电动汽车动力电池充检设备研究及其平台开发_魏建华.pdf

收优惠、财政补贴、贷款担保、场站土地开发权等，在满足民营企业投资盈利目标的同时，为社会更有效率地提供公共交通运输服务，使有限的资源发挥更大的作用。（2）创新服务质量提升。近年大众出行选择方式更加多样，在如今群众需求越来越高的情势下，提升服务质量对增加公交客流尤为重要，而服务质量体现在公交快捷性、准时性、舒适性、安全性等多方面。快捷性方面最大的问题是道路拥堵问题，城市路网结构不合理、社会车辆使用率增加、道路通行容量不足、交通事故等通常导致交通严重拥堵，特别是早晚高峰时段拥堵影响了公交运行的时效。按照国务院“公交优先”战略，各地区政府可以主导通过设置公交专用道、早晚高峰其它车辆限行等方式保障公交顺畅通行，同时公交站点设置为公交港湾或停车道，有利公交停靠发车，节约公交在中途站排队时间。准时性方面，公交企业应根据线路客流量，区分平高峰时段设置始发和收班时间以及发车间隔时间，所有发车信息应向社会公众公开，方便群众通过手机 APP、公众号等移动设备查询。另外，使用线路智能调度系统保证发车准确，减少车队随意发车现象。舒适性方面，秉持低碳环保的原则，以改善驾乘体验为核心，进一步加强新能源公交车的推广，使具有更高颜值、更高安全性能、更舒适车内配置的公交车辆上线。安全性方面，企业在管理过程中要加强驾驶员安全教育培训，保持公交车车况良好，车辆不带“病”运营。公交车运营过程中，使用 GPS 定位及智能系统进行全程监控，对驾驶员疲劳驾驶、违规及不安全行为实时提醒。当前，公众出行服务格局发生了深刻变革，政企协作谋求公交行业发展尤为重要，从制度、规划、效益等方面着手，抓住交通强国建设机遇，提升公交服务质量和效率，落实公交优先，实现公交便民。本文仅是笔者结合自身工作经验提出的浅显看法，公共交通是关系社会民生不可或缺的一环，如何在新形势下让公交良性发展，仍需要我们不断研究。参考文献：1 国务院.国务院关于城市优先发展公共交通的指导 意 见:国 发201264 号 A/OL(2013-01-05)2023-02-01.https:/ 国务院办公厅.国务院办公厅转发建设部等部门关于优先发展城市公共交通意见的通知:国办发200546 号 A/OL(2005-09-23)2023-02-01.https:/ 杨卫东,范东涛.城市公交场站用地综合开发潜力N/OL.中国交通报,2022-04-182023-02-01.https:/ 结语随着党的二十大胜利闭幕和疫情防控政策的调（上接第39页）电动汽车动力电池充检设备研究及其平台开发魏建华1 李海敏2 孙浩1 汪保成1（1.郑州天迈科技股份有限公司，郑州 450000；2.郑州恒诺电子技术有限公司，郑州 450000）摘 要：随着电动汽车产业及充电技术的快速发展，电池性能、电池安全等问题受到广泛重视。为保证用户在充电过程中监控电动汽车电池性能，研发电动汽车动力电池充检一体化充电站及其充检平台，并构建充检评价指标体系，包括：动力电池性能、单体一致性诊断、计算和预估电池健康度和剩余使用寿命等。在充电过程中检测分析动力电池技术状况，对于评估动力电池性能和保证电池安全有一定意义。关键词：充检一体化；动力电池性能；单体一致性；电池健康度中图分类号：U469.72 文献标志码：AResearchonelectricvehiclepowerbatterychargingequipmentandplatformdevelopmentWeiJianhua1 LiHaimin2 SunHao1 WangBaocheng1（1.ZhengzhouTiamaesTechnologyCo.,Ltd.,Zhengzhou 450000;2.ZhengzhouHengnuoelectronicLtd.,Zhengzhou 