CN104656023A - 一种评价电池单体一致性的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种评价电池单体一致性的方法，该方法包括：电池管理系统采集并记录在总时间内各分片时刻电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各单体的电压值；根据各单体的电压值计算出单体电压差，统计同温度、剩余电池容量和电流段范围内单体电压差的总数量以及各单体电压差的数量占总数量的比例；根据比例评估单体一致性，当同电流段中超过预定阈值的单体电压差的数量占有总数量的比例越高，则表示单体一致性就越差。本发明实施例还公开了一种评价电池单体一致性的系统。本发明实施例解决现有技术中只能评价电池系统在组装前和组装后静态条件下的电池单体一致性，而无法评价在组装后使用状态下电池单体一致性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种评价电池单体一致性的方法和系统。
背景技术
新能源车用电池是由多个电池单体的串并联组成，因此对电池单体的一致性要求非常高，而电池单体的一致性通常是电池生产企业在出厂前对每一个电池单体的交流内阻值、容量和开路电压进行测试，根据测试所获得的交流内阻值、容量和开路电压来评价电池单体的一致性，再通过选取交流内阻值、容量和开路电压相近的电池单体组成电池系统。这种方法的缺点在于只能评价在组装成电池系统前的电池单体的一致性，但并没有关注在组装成电池系统后，电池单体的一致性。
在电池单体组装成电池系统后，现有技术中存在一种电池单体的一致性评价方法：电池系统在静态条件下，采集电池系统内的每个电池单体的开路电压，通过系统内电池单体间的最高开路电压与最低开路电压的电压差来判断电池系统内部各电池单体的一致性。这种方法的缺点在于只能评价电池系统在静态条件下电池单体的一致性，却不能评价电池系统在使用过程中以及使用一段时间之后电池单体的一致性。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种评价电池单体一致性的方法及系统，可以解决现有技术中只能评价电池单体在组装成电池系统前以及组装成电池系统后在静态条件下的一致性，而无法评价电池单体组装成电池系统后在使用状态下一致性的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种评价电池单体一致性的方法，其在包括有多个电池单体组成的电池系统中实现，所述方法包括以下步骤：
电池管理系统采集并记录在采集总时间内各分片时刻所述电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各电池单体的电压值；
所述电池管理系统根据在各分片时刻所采集的各电池单体的电压值，计算出各分片时刻的电池单体电压差，并统计处于同一温度、剩余电池容量和电流段范围内电池单体电压差的总数量，以及在所述范围内各电池单体电压差的数量占所述电池单体电压差的总数量的比例；
所述电池管理系统根据所述比例评估所述电池系统的电池单体一致性，当同一电流段中，所述电池单体电压差值超过预定阈值的数量占所述电池单体电压差总数量的比例越高，则表示所述电池系统的电池单体一致性就越差；
其中，所述各分片时刻的电池单体电压差为同一分片时刻所述电池系统中所有电池单体中最高电压值与最低电压值之间的差值。
其中，所述电池管理系统采集并记录在采集总时间内各分片时刻所述电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各电池单体的电压值的步骤是在电池系统处于充电、放电和车载使用中任一状态下实现的。
其中，所述采集总时间为1秒，并等分成多个分片时刻。
其中，所述剩余电池容量以每1%为一间隔，当处于同一间隔之内的不同剩余电池容量统计为相同的剩余电池容量。
其中，所述剩余电池容量采集并记录的范围为30%~70%。
其中，所述电流以每0.1A为一间隔，处于同一间隔之内的不同电流统计为相同的电流段。
其中，所述电流采集并记录的范围为-60A~150A。
本发明实施例还提供了一种评价电池单体一致性的系统，所述系统包括：采集单元、统计单元和评估单元；其中，
所述采集单元，用于电池管理系统采集并记录在采集总时间内各分片时刻所述电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各电池单体的电压值；
