CN103817091A - 电池分选方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电池分选方法，包括以下步骤：获取待分选电池集合中多个待分选电池的电池信息；根据所述多个待分选电池的电池信息得到任意两个待分选电池之间的距离；根据所述任意两个待分选电池之间的距离对所述多个待分选电池进行N次聚类，其中N为正整数；以及根据聚类结果得到所述多个待分选电池的分选结果。根据本发明实施例的电池分选方法具有分选结果电池一致性好、分选准确的优点。本发明还提出了一种电池分选系统。

Description

电池分选方法及系统

技术领域

本发明设计电池技术领域，特别涉及一种电池分选方法及系统。

背景技术

由于现阶段电池，如锂离子二次电池的能量密度与体积密度有限，因此在实际应用中，如在把锂离子二次电池作为能量储存媒介驱动电池汽车等需要大功率与高能量的装置中，往往需要将许多个同一类的锂离子二次电池成组化使用。成组化电池的一致性是保证电池组整体性能的重要前提。实践表明，由于单体电池之间存在不一致性，电池组的性能在寿命等方面往往比单体电池低。

电池组中单体电池的不一致性往往来自于两个方面：一方面是由于制造过程中材料、制造环境等因素造成的初始内在不一致性，另一方面是在使用过程中由于工作负荷、温度等因素造成的后生外在不一致性。初始内在不一致性会诱发后生外在不一致性。因此，在单体电池成组化时对单体电池进行分选，降低初始内在不一致性，是提高电池组综合性能的重要前提。

现有的电池分选方法中，例如分别以动态充放过程中的电压差、自放电程度、完成特定工况的时间作为分选的标准。这类以单一指标为分选标准的方法的根本缺点在于，一个物理量的一致性并不能保证其他物理量的一致性。而电池的一致性包括许多层面，如热力学（开路电压、低倍率容量、自放电率）的一致性，动力学（电阻、高倍率容量）的一致性等等。因此，这类以单一指标为分选标准的方法在分选效果上存在缺陷。还有方法使用了容量、电压、内阻等三个物理量作为分选指标，具体操作是先以容量为指标进行分选，然后在分选的电池中以电压为指标进行分选，最后在分选的电池中以电阻为指标进行分选。这种分选方法的结果，严重依赖于指标之间的顺序，并且不同指标对电池一致性的影响效果不同，在已有分选方法中没有考虑到这一点。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电池分选方法。该方法具有分选结果电池一致性好、分选准确的优点。

本发明的另一目的在于提出一种电池分选系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提供了一种电池分选方法，包括以下步骤：获取待分选电池集合中多个待分选电池的电池信息；根据所述多个待分选电池的电池信息得到任意两个待分选电池之间的距离；根据所述任意两个待分选电池之间的距离对所述多个待分选电池进行N次聚类，其中，N为正整数；以及根据聚类结果得到所述多个待分选电池的分选结果。

根据本发明实施例的电池分选方法，根据电池信息的多个物理量计算距离，例如兰氏距离、欧式距离等，依据此距离对电池进行聚类分析，从而挑选出目标数量的一致性相对较好的电池。该方法避免了单一分选指标的片面性，并且考虑了不同物理量对电池一致性分权重分布，具有分选结果电池一致性好、分选准确的优点。

另外，根据本发明上述实施例的电池分选方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述电池信息包括：电阻、电容、电池容量、开路电压和自放电率中的任意两个或多个。

在一些示例中，所述电池信息包括：电池容量、电阻、开路电压和自放电率。

在一些示例中，所述任意两个待分选电池之间的距离为兰氏距离，所述兰氏距离的计算公式为：

$D_{i,j}=\frac{1}{M}\left(\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{W}_k\frac{|X_i\left(k\right)-X_j\left(k\right)|}{X_i\left(k\right)+X_j\left(k\right)}\right),$

其中，所述D_i,j为待分选电池i和待分选电池j之间的兰氏距离，所述W₁,W₂,W₃,......W_M为电池信息的权重，所述M为所述电池信息的个数，所述X_i(k)为电池信息中的一个。

在一些示例中，其中，

W₁+W₂+W₃+......+W_M=1

0<W₁<1

0<W₂<1

0<W₃<1。

...