450000）Abstract:Withtherapiddevelopmentofelectricvehicleindustryandchargingtechnology,batteryperformance,batterysafetyandotherissueshavebeenwidelypaidattentionto.Inordertoensurethatusersmonitortheperformanceofelectricvehiclebatteriesduringthechargingprocess,theintegratedchargingstationanditschargingandinspectionplatformforelectricvehiclepowerbatteriesaredeveloped,andachargingevaluationindexsystemisconstructed,including:powerbatteryperformance,monomerconsistencydiagnosis,calculationandestimationofbatteryhealthandremainingservicelife.Detectingandanalyzingthetechnicalstatusofpowerbatteriesduringchargingisofcertainsignificanceforevaluatingpowerbatteryperformanceandensuringbatterysafety.Key words:integratedcharginganddetection;batteryperformance;singlebatteryconsistency;stateofhealth引言我国新能源电动汽车产业快速发展，据统计2022 年 9 月全国新能源汽车保有量达 1149 万辆，同时充电设施规模和数量也随之增长，如何提升充电设施服务水平，提高对动力电池安全性1、一致性2、可靠性的检测3，已成为新能源汽车行业内日益突出和待解决的问题。电动汽车充电过程中的检测是对动力电池诊断和性能评价的重要手段4-7，国家、新能源汽车行业陆续出台相关技术规范、协议和检测标准，为电动汽车充电检测提供数据支撑，行业内诸多车企和充电桩研发机构已长期开展动力电池检测或检测仪器研发工作，数据挖掘、机器学习、智能化诊断检测技术得到广泛应用8-9。本文基于动力电池直流充电桩充电过程中对动力电池的检测，分析动力电池在充电检测中的性能和状态，计算和预估电池健康度和剩余使用寿命，为直流充电桩充电检测动力电池的性能评价和单体电压一致性诊断提供参考依据。1 电动汽车充检一体化充电站设备选型和评价体系1.1 设备选型电动汽车充检一体化充电站采用郑州天迈科技的直流一体充电机，主要用于电动汽车快速充电，该设备采用 20kW 恒功率充电模块，输出功率80kW/120kW/160kW 可根据表 1 中技术参数灵活配置，功率智能动态分配，适配性好，可满足各类电动汽车安全、高效、快速的充电需求。其中数据采集端采用 16 位的 GD32F450ZET；数据监听端采用郑州天迈科技自研的控制与计算单元。充电机技术参数见表 1。URBAN PUBLIC TRANSPORT城市公共交通20230645城市公共交通URBAN PUBLIC TRANSPORT20230644学海泛舟Academic Research学海泛舟Academic Research1.2 电动汽车充检一体化充电站评价体系在电动汽车后市场中，无论是商检还是年检，电动汽车动力电池检测业务都是不可或缺的。电池检测业务就是对电池系统打分并分项列出各个关键指标项。本节从新能源电动汽车充电站充检出发，采用定性与定量相结合的方法，结合新能源电动汽车充电站特点构建具体的运营评价指标体系。（1）充检评价指标输入变量。新能源电动汽车充电站充检评价体系输入变量即充电端电压、充电端电流、充电时间、电池端电压、电池端电流、最高动力电池温度、最低动力电池温度、电池组额定容量、电池组起始 SOC、电池组终止 SOC、单体动力电池最高允许充电电压、最高允许充电总电压、最高允许温度、剩余循环次数、单体动力电池电压状态、动力电池 SOC 状态、动力电池绝缘状态、动力电池连接状态、电池最大温差、环境温度及基础资源情况，充电站投入资源包含充电站数量、终端数量、新能源车数、车桩比、充电桩总功率等。（2）确定评价指标输出变量。