所述统计单元，用于所述电池管理系统根据在各分片时刻所采集的各电池单体的电压值，计算出各分片时刻的电池单体电压差，并统计处于同一温度、剩余电池容量和电流段范围内电池单体电压差的总数量，以及在所述范围内各电池单体电压差的数量占所述电池单体电压差的总数量的比例；
所述评估单元，用于所述电池管理系统根据所述比例评估所述电池系统的电池单体一致性，当同一电流段中，所述电池单体电压差值超过预定阈值的数量占所述电池单体电压差总数量的比例越高，则表示所述电池系统的电池单体一致性就越差。
在本发明实施例中，利用电池管理系统采集电池系统在充电、放电和车载使用任一使用状态中的温度、电流、电池单体电压值，对某一工作段的同一温度下的这些数值进行统计，摘取同一温度且同一剩余电池容量下，不同电流段的电池单体电压差的比例大小，利用比例大小进行比较，得出电池系统在使用过程中电池单体一致性。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、能够实现对动态条件下电池系统的电池单体的一致性的描述与评价，相对原有的静态条件下单纯比较单一参数来说，电池系统在动态条件下根据温度、电流、剩余电池容量以及每一电池单体的电压值等多个参数进行统计，取同一温度且同一剩余电池容量下，不同电流段的电池单体电压差的比例大小，利用比例大小进行比较，得出电池系统在使用过程中电池单体一致性，因此电池系统的电池单体的动态一致性进行评价对于电池系统的评价来说，更具有实用价值。
2、而相较于原有的仅在电池单体出厂前和装配前的仅针对电池单体的测试和评价，可以评价电池系统使用过程中和使用一段时间后，电池发生老化后的电池单体一致性情况，也更贴近电池系统的使用环境和条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的评价电池单体一致性的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的电池管理系统与电池系统的连接示意图；
图3为本发明实施例提供的电池A在剩余电池容量50%和温度35℃条件下，不同电流段的单体压差分布图；
图4为本发明实施例提供的电池B在剩余电池容量50%和温度35℃条件下，不同电流段的单体压差分布图；
图5为本发明实施例提供的评价电池单体一致性的系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例中，提出一种评价电池单体一致性的方法，其在包括有多个电池单体组成的电池系统中实现，所述方法包括以下步骤：
步骤S101、电池管理系统采集并记录在采集总时间内各分片时刻所述电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各电池单体的电压值；
本发明实施例中，电池单体一致性是在电池系统处于充电、放电和车载使用等任一状态下进行评价。电池系统由多个电池单体通过串并联方式组成，并且与电池管理系统连接，如图2所示，其中每一个电池单体正负极采用的材料相同。同时在电池管理系统中设置用于采集电池系统和电池单体信息的采集总时间和各分片时刻。
在电池管理系统中设置的采集总时间可以依照整车的采集通讯周期而定，例如,该采集总时间可以是一个通讯周期，也可以依照分析需要进行选取多个通讯周期，其中各分片时刻为采集总时间的等分时间并间隔相同。例如整车的采集通讯周期为1秒（s），则在进行数据统计时，该采集总时间最小为1s，或者依照需要，可以选择10s、100s等等进行统计，以减少计算量。但在进行统计间隔大于1s的分析时，需要考虑进行数据的整合，整合方法会直接影响数据的准确性，因此允许的情况下，应该尽可能用最小化分片时刻作为统计时间，来保证统计结果的准确可靠。当采集总时间为1s时，采集总时间可以等分成多个分片时刻，例如等分10、50、100等等，对应的分片时刻为以每0.1s一间隔或每0.02s一间隔或每0.01s一间隔等等。
当电池管理系统上电开始工作后，采集并记录在采集总时间内各分片时刻电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各电池单体的电压值，结果如表1所示。
表1：
| Time(s) | T(℃) | I（A） | SOC（%） | U1（V） | U2（V） | U3（V） | U4（V） | … | UX（V） |
| 0.01 | 27 | 29.5 | 66.0 | 3.585 | 3.590 | 3.599 | 3.577 | … | 3.556 |
