CN108808794A - 一种电池组均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池组均衡方法，包括以下步骤：先确定电池组的信息矩阵，然后将信息矩阵获得距离向量和距离矩阵，根据距离向量和距离矩阵判断获得疑似需均衡电池组，并从疑似需均衡电池组中进一步确定需放电均衡的电池组和需充电均衡的电池组，最后通过电池均衡模块对需均衡的电池进行放电或充电均衡。本发明公开的电池组均衡方法能够检测到需要均衡的电池，并对其进行均衡处理，解决了电池组因单体电池不一致性影响串联电池组系统使用安全性和最大可用容量的问题，延长电池组运行寿命。

Description

一种电池组均衡方法

技术领域

本发明涉及电池组均衡技术领域，特别涉及一种电池组均衡方法。

背景技术

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。车用动力电池一般要求串并联成组使用，电池组一致性直接影响电池组的循环寿命及安全性能，故而显得犹为重要。

但是，现有技术中，常见的电池分组方法主要有单参数分组法、多参数分组法、动态特性曲线分组法等。单参数分组法包括电压分组法、内阻分组法、容量分组法等，该分组方法实现简单，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，影响电池组的使用安全和最大可用容量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电池组均衡方法，以解决现有技术中电池组因单体电池不一致性影响串联电池组使用安全和最大可用容量的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种电池组均衡方法，包括以下步骤：

步骤1、确定电池组的信息矩阵，所述信息矩阵包括每个电池在t个时刻内每个时刻的电荷状态SOC、当前时刻的电压值、当前时刻的放电深度、电池健康度、额定电容、均衡时间和均衡电流，其中t为大于等于1的整数；

步骤2、对所述信息矩阵归一化处理得到标准化信息矩阵，所述归一化处理采用0均值标准化方法归一化处理；

步骤3、对步骤2中的标准化信息矩阵进行各向量行相关处理，得到更新的信息矩阵；

步骤4、根据更新的信息矩阵获得距离向量和距离矩阵；所述距离向量和所述距离矩阵均采用标准化欧式距离公式获得；

步骤5、以每个电池为组设置初始电池组；

步骤6、根据预设的距离阈值遍历距离矩阵获得疑似需均衡电池组；

步骤7、遍历疑似需均衡电池组获得需放电均衡的电池组和需充电均衡的电池组；

步骤8、通过电池均衡模块对需放电均衡的电池组均衡放电，通过电池均衡模块对需充电均衡的电池组均衡充电。

可选的：所述对步骤2中的标准化信息矩阵进行各行向量相关处理具体包括：

对标准化信息矩阵任意两信息向量行叉乘，得到更新的新矩阵。

可选的：所述根据更新的信息矩阵计算距离向量和距离矩阵具体包括：

步骤401、通过更新的信息矩阵获得每列的信息向量均值，通过每列的信息向量均值获得列信息向量均值向量；通过更新的信息矩阵获得每行的信息向量均值，通过每行的信息向量均值获得行信息向量均值向量；

步骤402、根据每行的信息向量均值和行信息向量均值向量获得所述行的标准欧式距离；

步骤403、根据步骤402获得的标准欧式距离获得距离向量；

步骤404、根据任意两列的信息向量均值获得所述两列的信息向量均值的标准欧式距离；

步骤405、根据步骤404获得的标准欧式距离获得距离矩阵。

可选的：所述根据预设的距离阈值遍历距离矩阵获得疑似需均衡电池组具体包括：

步骤601、设置距离阈值，所述距离阈值为不大于1的正数；

步骤602、确定距离向量中最小值对应的起点电池，以起点电池在距离矩阵对应的值为起点值，以起点值为起点遍历距离矩阵的上三角部分或下三角部分，获得距离矩阵中的最小值，若距离矩阵中的最小值小于所述距离阈值，则将距离矩阵中的最小值对应的两个电池组设置为疑似需均衡电池组并重复步骤4，若最小值不小于所述距离阈值，则执行步骤7。

可选的：所述遍历疑似需均衡电池组获得需放电均衡的电池组和需充电均衡的电池组具体包括：

步骤701、设定动态单体个数阈值和第一电荷状态SOC阈值；

步骤702、根据疑似需均衡电池组内每个子组的电池的电荷状态SOC获得每个子组的第一电荷状态SOC均值，根据每个子组内每个电池的电荷状态SOC与第一电荷状态SOC均值的差的绝对值获得第一电荷差；