新能源电动汽车充电站充检核心产出即电池的性能指标，将单个汽车的电池组循环次数、剩余寿命、电池健康度等作为电池组的性能指标；考虑电池组单体电芯一致性诊断，把单体电流、电压、SOC 等作为电池组故障判断指标；根据同类车型充电历史数据构建电动汽车电池寿命、健康度预估模型，输出预估动力电池健康度和寿命值。依据新能源电动汽车充电站充检一体化，对动力电池性能做出评价，形成了一套综合评价体系（表 2）。表 1 充电机具体技术参数型号TM7201-X2（X 可选）输出功率30kW-600kW输出电压DC200VDC750V输入电压AC380V15%输入频率4565Hz辅助电源12V、24V 兼容整机效率峰值 95%噪声 65dB防护等级 IP54工作温度-20+50充电枪头单、双枪（选配）枪线长度5m/7m（可定制）通信方式以太网/4G充电方式刷卡、扫码、VIN 自动识别、调度充电外观尺寸（高 宽 深）1592mm980mm554mm表 2 新能源电动汽车充电站充检评价指标体系电动汽车充电站充检评价体系指标体系指标补充说明充电设备端基本情况充电端电压DC750V充电端电流200A充电时间环境温度-20+50动力电池基本情况最高动力电池温度最低动力电池温度电池组额定容量电池端电压电池端电流电池组起始 SOC电池组终止 SOC单体动力电池最高允许充电电压剩余循环次数最高允许充电总电压电池最大温差最高允许温度动力电池状态单体动力电池电压状态正常、过高、过低动力电池 SOC 状态正常、过低动力电池绝缘状态正常、不正常动力电池连接状态正常、不正常动力电池健康度动力电池单体电压一致性正常、故障、预警动力电池健康度正常、预警动力电池剩余寿命正常、预警动力电池预估模块动力电池预估健康度正常、预警动力电池预估剩余寿命正常、预警单体一致性评价指标为单体电压均值、标准差、极差。（1）（2）（3）式（1）为所有单体电压的均值，n 为单体电池总数量；式（2）为动力电池单体电压标准差；式（3）为动力电池单体电压极差。2.2 动力电池健康度2.2.1 动力电池健康度计算新能源汽车动力电池随着周围环境的变化和电池内部发生的反应而逐渐老化，老化速度也会不断加快。为了增强电池的安全性能和延长电池寿命，电池的健康度（StateofHealth，SOH）已经成为研究的重点。动力电池健康度通常情况下指能够表征电池健康状态的参量，即这些参量指标代表了电池健康状态。通过一定的数据进行计算，能够得到当前时刻这些参量指标，从而实现动力电池老化状态的估计。动力电池健康度表征当前电池相对于新电池额定容量存储电能的能力，以百分比的形式表示电池从寿命开始到寿命结束期间所处的状态。电池的性能指标较多，目前 SOH 主要体现在容量、电量、内阻、循环次数和峰值功率等几个方面。电动汽车动力电池充检一体化，可在充电过程中采用安时积分法计算所充电量，因安时积分法受电池自身因素影响较小，且计算方法简单、可靠，能够对电池的核电状态进行实时估算。缺点为安时积分法属于开环控制，若电流精度不高，则计算的图 1 电动汽车充检一体化动力电池一致性诊断流程图2 电动汽车动力电池充检平台2.1 动力电池一致性诊断动力电池组是新能源汽车的重要零部件，动力电池组由多个锂离子电池单体串并联组成，因每个锂离子电池制作材料、工艺参数等存在差异，动力电池在容量、内阻等方面有一定差异，且随着使用环境和工况的不同，容量和内阻差异会越来越大，导致动力电池的一致性越来越差。由于制造过程与使用过程的差异性，单体电池不一致性会一直存在。若动力电池的一致性得不到很好控制，动力电池系统的一致性会越来越差，使动力电池系统的充放电性能下降，最终影响到动力电池系统的安全性等问题。当电池组明显出现单体电池不一致性时，电池组的容量、能量密度等电池性能会明显下降，最终导致动力电池组达到退役标准。因此提出在充电过程中进行动力电池一致性诊断，电动汽车充检一体化动力电池一致性诊断流程如图 1 所示。充电设备端获取到电动汽车整车 BMS 信息，构建基于动力电池的单体一致性标准体系。判断此时电动汽车是否处于充电状态，若为充电状态，计算动力电池动态电压均值、压差、标准差。结合电动汽车历史标准压差对准表，判断是否在正常范围，若不符合则做出相应故障处理。