的表， 当然可以分开存储单独的表格， 也可以继续按照前面的 方式将所有电池个体对应的数据存储在一张大 表当中。 在这种情况下， 当 表格数据初始化的时候， 仍然可以按照前面的方法插入新的表项， 更新计 算模型。 不过当数据量逐渐增大， 需要査找的电池个体在数据库当中有足 够的数据量时， 可以将表格中的劣化度参数缩减为 3个 （E/P/V), 处理方 法与上面描述的相同。 在描述了新表项的插入方法和位置， 以及相关表项的选定之后， 下面 描述对表 7中 Dz的计算。已知 Dz对应的 4个参数分别为 El/B2 Plj2/V2k3， j与 k分别表示 P参数和 V参数与相邻行中对应参数的差距 （用百分比表 示）， 可以根据前面获得的两个相关表项的劣化度数 据， 计算新的 D列， 也就是这四个值所对应的单位时间的劣化度。 假定 V1〜V2， P2〜P3 对 D 列的影响都是接近线性变化。这样可以为 V列和 P列确定两个权重值 W(v) 和 W(p)。 这样， D列的相关值可以通过下面的表达式 （4) 来计算。
D = (D * j + D * (\ - j)) * ~~ ^ ^ + (D * k + D * (\ - k)) * - W< " P)
W(v) + W(p)
…… （4 )
通过这样的计算， 通过初始表项和测暈得到的特性参数， 获得了单位时间 的劣化度。 这样， 模型通过新加入的表项进行了更新。
下面描述对电池劣化度模型的校准和更新。 在利用 DCL数据和以上 算法对劣化度模型更新的过程中， 新加入的数据项由于是根据一个数学算 法计算得到， 有可能会产生劣化度值估计的误差， 并且误差还有可能进一 步地积累和传递， 导致劣化度模型的误差扩大。 针对这样问题， 本发明提 出了误差校准和更新的方法。 根据本发明， 按照一定的方式选取某些电池 作为校准样本， 在特定条件下通过电池的快速充放电试验或其 他方法得到 该电池的准确劣化度。 以该电池的准确劣化度值及相应的劣化度履历 信 息， 输入到劣化度模型中， 对模型中的劣化度及所有以此派生出的劣化度 的值进行校准和更新， 使劣化度模型的精度在不断构建和使用的过程 中逐 步提高。 如下面的表 8中给出新插入的数据项。 在表 8中， 其 dz值为根据其他表项 D列值计算得到， 可能具有一定误差。 在校准时， 可以采用与 el—m_2、 vl_i— 2、 plJJ2和 bl— k—2相匹配的测试 条件， 对电池进行快速循环充放电试验， 得到电池的真实劣化度数据 d， 然后利用 d值对表格当中的 dz值进行校准。 这里可以采用不同的校准方 法。 其一， 直接用 d值替换表格 5当中的 dz值， 其二， 取 dz与 d之间的 某个值。 在校准该行之后， 可以对以该行为计算依据的其他行进行校准， 校准的方法可以利用前面提到的模型更新公式 重复进行计算。
4.电池劣化度计算子系统
下面描述电池劣化度计算子系统。 通常， 为了准确判断电池交换时所 涉及到的费用，电池的劣化度计算过程发生在 电池进行流通的时候。这时， 根据电池的 DCL数据， 首先对劣化度模型进行更新。 然后， 计算电池的 劣化度数据，接下来将 DCL数据、电池的劣化度数据传送到 DCL数据库， 并经过数据分析系统传回信息交换适配器。之 所以要将劣化度数据也传送 给信息交换适配器， 是为了在某些特殊情况下， 例如， 计算电池劣化度时 因为某些原因无法连接到数据中心的数据库， 可以对过往的劣化度数据进 行利用， 另外， 数据应用子系统也需要从信息交换适配器获取 相关信息。
通常， 如果换电站与数据中心无法建立数据连接， 可以首先更新劣化 度模型， 然后计算劣化度数据， 接着将需要传输到数据中心的所有数据保 存在换电站本地， 将劣化度数据传输到电池， 在将来数据连接建立的时候 将有关数据上传到数据中心。 另外，.如果换电站无法计算和保存数据， 则 可以通过一个特定装置与信息交换适配器连通 ， 获取其中暂存的数据后计 算其劣化度数据。 这里提到的特定装置， 是为了防止在换电站无法为用户 提供服务 （比如换电站的计算和存储装置无法使用时） 时， 可以临时采用 的一种设备， 该设备可以是手持设备或者是固定设备。 该设备利用与其他 设备兼容的接口与信息交换适配器相连， 获取数据， 并根据获取到的 DCL 数据和过往的劣化度数据， 进行基本的劣化度计算。 该设备中应该至少保 存初始楱型数据才可以提供基本的劣化度计算 。