| 0.02 | 30 | 29.7 | 66.0 | 3.579 | 3.588 | 3.595 | 3.570 | … | 3.552 |
| 0.03 | 30 | 29.95 | 65.9 | 3.577 | 3.586 | 3.591 | 3.569 | … | 3.550 |
| 0.04 | 30 | 29.99 | 65.85 | 3.576 | 3.584 | 3.588 | 3.566 | … | 3.547 |
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
| 0.15 | 30 | 32.2 | 63 | 3.566 | 3.574 | 3.578 | 3.556 | … | 3.537 |
| 0.16 | 30 | 32.43 | 62.8 | 3.565 | 3.57 | 3.576 | 3.553 | … | 3.535 |
| 0.32 | 30 | 32.48 | 62.7 | 3.563 | 3.568 | 3.575 | 3.55 | … | 3.533 |
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
其中，时间（Time）为分片时刻，温度（T）、电流（I）以及各电池单体电压值（U1至Ux，x为正整数）分别由电池管理系统通过采集板采集，剩余电池容量（SOC）则是由电池管理系统根据当前的电池系统状态估算的结果。
其中，剩余电池容量（SOC）采集记录的范围在30%~70%内，并以每1%为一间隔，当剩余电池容量（SOC）处于同一间隔之内（即小于1%）被确认为相同剩余电池容量（SOC），电流（I）采集记录的范围在-60A~150A内，并以每0.1A为一间隔，当电流（I）处于同一间隔之内（即小于1%）被确认为相同电流（I）。
例如：在表1中，时间（Time）:0.01s、0.02s、0.03s和0.04s分别对应的剩余电池容量（SOC）百分比为66.0%、66.0%、65.9%和65.85%以及对应的电流（I）为29.5A、29.7A、29.95A和30A，通过电池管理系统的索引和对比，识别当前电池系统的剩余电池容量（SOC）处于间隔都<1%之间，所以当前时间对应的所有剩余电池容量（SOC）都被确认为相同剩余电池容量（SOC），而由于在时间（Time）: 0.03s对应的电流（I）与30A间隔为0.05A<0.1A，0.04s对应的电流（I）与30A间隔为0.01A<0.1A，其它时间内电流（I）间隔都＞0.1A，所以在时间（Time）: 0.03s和0.04s内的电流被确认为相同电流（I），其它时间的电流（I）为不同电流（I）。
步骤S102、所述电池管理系统根据在各分片时刻所采集的各电池单体的电压值，计算出各分片时刻的电池单体电压差，并统计处于同一温度、剩余电池容量和电流段范围内电池单体电压差的总数量，以及在所述范围内各电池单体电压差的数量占所述电池单体电压差的总数量的比例；
电池管理系统计算出各分片时刻电池单体电压差（ΔU），电池单体电压差（ΔU）为同一分片时刻中电池系统中所有电池单体中最高电压值与最低电压值之间的差值，其计算公式如下： ，其中Max(Un)为电池单体最高电压值，Min(Un)为电池单体最低电压值，n=1,2,3…x，x为电池单体个数。
根据计算出的各分片时刻电池单体电压差（ΔU），电池管理系统选定一温度以及剩余电池容量，并在该条件下统计出各电池单体电压差。
例如：在表1中，时间（Time）: 0.02s、0.03s和0.04s对应的温度（T）均为相同温度：30℃，且剩余电池容量（SOC）为相同剩余电池容量66%，电池管理系统将分别统计在时间（Time）: 0.02s时段的电池单体电压差（ΔU），在时间（Time）:0.03s和0.04s时段相同电流的电池单体电压差（ΔU）。同样，时间（Time）: 0.15s、0.16s和0.32s对应的温度（T）也均为相同温度：30℃，且剩余电池容量（SOC）为相同剩余电池容量63%，电池管理系统也将分别统计在时间（Time）: 0.15s时段的电池单体电压差（ΔU），在时间（Time）:0.16s和0.17s时段相同电流的电池单体电压差（ΔU）。
根据上述统计出各电池单体电压差，统计出同电流段中各电池单体电压差的总数量以及同电流段中每一个电池单体电压差的数量，并分别计算出同电流段中每一个电池单体电压差的数量占有同电流段中电池单体电压差的总数量的比例（P）。