动力电池工作电压的不一致性是由电池内部参数和运行状态共同作用表现出来的。各个时刻的工作电压与极化效应关系紧密。极化现象就是电流通过电极时，电极偏离平衡电极电势的现象。动力电池URBAN PUBLIC TRANSPORT城市公共交通20230647城市公共交通URBAN PUBLIC TRANSPORT20230646学海泛舟Academic Research学海泛舟Academic Research1.2 电动汽车充检一体化充电站评价体系在电动汽车后市场中，无论是商检还是年检，电动汽车动力电池检测业务都是不可或缺的。电池检测业务就是对电池系统打分并分项列出各个关键指标项。本节从新能源电动汽车充电站充检出发，采用定性与定量相结合的方法，结合新能源电动汽车充电站特点构建具体的运营评价指标体系。（1）充检评价指标输入变量。新能源电动汽车充电站充检评价体系输入变量即充电端电压、充电端电流、充电时间、电池端电压、电池端电流、最高动力电池温度、最低动力电池温度、电池组额定容量、电池组起始 SOC、电池组终止 SOC、单体动力电池最高允许充电电压、最高允许充电总电压、最高允许温度、剩余循环次数、单体动力电池电压状态、动力电池 SOC 状态、动力电池绝缘状态、动力电池连接状态、电池最大温差、环境温度及基础资源情况，充电站投入资源包含充电站数量、终端数量、新能源车数、车桩比、充电桩总功率等。（2）确定评价指标输出变量。新能源电动汽车充电站充检核心产出即电池的性能指标，将单个汽车的电池组循环次数、剩余寿命、电池健康度等作为电池组的性能指标；考虑电池组单体电芯一致性诊断，把单体电流、电压、SOC 等作为电池组故障判断指标；根据同类车型充电历史数据构建电动汽车电池寿命、健康度预估模型，输出预估动力电池健康度和寿命值。依据新能源电动汽车充电站充检一体化，对动力电池性能做出评价，形成了一套综合评价体系（表 2）。表 1 充电机具体技术参数型号TM7201-X2（X 可选）输出功率30kW-600kW输出电压DC200VDC750V输入电压AC380V15%输入频率4565Hz辅助电源12V、24V 兼容整机效率峰值 95%噪声 65dB防护等级 IP54工作温度-20+50充电枪头单、双枪（选配）枪线长度5m/7m（可定制）通信方式以太网/4G充电方式刷卡、扫码、VIN 自动识别、调度充电外观尺寸（高 宽 深）1592mm980mm554mm表 2 新能源电动汽车充电站充检评价指标体系电动汽车充电站充检评价体系指标体系指标补充说明充电设备端基本情况充电端电压DC750V充电端电流200A充电时间环境温度-20+50动力电池基本情况最高动力电池温度最低动力电池温度电池组额定容量电池端电压电池端电流电池组起始 SOC电池组终止 SOC单体动力电池最高允许充电电压剩余循环次数最高允许充电总电压电池最大温差最高允许温度动力电池状态单体动力电池电压状态正常、过高、过低动力电池 SOC 状态正常、过低动力电池绝缘状态正常、不正常动力电池连接状态正常、不正常动力电池健康度动力电池单体电压一致性正常、故障、预警动力电池健康度正常、预警动力电池剩余寿命正常、预警动力电池预估模块动力电池预估健康度正常、预警动力电池预估剩余寿命正常、预警单体一致性评价指标为单体电压均值、标准差、极差。（1）（2）（3）式（1）为所有单体电压的均值，n 为单体电池总数量；式（2）为动力电池单体电压标准差；式（3）为动力电池单体电压极差。2.2 动力电池健康度2.2.1 动力电池健康度计算新能源汽车动力电池随着周围环境的变化和电池内部发生的反应而逐渐老化，老化速度也会不断加快。为了增强电池的安全性能和延长电池寿命，电池的健康度（StateofHealth，SOH）已经成为研究的重点。动力电池健康度通常情况下指能够表征电池健康状态的参量，即这些参量指标代表了电池健康状态。通过一定的数据进行计算，能够得到当前时刻这些参量指标，从而实现动力电池老化状态的估计。动力电池健康度表征当前电池相对于新电池额定容量存储电能的能力，以百分比的形式表示电池从寿命开始到寿命结束期间所处的状态。电池的性能指标较多，目前 SOH 主要体现在容量、电量、内阻、循环次数和峰值功率等几个方面。