在上述情况中， DCL数据和劣化度数据可以保存在特定装置中， 在换 电站条件允许的时候， 将数据上传到换电站并传输到数据中心。 另外， 在 上述情况中， DCL数据和劣化度数据可以保存在电池的存储系 统中。在换 电站条件允许的时候通过有线网络、无线网络 或者直接通过特定接口连通 的方式将以上数据上传到换电站。
基于数据库方式的劣化度计算模型可以方便地 计算劣化度。根据 DCL 采集模块采集到的数据， 经过处理后得到如下的表 9， 表示劣化度的累计 数据。
劣化度累计数据表
上面的表 9给出了每种劣化度参数组及其对应的持续时 。通过如下 表达式 （5 )， 可以简单地计算出自从上次劣化度测量之后的 劣化度程度。
Tl *D1+T2*D2+...+Tn*Dn ( 5 ) 利用表达式 （5 ) 计算的劣化度加上保存的上次保存的劣化度， 就得到了 该电池目前的劣化度程度。
图 15示出了根据本发明的劣化度计算模块的工作 程。如图 15所示， 首先获取 DCL数据， 并将 DCL数据记录并存储在数据库中。 另一方面， 基于获取的 DCL数据更新电池的劣化度模型。 然后， 基于 DCL数据库中 存储的 DCL数据和更新的劣化度模型来估算电池的劣化 度。
5. 棊于电池劣化度的数据应用子系统
在现有的基于电池劣化度的电池管理应用系统 中， 由于电池的劣化度 测量精度不高， 所以电池劣化度信息的利用仅限于判断电池是 否还能使用 或提供粗略的残值估计。 在本发明的测量电池劣化度的系统中， 由于保存 了电池劣化度的履历信息 DCL并能够获取高精度的电池劣化度信息， 因 此， 本发明还提供了进一步改进电池的使用效率的 方法。
图 9是显示根据本发明的测量电池的劣化度的系 的数据应用子系统 的示意图。 如图 9所示， 图 9中的信息交换适配器 91与电池劣化度子系 统 93通过传输网络 92相连。
如图 9所示， 本发明的测量电池劣化度的应用系统 94可应用于电动 汽车、混合动力汽车、 电动摩托车、 电动自行车等各种电动车辆及充电站、 换电站、 家庭充电系统等各种劣化度测量场合及其他应 用场合。 在上述应 用环境中， 本系统收集到的 DCL数据及计算得到的电池劣化度数据可以 产生各种新型的应用。 例如， 基于本系统计算得到的电池劣化度数据， 可 以精确地计算电池残余价值。 电池的残余价值可以通过如下的公式 （6 ) 进行简单计算。
电池的残余价值=电池的出厂价格 *电池的劣化度 ...... （6) 根据电池的残余价值， 可以确定电池在租赁， 转让， 回收等各种应用 时的对应价格。例如，在电池租赁交易发生时 ，用户需要缴纳一定的费用， 例如押金。 押金的高低取决于用户所租赁的电池的残余价 值。 在电池交换 发生时， 用户需要支付两块电池之间的价格差异， 如下面的表达式 （7) 所示。
支付的费用 = (换入的电池残余价值-换出的电池残余价值) + (换入电 池的残余电量 *电价-换出电池的残余电量 *电价）
…… (7)
其中换入电池的残余价值、换出电池的残余 价值都是根据电池劣化度计算 得到的。 另外， 在进行电池回收时， 需要根据电池劣化度计算电池的残余 价值。
通过本发明的测量电池劣化度的方法和系统计 算和收集到的 DCL数 据及劣化度， 可以为电池的使用者提供有价值的信息服务。 根据数据库中 存储的 DCL数据以及对应的劣化度数据， 可以判断出 DCL中的某个或者 某些个参数与劣化度的关系。 由此， 可以相应的控制或操作， 以减小电池 的劣化速度。
例如， 将以上得到的结果通过无线网络或者有线网络 的方式以某种数 据格式发送给电动汽车或者混合动力汽车的数 据接收系统， 车载的电池控 制系统可以根据各个电池的 DCL及劣化度， 在驾驶过程中有车载的电池 管理系统对各个电池进行控制， 包括充放电控制及电池连接方式， 使汽车 的电池处于最佳的工作状态。
另外， 本发明的测量电池劣化度的方法和系统通过系 统采集及计算可 以获得大量的电池劣化度因素的数据，例如， 可以得到不同环境下（温度、 湿度） 电池劣化度与电池类型的关系等。 通过分析这些数据， 可以进一步 深入地分析和了解电池劣化度的机理。