例如：，其中，PI=30,T=30为电流为30A，温度为30℃时的电池单体电压差比例；N△U=50为电流为30A，温度为30℃时，电池单体电压差值为50mV的数量；Sum为电流为30A，温度为30℃时的电池单体电压差的总数量。具体来说，在本例中，N△U=50的值即是，在所有分片时刻统计的电池单体电压差中，其对应的电流30A，温度为30℃，且电池单体电压差值为50mV的数量，取值范围为N△U=50≥1；Sum的值则为，在所有分片时刻统计的电池单体电压差中，其对应的电流为30A、温度为30℃的总数量。
如，若根据测量结果获得如表1的数据，并统计出电流I在如下范围内：30A±0.05A、温度T为30℃的时刻共有t1、t4、t7、t8、t12五个时刻，则Sum的值为5；同时，在这5个时刻中计算出的电池单体电压差分别为30mV、50mV、70mV、50mV、20mV，则N△U=50的值为2。
步骤S103、所述电池管理系统根据所述比例评估所述电池系统的电池单体一致性，当同一电流段中，所述电池单体电压差值超过预定阈值的数量占所述电池单体电压差总数量的比例越高，则表示所述电池系统的电池单体一致性就越差；
电池管理系统根据步骤S102获得的比例（P）来评估电池系统的电池单体一致性，当电池系统在温度相同、剩余电池容量相同以及电流相同条件下，同电流段中超过预定阈值的电池单体电压差的数量占有该同一电流段中电压差总数量的比例越高，则表示电池系统的电池单体一致性就越差。其中，预定阈值可以设置为同段电流中电池单体电压差的平均值。
例如：在相同剩余电池容量下且电流为30A、温度为30℃时，根据统计出来的该状态下电池单体电压差，计算出该状态下电池单体电压差的平均值，当电池单体电压差△U=50mV远大于平均值时，并且在该状态下所统计出来的所有电池单体电压差数量中占有的比例越高，即所计算得到的PI=30,T=30值越大，则表示该电池系统的电池单体一致性就越差。
下面通过图3和图4进一步来说明当电池单体电压差中电压差值大的占有的比例越高，则表示电池系统的电池单体一致性就越差。如图3、图4所示，当在剩余电池容量50%和35℃条件下，电池A和电池B依照上述所有步骤进行数据采集与统计，比较电池A和电池B，可以发现电池A在不同电流段电池单体电压差高于该相同电流段电池单体电压差的平均值时P值所占比例较低，例如电池A中图形形状在同一电流中更集中在电池单体电压差小的一端，电池B在不同电流段电池单体电压差高于该相同电流段电池单体电压差的平均值时P值所占比例较高，例如电池B中图形形状在同一电流更集中在电池单体电压差大的一端，即电池B的电池单体电压差大所占的比例比较高，则表示电池B的电池单体一致性要差于电池A。
在本发明实施例中，利用电池管理系统采集电池系统在充、放电或车载使用状态中的温度、电流、电池单体电压值，对某一工作段的同一温度下的这些数值进行统计，摘取同一温度且同一剩余电池容量下，不同电流段的电池单体电压差的比例大小。利用比例大小进行比较，得出电池系统在使用过程中电池单体一致性。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、能够实现对动态条件下电池系统的电池单体的一致性的描述与评价，相对原有的静态条件下单纯比较单一参数来说，电池系统在动态条件下根据温度、电流、剩余电池容量以及每一电池单体的电压值等多个参数进行统计，取同一温度且同一剩余电池容量下，不同电流段的电池单体电压差的比例大小，利用比例大小进行比较，得出电池系统在使用过程中电池单体一致性，因此电池系统的电池单体的动态一致性进行评价对于电池系统的评价来说，更具有实用价值。
2、而相较于原有的仅在电池单体出厂前和装配前的仅针对电池单体的测试和评价，可以评价电池系统使用过程中和使用一段时间后，电池发生老化后的电池单体一致性情况，也更贴近电池系统的使用环境和条件。
如图5所述，本发明实施例中，还提出一种评价电池单体一致性的系统，该系统包括：采集单元510、统计单元520和评估单元530；其中，
所述采集单元510，用于电池管理系统采集并记录在采集总时间内各分片时刻所述电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各电池单体的电压值；
所述统计单元520，用于所述电池管理系统根据在各分片时刻所采集的各电池单体的电压值，计算出各分片时刻的电池单体电压差，并统计处于同一温度、剩余电池容量和电流段范围内电池单体电压差的总数量，以及在所述范围内各电池单体电压差的数量占所述电池单体电压差的总数量的比例；