电动汽车动力电池充检一体化，可在充电过程中采用安时积分法计算所充电量，因安时积分法受电池自身因素影响较小，且计算方法简单、可靠，能够对电池的核电状态进行实时估算。缺点为安时积分法属于开环控制，若电流精度不高，则计算的图 1 电动汽车充检一体化动力电池一致性诊断流程图2 电动汽车动力电池充检平台2.1 动力电池一致性诊断动力电池组是新能源汽车的重要零部件，动力电池组由多个锂离子电池单体串并联组成，因每个锂离子电池制作材料、工艺参数等存在差异，动力电池在容量、内阻等方面有一定差异，且随着使用环境和工况的不同，容量和内阻差异会越来越大，导致动力电池的一致性越来越差。由于制造过程与使用过程的差异性，单体电池不一致性会一直存在。若动力电池的一致性得不到很好控制，动力电池系统的一致性会越来越差，使动力电池系统的充放电性能下降，最终影响到动力电池系统的安全性等问题。当电池组明显出现单体电池不一致性时，电池组的容量、能量密度等电池性能会明显下降，最终导致动力电池组达到退役标准。因此提出在充电过程中进行动力电池一致性诊断，电动汽车充检一体化动力电池一致性诊断流程如图 1 所示。充电设备端获取到电动汽车整车 BMS 信息，构建基于动力电池的单体一致性标准体系。判断此时电动汽车是否处于充电状态，若为充电状态，计算动力电池动态电压均值、压差、标准差。结合电动汽车历史标准压差对准表，判断是否在正常范围，若不符合则做出相应故障处理。动力电池工作电压的不一致性是由电池内部参数和运行状态共同作用表现出来的。各个时刻的工作电压与极化效应关系紧密。极化现象就是电流通过电极时，电极偏离平衡电极电势的现象。动力电池URBAN PUBLIC TRANSPORT城市公共交通20230647城市公共交通URBAN PUBLIC TRANSPORT20230646学海泛舟Academic Research学海泛舟Academic Research对电动汽车报文数据进行解析和数据挖掘，并进行动力电池一致性故障诊断、电池容量、电池健康度、使用寿命计算和预估，对于 评 估 动力电池性能有一定意义。后续会对动力电池故障诊断进 一 步 深 入 研究，持续优化算法，为电动汽车发展保驾护航。参考文献：1 虞婧.基于数据挖掘技术的电动汽车充电安全监测与故障预警方法研究 D.北京:华北电力大学,2021.2 杨万里,田凤军,王永忠,等.纯电动汽车动力电池系统一致性诊断与控制方法研究 J.电池工业,2020(1):26-30.3 陈泽宇,熊瑞,孙逢春.电动汽车电池安全事故分析与研究现状 J.机械工程学报,2019,55(24):93-104,116.4 SchmidM,KneidingerHG,EndischC.Data-drivenfaultdiagnosisinbatterysystemsthroughcross-cellmonitoringJ.IEEESensorsJournal,2020,21(2):1829-1837.5 HasibSA,IslamS,ChakraborttyRK,etal.AComprehensiveReviewofAvailableBatteryDatasets,RULPredictionApproaches,andAdvancedBatteryManagementJ.IeeeAccess,2021,9(1):86166-86193.6 ZhaoY,LiuP,WangZ,etal.FaultanddefectdiagnosisofbatteryforelectricvehiclesbasedonbigdataanalysismethodsJ.AppliedEnergy,2017(207):354-362.7 高栋,黄妙华,周亚鹏.基于充电电流数据的锂电池容量估计 J.电源技术,2018,42(10):1447-1450,1581.8 张红超.新能源汽车锂电池的BMS功能性设计研究J.河南科技,2020,39(31):118-120.9 郑勇.锂离子电池过充及过放电故障诊断研究 D.西安:长安大学,2016.电池容量会有相应的误差，从而影响动力电池的评价结果。