此外， 本发明的测量电池劣化度的方法和系统计算和 收集到的数据， 可为电池的充电过程 （如充电站充电、 家庭充电等）提供参考信息并进行 相应的控制， 根据诸如充电时间最短、 充电的电能消费最小、 对电池造成 的劣化度损耗最小等不同的充电模式的目标要 求， 自适应地设定最佳的充 电过程的参数， 如充电电压、 充电电流、 充电的动态模式、 充电停止条件 。 各种充电模式下的最佳充电过程参数， 可以通过理论的或实验的方法 来获得。 例如， 可以计算并分析出各种不同充电电流条件对电 池劣化度的 影响， 以供充电站选择最优的充电条件。 可以计算并分析出充电后的不同
SOC (State of Charge, 即充电饱和程度） 状态与电池劣化度的影响， 以供 充电站选择最优的方式进行充电。可以计算并 分析出充电时长与电池劣化 度的影响， 以供充电站选择最优的方式充电。
在本发明的整个测量电池劣化度的系统的运行 过程中， 可以得到的数 据包括： 电池的 DCL数据、 劣化度相关参数， 电池劣化度数据、 以及单 位时间劣化度对照。 根据这些数据， 可以以各种方式提供进一步的数据应 用。 这些应用可以包括下面的几个具体场景， 如图 9左侧所示， 但不限于 此。
1 ) 充电： 通过对历史 DCL数据的分析， 可以得到充电电流、 充电市 场和充电深度与电池劣化速度之间的关系。在 分析得到最佳的充电方式之 后， 将该数据提供给电池充电站的充电控制系统。 充电站在可能的情况下 按照最佳 （或者次佳） 的充电方式进行充电， 最大程度的减缓电池的劣化 度。 另外， 如果在某些情况下对充电速度有要求， 也可以分析 DCL历史 数据库当中快速充电前提下， 哪种充电方式相对较好。 例如， 比较快速充 电时充电深度对电池劣化度的影响， 并同样将结果发送给充电站的控制系 统。
2 ) 电池交换： 在一个典型系统当中， 本发明的系统计算得到的电池 劣化度数据， 用于计算电池的残余价值。
在电池租赁交易发生时， 用户需要缴纳一定的费用， 例如， 押金。 押 金的高低取决于用户所租赁的电池的残余价值 。
在电池交换发生时， 用户需要支付两块电池之间的价格差异如上面 的 表达式 （7) 所示。 其中换入电池的残余价值、 换出电池的残余价值都是 根据电池劣化度的计算而得到的。 上面的表达式 （6 ) 给出了电池的残余 价值计算表达式。
在电池回收发生时， 需要根据电池劣化度计算电池的残余价值。
3 ) 汽车控制： 如图 9所示， 通过无线、 有线、 或专门设备的通讯方 式， 对 DCL 的分析结果可以传送给电池的使用者， 例如， 电动汽车的使 用者。 在这些数据中， 可以比较容易地得到不同行驶方式对电池劣化 度的 影响， 比如车速、 加速度、 减速度等形式状态对电池劣化度的具体影响。 从而可以使汽车的使用者使汽车按照电池的最 佳状态运行， 大幅度降低电 池的劣化速度。
在另外一种情况当中， 可以分析得到某个人的驾驶风格， 例如， 常用 车速、加速减速的高低等。 同时通 ¾i DCL数据的分析， 査询哪类电池（例 如， 哪个厂家的电池）在这种驾驶方式下可以获得 最佳性能或者最低的损 耗， 这 数据对于换电站来说非常有用。
图 10示出了根据本发明的电池劣化度模型的生成 更新过程的实施 例的示意图。 如图 10所示， 在一个典型实例中， A电池的用户将该电池 的 DCL传递给 BSC (电池应用管理中心）。 BSC首先将该电池的 DCL数 据记录到数据库中。 同时， 利用 DCL数据更新电池的初始劣化度模型。 另一方面， 在数据库中查找 A电池对应的特定劣化度模型。如果存在与 A 电池对应的特定劣化度模型， 则根据当前的输入的 A电池的 DCL新数据 对该特定劣化度模型进行更新。 否则， 根据更新后的初始劣化度模型和当 前新数据生成特定劣化度模型。
在电池劣化度模型的生成和更新的过程中， 将电池的劣化度参数履历 表数据传递给电池应用管理中心。 电池应用管理中心将劣化度参数履历表 数据记录到数据库中， 利用劣化度参数履历表数据更新电池的劣化度 模 型。 在数据库中査找电池对应的劣化度模型数据项 ， 如果不存在与电池对 应的劣化度模型数据项， 则根据电池劣化度相关参数和新计算得到的劣 化 度数值更新电池劣化度模型， 生成相应的数据项。
