CN104332665B - 一种电池配组方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池配组方法，步骤如下：1)、对待配组电池按设定倍率进行放电，获得电压变化的放电曲线。2)、选取待配组电池中每个电池的电压平台，并求取电压平台的平均值。3)、计算每个电池的电压平台与平均值之间的差值或者商值，作为比较值。4)、将比较值按照升序或者降序排列；依次对相邻两个比较值作减法或者除法运算，记为偏差值，当偏差值的绝对值大于第一设定压差因子或者小于第二设定压差因子时，该相邻两个比较值对应的两个电池分在不同的组内。

Description

一种电池配组方法

技术领域

本发明涉及一种电池配组方法，属于电池应用领域。

背景技术

近年来，串并联电池组在电动汽车、风光储能、通信基站应急电源等领域的应用不断推广。电池串并联成组后的一致性是衡量电池组性能的一个重要指标，其直接关系电池组的循环寿命及安全性能。

由于电池在生产过程中各方面因素的影响，单体电池本身即存在一定的差异，这种差异通常表现为容量、内阻、自放电率、电压平台、充放电曲线等特性上的不同，即为电池间的不一致性。保证电池组良好一致性的电池配组方法一直是行业研究的重点。目前，常见的电池成组方法主要有单参数配组法、多参数配组法、动态特性曲线配组法等。单参数配组法包括电压配组法、内阻配组法、容量配组法等，该分选方法实现简单，但分选效果较差。多参数配组法结合电池容量、内阻、电压平台、自放电率等多个外部参数，对锂离子电池性能进行综合评定。多参数配组法考虑多个配组参数，能够有效控制电池静态参数间的差异，但无法保证电池动态特性的一致。动态特性曲线配组法通过分析同一倍率下充放电曲线间的差异，将充放电曲线相似程度较高的电池成组使用，能够较为全面地反映电池特性，分选效果比较理想。

有一申请号：201010549248.5，发明名称为“锂电池模块配组方法”的发明专利，公开了以下技术方案：将待配组的锂电池模块的采集数据曲线与基准曲线之间的相关系数与欧氏距离进行一一对比，两者偏差在允许偏差范围内的锂电池模块组成新的一组锂电池模块。该方法首先需要知道基准曲线，然后，待配组电池模块的数据曲线与基准曲线的相关系数与欧氏距离进行一一对比，相关系数与欧氏距离计算复杂度较高，对所有的带配组电池模块都要计算相关系数与欧氏距离，非常复杂，并且还要与基准曲线一一比较，非常麻烦，在计算与比较过程中，很容易造成很大的误差，很难获得较高的配组合格率，不能进行简单有效地分组。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池配组方法，用以解决现有技术不能简单有效地对电池进行配组的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：一种电池配组方法，步骤如下：

1)、对待配组电池按设定倍率进行放电，获得电压变化的放电曲线。

2)、选取待配组电池中每个电池的电压平台，并求取电压平台的平均值。

3)、计算每个电池的电压平台与平均值之间的差值或者商值，作为比较值。

4)、将比较值按照升序或者降序排列；依次对相邻两个比较值作减法或者除法运算，记为偏差值，当偏差值的绝对值大于第一设定压差因子或者小于第二设定压差因子时，相邻两个比较值对应的两个电池分在不同的组内。

进一步的，电池配组方法还包括以下步骤：

5)、计算各组内的每个电池与与同组内其他电池之间的欧氏距离，并对欧氏距离求取平均值。

6)、将各组内的平均值小于设定距离因子对应的电池筛选去除。

进一步的，在每个放电曲线上抽取M个抽样点。

进一步的，计算S个电池组的每个电池组的欧氏距离，第s组的欧氏距离可表示为：

其中，S为所分的组数，s＝1,2，......，S；K为第s组中的电池个数；d_ij为每个电池与同组内其他电池的欧氏距离，i，j＝1,2，......K；m＝1,2，……，M。