基于充电桩和新能源汽车 BMS 系统所获取的数据，本文采用对数据密度和数据质量要求相对较低的安时积分法需要用到的数据字段在充电数据中都能获得，数据遵从 GB27930 协议数据要求，避免了二次计算，适合在充电桩上计算使用。利用充电数据计算 SOH 的原理如下。（1）计算本次充电电量，计算公式为：（4）其中，t1为充电开始时刻，t2为充电结束时刻，I 为充电电流，C 为本次充电充入的容量。（2）计算 SOC 变化量，计算公式为：（5）其中，SOCt1为充电开始时电池包的核电状态，SOCt2为充电结束时电池的核电状态，SOC 为荷电状态的变化量。（3）计算电池当前总容量，计算公式为：（6）其中，C1为电池包当前容量，用于表示当前电池存储能量的能力，通过车辆每次充电数据的电流、充电时长、SOC 变化量可以得出当前情况下电池包总容量即电池包存储电能的能力。（4）计算电池健康度 SOH 值，计算公式为：（7）其中，C0为电池包出厂时的标定容量。2.2.2 基于充检一体化的动力电池健康度预估（1）获取新能源电动汽车的历史充电记录和历史健康状态信息，对 CAN 总线获得的充电数据依据 GB27930 协议解析和数据处理，并计算电池健康度，数据集样本特征属性见表 3。对电动汽车动力电池充电数据进行相关性分析，从相关性分析图（图 2）可得电池端电压与充电时间、充电枪输出电压相关。（2）根据电动汽车充检数据和电池健康度值，使用回归类算法 LightGBM 预估动力电池健康度。基于梯度提升树，LightGBM 是一个开源、高效、精度较高的分类和回归算法，该算法支持基于GPU 的并行加速。控制提升树的深度和叶子节点的数量，同时采用叶子节点分裂计算代价函数，从而避免过拟合。LightGBM 采用直方图算法做差加速，采用离散化特征，使得算法的鲁棒性更强、运算更快、算力资源需求更小。将平均绝对值误差（meanabsoluteerror，MAE）作为预测精度的衡量指标，具体如式（8）所示：（8）其中，yi 为第 i 个时刻对应的预估电池健康度值，yi为第 i 个时刻对应的真实电池健康度值。（3）将电动汽车充检数据进行数据预处理（去除空值、聚合、归一化），输入 LightGBM 回归算法中，由 MAE 评估指标训练得到电动汽车充检平台预估模型。（4）将实时充电数据应用于充检平台，向用户提供电池健康状态评估报告，并存储本次充电信息。2.3 动力电池剩余寿命新能源汽车动力电池健康度的计算方法采用了安时积分法计算容量，将容量作为表征动力电池健康状态的健康因子，即动力电池当前容量与额定容表 3 电动汽车动力电池健康度的特征属性及其含义编号特征属性特征属性含义编号特征属性特征属性含义0terminal_voltage电池端电压6battery_temp_max单体电池芯最高温度1terminal_current电池端电流7battery_temp_min单体电池最低温度2account_time充电时间8Capacity充电容量3time当前时刻9Cycle当前循环次数4charge_voltage充电枪输出电压10ambient_temperature环境温度5charge_current充电枪输出电流11SOH电池健康度量的比值作为当前的健康度 SOH，同时将额定容量的 70%作为电池退役维护的阈值。由充电枪获取电动汽车 BMS 信息，可得到当前动力电池额定容量，对动力电池未来的容量变化和健康度进行预估，将当前电池可用容量到额定容量的 70%所需要经历的循环周期次数定义为锂离子电池的剩余寿命（RemainingUsefulLife，RUL）。（9）式中，Cterminal为动力电池到寿命结束共进行的充放电循环数，Cuse为动力电池已使用的循环数。根据动力电池未来容量变化和剩余充电循环次数，对动力电池依据充检数据构建回归模型，预估动力电池剩余寿命。3 总结与展望电动汽车动力电池性能、安全等问题是用户最为关注的，并且是电动汽车车检的发力点。为保证用户能时刻监控电动汽车电池性能，节约用户去商检中心的时间，开发了基于充电桩的电动汽车充检一体化平台，可在充电过程中获取动力电池的真实状态，做好动力电池检测，保障动力电池高效使用，同时在充电过程中可以获取动力电池的健康度和剩余使用寿命。