当劣化度模型的劣化度相关参数与采集处理得 到的电池的劣化度相 关参数之间的差大于一个预定值时， 将生成扩展劣化度模型的新的数据 项。 可以根据劣化度模型的精度要求来设定预定值 的大小。
图 11 是显示利用电池劣化度模型计算电池残值的过 程的示意图。 图 12是显示电池残值估算模块的示意图。 如图 11所示， 在计算电池残值的 过程中， 首先将 A电池的 DCL数据上传到数据中心或换电站。 数据中心 或换电站基于获得的 DCL数据对 A电池的劣化度模型进行更新。 然后， 利用更新的电池劣化度模型和 DCL数据来计算 A电池的残值。
图 12所示的电池残值估算模块包括劣化度模型更 模块 121， DCL 数据库 122， 和劣化度计算模块 123。 图 12所示的电池残值估算模块执行 图 11所示的残值计算过程。首先，劣化度模型更 模块 121利用上传的 A 电池的 DCL数据更新电池的劣化度模型， 并将 DCL数据记录在 DCL数 据库 122中。 然后， 由劣化度计算模块 123利用更新的电池劣化度模型和 DCL数据来计算 A电池的残值。
下面描述基于本发明的获取电池劣化度的系统 的运营系统的一个实 施例。 BSC负责对电池 DCL数据进行保存、 信息处理与信息利用。 电池 用户在缴纳一定会员费用后拥有从 BSC 租用电池、 交换电池、 扩充或缩 减电池的权利。 在电池租赁、 交换、 扩充或缩减电池的过程中， 用户缴纳 的费用依赖于 BSC 根据劣化度模型和劣化度相关参数计算得到的 电池残 余价值。 在初次租赁时， BSC记录下该电池的残余价值。 在电池交换时， BSC计算得到两块电池的残余价值与残余电量， 并根据一定费率计算得到 用户应该缴纳的费用。
在该实例中， 残余价值的计算在某些情况下可能是不准确的 。 例如， 数据库当中数据量过少， 或者数据库当中与该电池对应的数据量过少。 这 时， 可以采取一定补偿措施。 例如， 提出一个经验模型， 该模型能够表达 平均状况下， 电池在某个参数一定量变化之下 （比如过了一定时间之后） 劣化度的程度。 接着得到测算出来的劣化度与上次测出劣化度 之间差值。 将前面得到的平均劣化度程度与后面的劣化度 差值进行比较， 取其加权平 均值来计算费用。该方法随着总数据量和该电 池对应的数据量的增大而逐 渐失去作用， 并最终取消。 换言之， 该方法可以作为数据初始阶段的补偿 方法。另外一种补偿方法是，随着一块电池经 历了足够多的交换次数之后， 他在数据库当中会拥有越来越多的 DCL记录和劣化度测量记录， 随着这 个过程的发展， 针对该电池的劣化度测量也会越来越精确。 BSC可以依据 大量准确的数据对该电池以往的劣化度进行反 推， 并将得到的结果与当时 得到的历史劣化度进行比较， 以该比较结果作为对当时的历史用户进行补 偿的依据。 这种情况下， 用户可以很方便的查询得到自己使用电池过程 中 的所有补偿记录， 并选择继续保存该记录或者通过获取补偿值等 其他手段 消除补偿记录。
在一种实施方式中， BSC可以是一个分布式系统。每个站点拥有不同 的数据， 同时拥有相同的计算能力。 通常， 可以假定所有站点都与互联网 相连。 在计算劣化度时， 数据量越大， 得到的结果精确度就越高。 但在某 些情况下， 一个站点无法连接到互联网或者无法得到其他 站点的数据的情 况下， 它的本地数据不足， 无法生成比较精确的数据。 这时， 可以采取前 面描述的补偿措施。
考虑到更为极端的情况， 本发明提供了另一个实施例。 当用户当前所 在的 BSC 站点由于各种原因， 无法访问电池劣化度数据库， 或者无法使 用劣化度计算模块进行劣化度计算时， 甚至得不到不够精确的劣化度计算 结果， 也无法进行电池交换等活动， 这是不可接受的。 因此在电池的 BMS 中应当预留一个存储区域， 用来保存电池上次的劣化度测算结果、 初始模 型、 更新模型、 以及以往有限次数上传的 DCL数据 （包括采集到的电池 数据、 和电池劣化度有关的数据以及电池劣化度有关 的参数）。 数据量由 可用存储空间来决定。 当发生上述情况时， 电池内部需要根据有限的历史 数据、 初始模型和更新模型， 计算得到一个粗略的劣化度结果， 以此作为 电池交换的依据。 BSC应当记录该结果， 并在系统可以正常工作的时候将 该站点的记录导入数据库中。 同时由于该次测量的不准确性， 需要按照前 面描述的补偿方式进行补偿。