0<W_M<1

本发明第二方面的实施例提供了一种电池分选系统，包括：电池信息获取模块，用于获取待分选电池集合中多个待分选电池的电池信息；距离计算模块，用于根据所述多个待分选电池的电池信息得到任意两个待分选电池之间的距离；聚类模块，用于根据所述任意两个待分选电池之间的距离对所述多个待分选电池进行N次聚类，其中，N为正整数；以及分选模块，用于根据聚类结果得到所述多个待分选电池的分选结果。

根据本发明实施例的电池分选系统，根据电池信息的多个物理量计算距离，例如兰氏距离、欧式距离等，依据此距离对电池进行聚类分析，从而挑选出目标数量的一致性相对较好的电池。该系统避免了单一分选指标的片面性，并且考虑了不同物理量对电池一致性分权重分布，具有分选结果电池一致性好、分选准确的优点。

另外，根据本发明上述实施例的电池分选系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述电池信息包括：电阻、电容、电池容量、开路电压和自放电率中的任意两个或多个。

在一些示例中，所述电池信息包括：电池容量、电阻、开路电压和自放电率。

在一些示例中，所述任意两个待分选电池之间的距离为兰氏距离，所述兰氏距离的计算公式为：

$D_{i,j}=\frac{1}{M}\left(\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_k\frac{|X_i\left(k\right)-X_j\left(k\right)|}{X_i\left(k\right)+X_j\left(k\right)}\right),$

其中，所述D_i,_j为待分选电池i和待分选电池j之间的兰氏距离，所述W₁,W₂,W₃,......W_M为电池信息的权重，所述M为所述电池信息的个数，所述X_i(k)为电池信息中的一个。

在一些示例中，其中，

W₁+W₂+W₃+......+W_M=1

0<W₁<1

0<W₂<1

0<W₃<1。

...

0<W_M<1

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的电池分选方法的流程图；

图2是根据本发明另一个实施例的电池分选方法的流程图；以及

图3是根据本发明一个实施例的电池分选系统的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的电池分选方法及系统。

图1是根据本发明一个实施例的电池分选方法的流程图。如图1所示，并结合图2，根据本发明一个实施例的电池分选方法，包括如下步骤：

步骤S101：获取待分选电池集合中多个待分选电池的电池信息。

其中，待分选电池例如为但不限于锂离子电池。

电量信息指待分选电池的物理量参数，例如包括但不限于：电阻、电容、电池容量、开路电压和自放电率中的任意两个或多个的组合。例如：电池信息包括：电池容量、电阻、开路电压和自放电率。在以下的具体示例中，均以电池信息包括电池容量、电阻、开路电压和自放电率的电池信息作为示例进行后续的对多个待分选电池进行分选。

电池信息（物理量参数）的获取方式包括但不限于以下方式：

将分选对象（即待分选电池集合）置于常温环境下，用电池充放设备对待分选电池（简称电池）以某一倍率进行充放，记录分选对象的各自容量数据。充放测试结束后，电池处于满荷电状态。

将上述处于满电荷状态的电池以同一倍率调整到某一荷电状态（state of charge,SOC），截断电流后静置一段时间待电池稳定，记录整个过程中电池的电压数据。

将上述稳定后的电池长时间静置后，测量电池的开路电压；

具体而言，例如：采用4节容量为2.0Ah的某款锂离子二次电池作为分选对象，测量这四节电池在25℃温度、以2C进行充放测试，记录各自容量数据，记为Q_n(n=1…4)，如表1所示。充放测试结束后，电池处于满荷电状态。

表1

电池序号	B1	B2	B3	B4
					Q/Ah	1.814	1.833	1.785	1.792
R/Ω	0.310	0.302	0.294	0.291
					U/V	3.721	3.712	3.724	3.718
S/%	0.322	0.310	0.318	0.323

将上述处于满电荷状态的电池以2C调整到50%SOC，截断电流后静置3小时，待电池稳定，记录整个过程中电池的电压数据。其中，每一个电池的电阻可以通过下式计算：

$R_n=\frac{{\mathrm{\&Delta;V}}_n}{I_n}(n=1...4).$

其中，I_n为放电电流，ΔV_n为电流截断后10s电压变化的绝对值。计算出来的电池阻抗如表1所示。

另外，电池在3h静置后，电池的开路电压U_n(n=1…4)如表1所示。

将上述稳定后的电池静置10天后，再次测量电池的开路电压，记为U_n′(n=1…4)，自放电率定义为：

$S_n=\frac{U_n-U_n^{\&prime;}}{U_n}(n=1...4).$

计算出来的各个电池的自放电率同样如表1中所示。

步骤S102：根据多个待分选电池的电池信息得到任意两个待分选电池之间的距离。即计算表征分选对象之间相似性的距离。

其中，任意两个待分选电池之间的距离可以为兰氏距离、欧式距离等，例如：当任意两个待分选电池之间的距离为兰氏距离时，则兰氏距离的计算公式为：

$D_{i,j}=\frac{1}{M}\left(\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_k\frac{|X_i\left(k\right)-X_j\left(k\right)|}{X_i\left(k\right)+X_j\left(k\right)}\right).$

其中，D_i,j为待分选电池i和待分选电池j之间的兰氏距离，W₁,W₂,W₃,......W_M为电池信息的权重，M为电池信息的个数，X_i(k)为电池信息中的一个。

在上述示例中，W₁,W₂,W₃,......W_M需要满足：

W₁+W₂+W₃+......+W_M=1

0<W₁<1

0<W₂<1

0<W₃<1。

...