本文所研究的电动汽车充检一体化系统平台，图 2 电动汽车充检相关性分析图11111110.990.990.990.980.980.690.990.790.790.790.790.780.780.69-0.33-0.34-0.34-0.34-0.34-0.15-0.15-0.17-0.17-0.33-0.59-0.59-0.59-0.59-0.61-0.61-0.27-0.27-0.6-0.60.190.190.180.180.180.190.180.191.00.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6URBAN PUBLIC TRANSPORT城市公共交通20230649城市公共交通URBAN PUBLIC TRANSPORT20230648学海泛舟Academic Research学海泛舟Academic Research对电动汽车报文数据进行解析和数据挖掘，并进行动力电池一致性故障诊断、电池容量、电池健康度、使用寿命计算和预估，对于 评 估 动力电池性能有一定意义。后续会对动力电池故障诊断进 一 步 深 入 研究，持续优化算法，为电动汽车发展保驾护航。参考文献：1 虞婧.基于数据挖掘技术的电动汽车充电安全监测与故障预警方法研究 D.北京:华北电力大学,2021.2 杨万里,田凤军,王永忠,等.纯电动汽车动力电池系统一致性诊断与控制方法研究 J.电池工业,2020(1):26-30.3 陈泽宇,熊瑞,孙逢春.电动汽车电池安全事故分析与研究现状 J.机械工程学报,2019,55(24):93-104,116.4 SchmidM,KneidingerHG,EndischC.Data-drivenfaultdiagnosisinbatterysystemsthroughcross-cellmonitoringJ.IEEESensorsJournal,2020,21(2):1829-1837.5 HasibSA,IslamS,ChakraborttyRK,etal.AComprehensiveReviewofAvailableBatteryDatasets,RULPredictionApproaches,andAdvancedBatteryManagementJ.IeeeAccess,2021,9(1):86166-86193.6 ZhaoY,LiuP,WangZ,etal.FaultanddefectdiagnosisofbatteryforelectricvehiclesbasedonbigdataanalysismethodsJ.AppliedEnergy,2017(207):354-362.7 高栋,黄妙华,周亚鹏.基于充电电流数据的锂电池容量估计 J.电源技术,2018,42(10):1447-1450,1581.8 张红超.新能源汽车锂电池的BMS功能性设计研究J.河南科技,2020,39(31):118-120.9 郑勇.锂离子电池过充及过放电故障诊断研究 D.西安:长安大学,2016.电池容量会有相应的误差，从而影响动力电池的评价结果。基于充电桩和新能源汽车 BMS 系统所获取的数据，本文采用对数据密度和数据质量要求相对较低的安时积分法需要用到的数据字段在充电数据中都能获得，数据遵从 GB27930 协议数据要求，避免了二次计算，适合在充电桩上计算使用。利用充电数据计算 SOH 的原理如下。（1）计算本次充电电量，计算公式为：（4）其中，t1为充电开始时刻，t2为充电结束时刻，I 为充电电流，C 为本次充电充入的容量。（2）计算 SOC 变化量，计算公式为：（5）其中，SOCt1为充电开始时电池包的核电状态，SOCt2为充电结束时电池的核电状态，SOC 为荷电状态的变化量。（3）计算电池当前总容量，计算公式为：（6）其中，C1为电池包当前容量，用于表示当前电池存储能量的能力，通过车辆每次充电数据的电流、充电时长、SOC 变化量可以得出当前情况下电池包总容量即电池包存储电能的能力。（4）计算电池健康度 SOH 值，计算公式为：（7）其中，C0为电池包出厂时的标定容量。