所述评估单元530，用于所述电池管理系统根据所述比例评估所述电池系统的电池单体一致性，当同一电流段中，所述电池单体电压差值超过预定阈值的数量占所述电池单体电压差总数量的比例越高，则表示所述电池系统的电池单体一致性就越差。
在本发明实施例中，评价电池单体一致性的系统首先通过采集单元510采集并记录在采集总时间内各分片时刻电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各电池单体的电压值；其次根据采集的各电池单体的电压值，在统计单元520中计算出各分片时刻的电池单体电压差并统计出电池系统，并并选定一温度以及剩余电池容量，在上述条件下，统计出处于同一电流段中各电池单体电压差总数量，以及每一电池单体电压差占该同电流段电压差总数量的比例；最后根据获得的比例，通过评估单元530来评估电池系统的电池单体一致性，当同段电流中超过预定阈值的电池单体电压差的数量的占有该同电流段电压差总数量的比例越高，则表示电池系统的电池单体一致性就越差。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种评价电池单体一致性的方法，其在包括有多个电池单体的电池系统中实现，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
电池管理系统采集并记录在采集总时间内各分片时刻所述电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各电池单体的电压值；
所述电池管理系统根据在各分片时刻所采集的各电池单体的电压值，计算出各分片时刻的电池单体电压差，并统计处于同一温度、剩余电池容量和电流段范围内电池单体电压差的总数量，以及在所述范围内各电池单体电压差的数量占所述电池单体电压差的总数量的比例；
所述电池管理系统根据所述比例评估所述电池系统的电池单体一致性，当同一电流段中，所述电池单体电压差值超过预定阈值的数量占所述电池单体电压差总数量的比例越高，则表示所述电池系统的电池单体一致性就越差；
其中，所述各分片时刻的电池单体电压差为同一分片时刻所述电池系统中所有电池单体中最高电压值与最低电压值之间的差值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池管理系统采集并记录在采集总时间内各分片时刻所述电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各电池单体的电压值的步骤是在电池系统处于充电、放电和车载使用中任一状态下实现的。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采集总时间为1秒，并等分成多个分片时刻。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述剩余电池容量以每1%为一间隔，处于同一间隔之内的不同剩余电池容量统计为相同的剩余电池容量。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述剩余电池容量采集并记录的范围为30%~70%。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述电流以每0.1A为一间隔，处于同一间隔之内的不同电流统计为相同的电流段。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述电流采集并记录的范围为-60A~150A。
8.一种评价电池单体一致性的系统，其特征在于，所述系统包括：采集单元、统计单元和评估单元；其中，
所述采集单元，用于电池管理系统采集并记录在采集总时间内各分片时刻所述电池系统的温度、电流、剩余电池容量以及各电池单体的电压值；
所述统计单元，用于所述电池管理系统根据在各分片时刻所采集的各电池单体的电压值，计算出各分片时刻的电池单体电压差，并统计处于同一温度、剩余电池容量和电流段范围内电池单体电压差的总数量，以及在所述范围内各电池单体电压差的数量占所述电池单体电压差的总数量的比例；
所述评估单元，用于所述电池管理系统根据所述比例评估所述电池系统的电池单体一致性，当同一电流段中，所述电池单体电压差值超过预定阈值的数量占所述电池单体电压差总数量的比例越高，则表示所述电池系统的电池单体一致性就越差。
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