0<W_M<1

例如：电池信息的个数为4个时，以电池容量、电阻、开路电压和自放电率为例，则兰氏距离计算公式为：

$D_{i,j}=\frac{1}{4}\left(\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_k\frac{|X_i\left(k\right)-X_j\left(k\right)|}{X_i\left(k\right)+X_j\left(k\right)}\right).$

其中，W₁,W₂,W₃,W₄表示电池容量Q_n、电阻R_n、开路电压U_n、自放电率S_n的权重，X_i(k)为电池容量Q_n、电阻R_n、开路电压U_n、自放电率S_n中的一个，K为1时，X_i(k)为电池容量Q_n，K为2时，X_i(k)为电阻R_n，K为3时，X_i(k)为开路电压U_n，K为4时，X_i(k)为自放电率S_n。

具体地说，将待分选电池标记为B_n(n=1…4)，并将每个电池容量Q_n、电阻R_n、开路电压U_n自放电率S_n组成一个向量X_n=[Q_n,R_n,U_n,S_n]′。进行步骤S103中的聚类分析的基础是首先可以按照如上公式定义两个电池之间的兰氏距离，以表示这两个电池的一致性。兰氏距离是一个自身标准化的无量纲距离。其中W₁,W₂,W₃,W₄表示电池容量信息Q_n、电池电阻信息R_n、开路电压信息U_n、自放电率信息S_n，满足：

W₁+W₂+W₃+W₄=1

0<W₁<1

0<W₂<1

0<W₃<1

0<W₄<1。

在本示例中W₁,W₂,W₃,W₄分别取：0.3,0.4,0.2,0.1。计算得到的兰氏距离矩阵如下所示：

$D=\left(D_{i,j}\right)=\left[\begin{array}{cccc}0& 2.2& 3.4& 3.7\\ 2.2& 0& 2.7& 3.3\\ 3.4& 2.7& 0& 0.9\\ 3.7& 3.3& 0.9& 0\end{array}\right]\&times;{10}^{-3}.$

步骤S103：根据任意两个待分选电池之间的距离对多个待分选电池进行N次聚类，其中，N为正整数。即依据此距离对分选对象进行聚类分析，从而挑选出目标数量的一致性最好的锂离子二次电池。

还以兰氏距离为例，具体地，根据任意两个电池之间的距离D_i,j选出一致性最好的两个电池，如B₃、B₄组成聚类C₍₁₎。根据定义，可以求出聚类C₍₁₎的重心为：

$X_{{G,C}_{\left(1\right)}}=\frac{X_3+X_4}{2}.$

其次，一一计算聚类C₍₁₎与其他所有单体电池的距离，其间兰氏距离定义为：

$D_{C_{\left(1\right)},i}=\frac{1}{4}\left(\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_k\frac{|X_{{G,C}_{\left(1\right)}}\left(k\right)-X_i\left(k\right)|}{X_{{G,C}_{\left(1\right)}}\left(k\right)+R_i\left(k\right)}\right)$

得到：

$D_{C_{\left(1\right)},1}=0.0035;$

$D_{C_{\left(1\right)},2}=0.0030;$

从中选出距离最小的单体电池B₂，加入聚类C₍₁₎组成新的聚类C₍₂₎。

再次，计算新聚类C₍₂₎的重心，并一一计算新聚类C₍₂₎与剩余所有单体电池的距离，由于本实施例只涉及到4块电池，因此下一步即将B₁加入其中组成新的聚类C₍₃₎。

步骤S104：根据聚类结果得到多个待分选电池的分选结果。认为聚类结果中的电池为一致性较好的电池，可以成组，即完成电池的分选。例如：如果要从上述四节电池中挑选一致性较好的两节，应该挑选C₍₁₎={B₃,B₄}，而如果要挑选一致性较好的三节，应该挑选C₍₂₎={B₂,B₃,B₄}。以此类推。

根据本发明实施例的电池分选方法，根据电池信息的多个物理量计算距离，例如兰氏距离、欧式距离等，依据此距离对电池进行聚类分析，从而挑选出目标数量的一致性相对较好的电池。该方法避免了单一分选指标的片面性，并且考虑了不同物理量对电池一致性分权重分布，具有分选结果电池一致性好、分选准确的优点。

图3是根据本发明一个实施例的电池分选系统。如图3所示，根据本发明一个实施例的电池分选系统300，包括：电池信息获取模块310、距离计算模块320、聚类模块330和分选模块340。