进一步的，计算第s组内的分选指标Q_s，

其中，D_s ^T为矩阵D_s的转置。

进一步的，设定倍率为0.3C。

进一步的，电压变化的放电曲线为电压-时间放电曲线或者电压-容量放电曲线。

进一步的，电压平台取自放电曲线横轴中点处。

本发明是对待配组电池按设定倍率进行放电，获得放电曲线；选取每个电池的电压平台，并求取电压平台的平均值；计算电压平台与平均值之间的差值或者商值，作为比较值；将比较值按照升序或者降序排列；依次对相邻两个比较值作减法或者除法运算，记为偏差值，当偏差值的绝对值大于第一设定压差因子或者小于第二设定压差因子时，相邻两个比较值对应的两个电池分在不同的组内。

本发明不需要专门用于对比的基准，也不需要复杂的计算，只需要对待配组的电池进行简单的计算就可以对电池进行配组，本发明提供的电池配组方法简单有效，由于不需要复杂的计算，在计算过程中也就避免了因计算复杂可能造成的误差和计算错误，提高了配组合格率。

附图说明

图1是0.3C的电压-时间放电曲线；

图2是在该配组方法下的分组示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供一种电池配组方法，步骤如下：

1)、对待配组电池按设定倍率进行放电，获得电压变化的放电曲线。

2)、选取待配组电池中每个电池的电压平台，并求取电压平台的平均值。

3)、计算每个电池的电压平台与平均值之间的差值或者商值，作为比较值。

4)、将比较值按照升序或者降序排列；依次对相邻两个比较值作减法或者除法运算，记为偏差值，当偏差值的绝对值大于第一设定压差因子或者小于第二设定压差因子时，该相邻两个比较值对应的两个电池分在不同的组内。

基于上述技术方案，给出以下一个具体实施方式。

假设待配组单体电池共有N个，将待配组单体电池充满电后按设定倍率进行放电，可以是0.3C、0.5C、1C、2C等各种倍率进行放电，这里以0.3C的放电曲线为例，如图1所示。

电池进行放电时，获得电压变化的放电曲线，可以获得电压-时间曲线，也可以获得电压-容量曲线，而且该两种曲线都能完成电池配组，所以，这里选取电压-时间曲线。

第n个单体电池的放电曲线可以表示为：X_n＝[x_n1,x_n2,…,x_nM]。X_n是样本中第n支电池放电过程电压数据的矢量表示，M表示在放电曲线上的抽样点数，x_n1表示第1个抽样点对应的电压值，x_n2表示第2个抽样点对应的电压值，x_nM表示第M个抽样点对应的电压值，X_n表示第n个单体电池的放电曲线。

每个单体电池都能获得一个电压-时间曲线，在该电压-时间曲线中选取该单体电池的电压平台，电压平台可以在曲线上平台期内的任何一点上进行选取，为了说明方便，以时间轴的中点上选取电压平台为例。

以V_n表示第n个单体电池的电压平台，n＝1,2，.....，N，求出N个单体电池的电压平台的平均值V_mean：V_mean＝(V₁+V₂+......+V_n)/N。

计算每个单体电池的电压平台与该平均值的差值或者商值，由于差值或商值对配组没有影响，只是相对选取的设定因子不同，所以这里选择差值U_n，U_n＝V_n-V_mean，n＝1，2，......，N，将该差值叫做比较值。

将这N个比较值U_n按照升序或者降序依次排列，由于升序或者降序都能完成后续的配组步骤，起到的作用完全一样。依次对相邻两个比较值可以作减法运算，或者除法运算，记为偏差值，当偏差值的绝对值大于第一设定压差因子或者小于第二设定压差因子时，该相邻两个比较值对应的两个电池分在不同的组内。为了说明方便，这里采用升序排列，依次对相邻两个比较值作减法运算，记为偏差值，当偏差值的绝对值大于设定压差因子时，以这两个比较值对应的两个电池的中间位置作为配组的分界线，即，这两个电池分在不同的组内。