2.2.2 基于充检一体化的动力电池健康度预估（1）获取新能源电动汽车的历史充电记录和历史健康状态信息，对 CAN 总线获得的充电数据依据 GB27930 协议解析和数据处理，并计算电池健康度，数据集样本特征属性见表 3。对电动汽车动力电池充电数据进行相关性分析，从相关性分析图（图 2）可得电池端电压与充电时间、充电枪输出电压相关。（2）根据电动汽车充检数据和电池健康度值，使用回归类算法 LightGBM 预估动力电池健康度。基于梯度提升树，LightGBM 是一个开源、高效、精度较高的分类和回归算法，该算法支持基于GPU 的并行加速。控制提升树的深度和叶子节点的数量，同时采用叶子节点分裂计算代价函数，从而避免过拟合。LightGBM 采用直方图算法做差加速，采用离散化特征，使得算法的鲁棒性更强、运算更快、算力资源需求更小。将平均绝对值误差（meanabsoluteerror，MAE）作为预测精度的衡量指标，具体如式（8）所示：（8）其中，yi 为第 i 个时刻对应的预估电池健康度值，yi为第 i 个时刻对应的真实电池健康度值。（3）将电动汽车充检数据进行数据预处理（去除空值、聚合、归一化），输入 LightGBM 回归算法中，由 MAE 评估指标训练得到电动汽车充检平台预估模型。（4）将实时充电数据应用于充检平台，向用户提供电池健康状态评估报告，并存储本次充电信息。2.3 动力电池剩余寿命新能源汽车动力电池健康度的计算方法采用了安时积分法计算容量，将容量作为表征动力电池健康状态的健康因子，即动力电池当前容量与额定容表 3 电动汽车动力电池健康度的特征属性及其含义编号特征属性特征属性含义编号特征属性特征属性含义0terminal_voltage电池端电压6battery_temp_max单体电池芯最高温度1terminal_current电池端电流7battery_temp_min单体电池最低温度2account_time充电时间8Capacity充电容量3time当前时刻9Cycle当前循环次数4charge_voltage充电枪输出电压10ambient_temperature环境温度5charge_current充电枪输出电流11SOH电池健康度量的比值作为当前的健康度 SOH，同时将额定容量的 70%作为电池退役维护的阈值。由充电枪获取电动汽车 BMS 信息，可得到当前动力电池额定容量，对动力电池未来的容量变化和健康度进行预估，将当前电池可用容量到额定容量的 70%所需要经历的循环周期次数定义为锂离子电池的剩余寿命（RemainingUsefulLife，RUL）。（9）式中，Cterminal为动力电池到寿命结束共进行的充放电循环数，Cuse为动力电池已使用的循环数。根据动力电池未来容量变化和剩余充电循环次数，对动力电池依据充检数据构建回归模型，预估动力电池剩余寿命。3 总结与展望电动汽车动力电池性能、安全等问题是用户最为关注的，并且是电动汽车车检的发力点。为保证用户能时刻监控电动汽车电池性能，节约用户去商检中心的时间，开发了基于充电桩的电动汽车充检一体化平台，可在充电过程中获取动力电池的真实状态，做好动力电池检测，保障动力电池高效使用，同时在充电过程中可以获取动力电池的健康度和剩余使用寿命。本文所研究的电动汽车充检一体化系统平台，图 2 电动汽车充检相关性分析图11111110.990.990.990.980.980.690.990.790.790.790.790.780.780.69-0.33-0.34-0.34-0.34-0.34-0.15-0.15-0.17-0.17-0.33-0.59-0.59-0.59-0.59-0.61-0.61-0.27-0.27-0.6-0.60.190.190.180.180.180.190.180.191.00.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6URBAN PUBLIC TRANSPORT城市公共交通20230649城市公共交通URBAN PUBLIC TRANSPORT20230648学海泛舟Academic Research学海泛舟Academic Research