其中，电池信息获取模块310用于获取待分选电池集合中多个待分选电池的电池信息。其中，电池信息包括：电阻、电容、电池容量、开路电压和自放电率中的任意两个或多个，有利地，电池信息包括：电池容量、电阻、开路电压和自放电率。距离计算模块320用于根据多个待分选电池的电池信息得到任意两个待分选电池之间的距离。聚类模块330用于根据任意两个待分选电池之间的距离对多个待分选电池进行N次聚类，其中，N为正整数。分选模块340用于根据聚类结果得到多个待分选电池的分选结果。

在本发明的一个实施例中，任意两个待分选电池之间的距离例如为但不限于兰氏距离，则兰氏距离的计算公式为：

$D_{i,j}=\frac{1}{M}\left(\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_k\frac{|X_i\left(k\right)-X_j\left(k\right)|}{X_i\left(k\right)+X_j\left(k\right)}\right),$

其中，所述D_i,j为待分选电池i和待分选电池j之间的兰氏距离，所述W₁,W₂,W₃,......W_M为电池信息的权重，所述M为所述电池信息的个数，所述X_i(k)为电池信息中的一个。

进一步地， $\begin{array}{c}{W}_1+W_2+W_3+......+W_M=1\\ 0<W_1<1\\ 0<W_2<1\\ 0<W_3<1\\ ...\\ 0<W_M<1\end{array}.$

本发明实施例的系统的具体实现方式请参见本发明实施例的方法部分。为了减少冗余，不做赘述。

根据本发明实施例的电池分选系统，根据电池信息的多个物理量计算距离，例如为兰氏距离、欧氏距离等，依据此距离对电池进行聚类分析，从而挑选出目标数量的一致性相对较好的电池。该系统避免了单一分选指标的片面性，并且考虑了不同物理量对电池一致性分权重分布，具有分选结果电池一致性好、分选准确的优点

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种电池分选方法，其特征在于，包括以下步骤： 

获取待分选电池集合中多个待分选电池的电池信息； 

根据所述多个待分选电池的电池信息得到任意两个待分选电池之间的距离； 

根据所述任意两个待分选电池之间的距离对所述多个待分选电池进行N次聚类，其中，N为正整数；以及 

根据聚类结果得到所述多个待分选电池的分选结果。 

2.根据权利要求1所述的电池分选方法，其特征在于，所述电池信息包括：电阻、电容、电池容量、开路电压和自放电率中的任意两个或多个。 

3.根据权利要求1或2所述的电池分选方法，其特征在于，所述电池信息包括：电池容量、电阻、开路电压和自放电率。 

4.根据权利要求1所述的电池分选方法，其特征在于，所述任意两个待分选电池之间的距离为兰氏距离，所述兰氏距离的计算公式为： 

其中，所述D_i,j为待分选电池i和待分选电池j之间的兰氏距离，所述W₁,W₂,W₃,......W_M为电池信息的权重，所述M为所述电池信息的个数，所述X_i(k)为电池信息中的一个。 

5.根据权利要求4所述的电池分选方法，其特征在于，其中， 

W₁+W₂+W₃+......+W_M=1 

0<W₁<1 

0<W₂<1 

0<W₃<1。 

... 

0<W_M<1 。

6.一种电池分选系统，其特征在于，包括： 

电池信息获取模块，用于获取待分选电池集合中多个待分选电池的电池信息； 

距离计算模块，用于根据所述多个待分选电池的电池信息得到任意两个待分选电池之间的距离； 

聚类模块，用于根据所述任意两个待分选电池之间的距离对所述多个待分选电池进行N次聚类，其中，N为正整数；以及 

分选模块，用于根据聚类结果得到所述多个待分选电池的分选结果。 

7.根据权利要求6所述的电池分选系统，其特征在于，所述电池信息包括：电阻、电容、电池容量、开路电压和自放电率中的任意两个或多个。 

8.根据权利要求6或7所述的电池分选系统，其特征在于，所述电池信息包括：电池容量、电阻、开路电压和自放电率。 

9.根据权利要求1所述的电池分选系统，其特征在于，所述任意两个待分选电池之间的距离为兰氏距离，所述兰氏距离的计算公式为： 

其中，所述D_i,_j为待分选电池i和待分选电池j之间的兰氏距离，所述W₁,W₂,W₃,......W_M为电池信息的权重，所述M为所述电池信息的个数，所述X_i(k)为电池信息中的一个。 

10.根据权利要求9所述的电池分选系统，其特征在于，其中， 

W₁+W₂+W₃+......+W_M=1 

0<W₁<1 

0<W₂<1 

0<W₃<1。 

... 

0<W_M<1 。

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