将N个U_n按照升序依次排列，记为C_n，逐一计算相邻C_n的差值，设定一个压差因子δ₁，并以条件C_n-C_n-1>δ₁作为分组依据，设定共分为S个电池组，即若C_n-C_n-1>δ₁，则C_n-1对应的单体电池为第s-1组的最后一个元素，C_n对应的单体电池为第s组的首个元素，s＝1,2，......，S。

如图2所示为电池在该配组方法下的分组示意图，以上完成了对电池组的分组，下面对每组内的电池进行筛选。

计算所分的S个电池组的每个电池组的欧氏距离D_s(s＝1,2，......，S)，第s组的欧氏距离可表示为：

其中，K为第s组中的单体电池个数，d_ij为每个单体电池与同组内其他电池的欧氏距离，i，j＝1,2，......K。其中

计算S个电池组的第s组内的分选指标Q_s，D_s为第s组的欧氏距离，其中，D_s ^T为矩阵D_s的转置，K为第s组的单体电池个数。

可以通过计算 $Q_s=\frac{\mathrm{\Σ}(D_s+{D_s}^T)}{K}=[q_1,q_2,......,q_K]$ 得出[q₁,q₂,......,q_K],q_k(k＝1,2,…,K)为该组内第k支电池与组内其他电池欧氏距离的平均值，q_k数值越小，表示该电池放电曲线与组内其他电池放电曲线越接近。

设定一个距离因子δ₂，将第s组内不满足Q_s＝[q₁,q₂,……q_K]≥δ₂的单体电池筛选去除。

至此对每个电池组完成了筛选。在该配组方法中，压差因子δ₁决定分组数量，距离因子δ₂决定分选后各组内的电池数量。δ₁越小，划分组数越多，δ₂越小，各组保留电池数量越少。适当降低δ₁，δ₂取值，在保证分选一致性的前提下，还能进一步提高分选合格率。根据电池的批量统计特性，选取合适的δ₁，δ₂，可兼顾分选一致性、分选合格率及分选效率。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电池配组方法，其特征在于，所述电池配组方法的步骤如下：

1)、对待配组电池按设定倍率进行放电，获得电压变化的放电曲线；

2)、选取待配组电池中每个电池的电压平台，并求取所述电压平台的平均值；

3)、计算每个电池的电压平台与所述平均值之间的差值或者商值，作为比较值；

4)、将所述比较值按照升序或者降序排列，记为Cn，依次对相邻两个比较值做减法或者除法运算，记为偏差值Pn，若|Pn|>δ1，则Cn-1对应的单体电池为第s-1组的最后一个元素，Cn对应的单体电池为第s组的首个元素，其中，Pn＝Cn-Cn-1或者Cn/Cn-1；n＝1，2，……，N；N为待配组电池的个数；s＝1，2，……，S；S为N个电池所分的电池组数；δ1为压差因子，根据分组数量进行设定。

2.根据权利要求1所述的电池配组方法，其特征在于，所述电池配组方法还包括以下步骤：

5)、计算各组内的每个电池与同组内其他电池之间的欧氏距离，并对所述欧氏距离求取平均值；

6)、将各组内的所述平均值小于设定距离因子对应的电池筛选去除。

3.根据权利要求1或2所述的电池配组方法，其特征在于，在每个所述放电曲线上抽取M个抽样点。

4.根据权利要求3所述的电池配组方法，其特征在于，计算S个电池组的每个电池组的欧氏距离，第s组的欧氏距离表示为：

其中，S为所分的组数，s＝1,2，......，S；K为第s组中的电池个数；d_ij为每个电池与同组内其他电池的欧氏距离，i，j＝1,2，......K；m＝1,2，……，M。

5.根据权利要求4所述的电池配组方法，其特征在于，计算第s组内的分选指标Q_s，

其中，D_s ^T为矩阵D_s的转置。

6.根据权利要求1或2所述的电池配组方法，其特征在于，所述设定倍率为0.3C。

7.根据权利要求1或2所述的电池配组方法，其特征在于，所述电压变化的放电曲线为电压-时间放电曲线或者电压-容量放电曲线。

8.根据权利要求1或2所述的电池配组方法，其特征在于，所述电压平台取自所述放电曲线横轴中点处。