按照国家标准中规定， 电池在其满充比下降到 80%的时候就无法继续 作为电池使用了。 BSC在每次进行电池交换后， 将回收的电池中满充比小 于等于 80%的电池进行回收，并处理为蓄电池、小型电 动车（电动摩托车、 电动自行车） 等能源储备方式。 对于储能用电池， 同样有必要检测各个电 池的状态， 当电池劣化度达到某一值时， 该电池就要报废处理， 否则将影 响其它的储能电池的寿命。 因此， 本发明的劣化度测量方法， 同样适用于 储能电池的状态检测。
图 13 示出了根据本发明获取电池劣化度的系统进行 运营的运营系统 的模块示意图。 如图 13所示， DCL模块 131从电池使用处， 例如， 电动 汽车处采集与电池劣化度有关的参数， 并将采集的参数存储在电池信息数 据库 132中。 电池残值估算模块 133根据电池劣化度模型和所采集的电池 参数来计算电池的残值， 并将残值提供给信息提供模块 135。 信息提供模 块 135 可以将有关电池的信息提供给电动汽车的 BMS， 以便 BMS根¾ DCL 信息来控制和调整汽车的驾驶和 /或其它操控方式。 另一方面， 电池 信息利用者 134也可以利用信息提供模块 135提供的电池来确定电池供应 或电池再利用的运营方式。
在另一实施例当中，描述对 DCL的信息利用。通过大量的 DCL信息， 以及基于这些信息和初始劣化度模型、更新劣 化度模型所得出的电池劣化 度指标， 可以比较容易地得到电池劣化速度与电池厂商 、 电池类型、 驾驶 风格、 驾驶路况、 每次充电时间、 每次充电平均电流等关键参数之间的关 系。 这些数据可以作为极具商业价值的信息进行商 业运作。
在另一实施例当中， DCL中不但包括了固定的一次性信息， 比如电池 ID, 电池的出厂日期等， 还包括了需要多次定期釆集、 记录或者多次触发 采集记录的数据。 其中多次定期采集的数据包括： 采集时间、 总电压、 总 电流、 电池温度、 包电压、 包电流、 包内阻、 包 SOH。 多次触发采集数据 包括下列的一组或者多组： 充电前 SOH、 充电后 SOH、 充电电量、 充电 电流、 放电前 SOH、 放电后 SOH、 放电电量、 放电电流。
图 14示出 DCL模块的工作流程。 在步骤 S141 , DCL采集装置采集 与电池劣化度有关的参数， 然后在步骤 S142记录所釆集的参数， 并在步 骤 S143将采集的参数暂存在参数采集子系统的暂 器中。 此后， 在步骤 S 144, BSC判断是否与数据中心连接。 如果 BSC与数据中心连接， 则在 步骤 S 145上传采集的 DCL数据。如果在步骤 S144判断 BSC未与数据中 心连接， 则返回步骤 S 141继续采集 DCL数据。
以上数据当中， 多次定期采集的数据表示根据预先设定的周期 ， 在电 池的生命周期中定时采集的一些电池参数。这 些参数主要用于评估电池劣 化度程度与时间变化的关系。
多次触发采集的数据表示没有预先设定，在发 生某个事件（比如充电） 时触发的数据采集行为。 该行为采集到的数据主要用于评估特定事件 （比 如充放电、 回馈制动） 对电池劣化度的影响。
需要指出的是， 虽然前面以电池劣化度因素的参数采集子系统 ， 电池 劣化度模型的构建及更新子系统， 电池劣化度的计算子系统， 与电池劣化 度有关的参数 DCL存储子系统的方式描述了本发明， 然而， 本发明中也 可以利用同样的装置来代替对应的子系统， 而其实质没有改变。
至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述 。本领域技术人员应该 理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下 ，可以进行各种其它的改变、 替换和添加。 因此， 本发明的范围不应该被理解为被局限于上述特 定实施 例， 而应由所附权利要求所限定。