步骤703、比较第一电荷差和第一电荷状态SOC阈值，累计第一电荷差小于第一电荷状态SOC阈值对应的电池集合为需均衡电池组，进行步骤704；

步骤704、设定第二电荷状态SOC阈值；

步骤705、根据需均衡电池组内每个电池的电荷状态SOC获得第二电荷状态SOC均值，根据每个电池电荷状态SOC与第二电荷状态SOC均值的差的绝对值获得第二电荷差；

步骤706、累计所述第二电荷差大于第二电荷状态SOC阈值的电池，若第二电荷状态SOC均值大于电池的电荷状态SOC，则所述第二电荷差对应的电池需要充电均衡，若第二电荷状态SOC均值小于电池的电荷状态SOC，则所述第二电荷差对应的电池需要放电均衡。

采用上述技术方案，基于标准欧氏距离分析方法，对串联成组中各电池单体一个时间段内电荷状态SOC、端电压等数据进行分组分析，将电池组进行子组分组操作(且运用端电压、电池健康度等实时当前信息能精确的进一步对子组进行分组，)，获取需充放电均衡的电池单体集，运用商用成熟的均衡模块进行充放电均衡操作。本发明能在线获取数据、分析数据，通过引入多时刻端电压可很好避免电压传感器及数模转换器精度对电压数据精度的影响，且结合电池健康度SOH、剩余容量等容量相关指标很好避免电压与容量均衡不一致的不良状况发生，解决了电池组因单体电池不一致性影响串联电池组系统使用安全性和最大可用容量的问题，延长电池组运行寿命。

附图说明

图1为本发明电池组均衡方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种电池组均衡方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、确定电池组的信息矩阵，所述信息矩阵包括每个电池在t个时刻内每个时刻的电荷状态SOC_i,t、当前时刻的电压值V_i、当前时刻的放电深度DOC_i、电池健康度SOH_i、额定电容CP_i、均衡时间EQT_i和均衡电流EQI_i，上述t个时刻的每个时刻的时间可以根据需要任意确定，例如可以是1min，15min等，在本发明的实施例中以每个时刻为1min为例进行说明，其中i表示第i个电池，t表示第t个时刻，当前时刻假设为第4个时刻。

在本发明的实施例中以4个电池串联组成的电池组为例进行说明，该电池组可以表示为{cell₁，cell₂，cell₃，cell₄}。

为了清楚得说明确定电池组的信息矩阵的方法，在本发明的实施例中，以t＝4为例进行具体说明：首先构建每个电池的信息向量M_i，例如电池cell₁的信息矩阵M₁为：

M₁＝(SOC_1,1 SOC_1,2 SOC_1,3 SOC_1,4 CP₁ V₁ DOC₁ SOH₁ EQT₁ EQI₁)；

其他电池的信息矩阵构建方法与电池cell₁的相似在此不再赘述。

然后将所有电池的信息矩阵合并为电池组的信息矩阵M

步骤2、对步骤1得到的电池组的信息矩阵M采用0均值标准化方法归一化处理得到标准化信息矩阵，具体包括：

计算信息矩阵M的数学期望m和标准差s，M的归一化标准变化量M′可以表示为M′＝(M-m)/s，而且M′的数学期望m’＝0，标准差s’＝1，归一化后得到标准化信息矩阵M′

步骤3、对步骤2中的标准化信息矩阵M＇进行各向量行相关处理，得到更新的信息矩阵，具体包括：

将标准化信息矩阵M＇中任意两向量行叉乘，得到更新的新矩阵，比如将第一行与第二行的信息向量叉乘得到M＇_X，1

M′_X，1＝(M_1，1*M_2，1 M_1，2*M_2，2...M_1，10*M_2，10)

其他各行的计算与上述方法一致，最终得到更新的新矩阵M＇_X

步骤4、根据更新的信息矩阵M＇_X获得距离向量和距离矩阵；其中距离向量和所述距离矩阵均采用标准化欧式距离公式获得，具体包括：

步骤401、通过更新的信息矩阵M＇_X获得每列的信息向量均值M′_XEi，通过每列的信息向量均值M′_XEi获得信息向量均值向量M′_XE；通过更新的信息矩阵M′_X获得每行的信息向量均值M″_XEi，通过每行的信息向量均值M″_XEi获得信息向量均值向量M″_XE

M′_XE＝(M′_XE1 M′_XE2 M＇_XE3 M′_XE4...M′_XE9 M′_XE10)

M″_XE＝(M″_XE1 M″_XE2 M″_XE3 M″_XE4)

步骤402、根据每行的信息向量均值M″_XEi和行信息向量均值向量M″_XEi获得所述行的标准欧式距离d_i，具体计算解析式为：

其中1≤k≤1，且

步骤403、根据步骤402获得的标准欧式距离d_i获得距离向量d：

d＝(d₁ d₂ d₃ d₄)

步骤404、根据任意两信息向量均值M′_XEi获得两信息向量均值的标准欧式距离D_a，b，具体计算解析式为：

其中1≤j≤10，1≤a,b≤10，且

步骤405、根据步骤404获得的标准欧式距离D_a，b获得距离矩阵D:

步骤5、以每个电池为组设置初始电池组，即G_i＝{cell_i}，其中i＝1,2,3,4。

步骤6、根据预设的距离阈值遍历距离矩阵获得疑似需均衡电池组，具体包括以下步骤：

步骤601、设置距离阈值为R₁，其中0≤R₁≤1。

步骤602、确定距离向量d中最小值对应的起点电池，在本发明的实施例中以最小值为d₁为例进行说明，则d₁对应的电池为电池电池cell₁，以起点电池cell₁在距离矩阵D对应的值为起点值，例如起点值为D_1,1，以起点值D_1,1为起点遍历距离矩阵的上三角部分或下三角部分，由于距离矩阵D的上下三角是对称相等的，所以只需要遍历上三角部分或下三角部分，然后获得距离矩阵中的最小值D_min，其中，D_min＝D_a，b＝min_{1≤a，b≤4}(D_a，b)并将最小值D_min与距离阈值R₁比较。

若最小值D_min小于距离阈值R₁，则将距离矩阵中的最小值D_min对应的两个电池组设置为疑似需均衡电池组并重复步骤4，比如该最小值D_min＝D_2,1，则将第1个电池cell₁和第二个电池cell₂归为一组G_1,2＝{cell₁，cell₂}，由于将第1个电池cell₁和第二个电池cell₂归为一组，所以此时电池组的个数减少一个，为3组，并将电池组G_1,2设置为疑似需均衡电池组并重复步骤4；若最小值D_min不小于距离阈值R₁，则执行步骤7。

步骤7、遍历疑似需均衡电池组获得需放电均衡的电池组和需充电均衡的电池组，具体包括以下步骤：

步骤701、设定动态单体个数阈值d和第一电荷状态SOC阈值R₂；其中d的取值范围为：1≤d≤3，第一电荷状态SOC阈值R₂可以根据情况自由确定，优选的，0.02≤R₂≤0.04，在本发明的实施例中，R₂＝0.03。

步骤702、根据疑似需均衡电池组内每个子组的电池电荷状态SOC获得每个子组的第一电荷状态SOC均值，根据每个子组内每个电池电荷状态SOC与第一电荷状态SOC均值的差的绝对值获得第一电荷差：

假设步骤6中获得的疑似需均衡电池组为G_1,2＝{cell₁，cell₂}和G_3,4＝{cell₃，cell₄}，计算电池子组G_1,2和电池子组G_3,4内实时电荷状态SOC分别获得电池子组G_1,2的第一电荷状态SOC均值和电池子组G_3,4的第一电荷状态SOC均值

计算电池子组G_1,2和电池子组G_3,4的每个电池的第一电荷差：比如电池cell₁与的第一电荷差为然后以第4个时刻为例，进一步说明电池cell₁与的第一电荷差为其他个电池的计算方式与电池cell₁相同，在此不再赘述，最终可以分别得到：电池cell₁的第一电荷差电池cell₂的第一电荷差cell₃的第一电荷差cell₄的第一电荷差

步骤703、比较每个电池的第一电荷差和第一电荷状态SOC阈值R₂，累计第一电荷差小于第一电荷状态SOC阈值R₂对应的电池集合为需均衡电池组，进行步骤704；

例如电池cell₁和电池cell₃的第一电荷差均小于R₂，累计电池cell₁和电池cell₃作为需均衡电池组G＝{cell₁，cell₃}，进行步骤704。

步骤704、设定第二电荷状态SOC阈值R₃，优选的，R₃的取值范围可以是：0≤R₂≤0.02，在本发明的实施例中，R₂＝0.02。

步骤705、根据需均衡电池组G内每个电池的电荷状态SOC获得第二电荷状态SOC均值根据每个电池电荷状态SOC与第二电荷状态SOC均值的差的绝对值获得第二电荷差：

本步骤的计算方式与步骤702相似，所以在此不再赘述，最终可得到电池cell₁的第二电荷差为电池cell₃的第二电荷差为

步骤706、累计第二电荷差大于第二电荷状态SOC阈值R₃的电池，若第二电荷状态SOC均值大于电池的电荷状态SOC，则所述第二电荷差对应的电池需要充电均衡，若第二电荷状态SOC均值小于电池的电荷状态SOC，则所述第二电荷差对应的电池需要放电均衡。

比如，电池cell₁和电池cell₃的第二电荷差均大于第二电荷状态SOC阈值R₃，即：

然后比较每个电池的电荷状态SOC与第二电荷状态SOC均值例如，则说明电池cell₁需要充电均衡；说明电池cell₃需要放电均衡。

步骤8、通过电池均衡模块对需放电均衡的电池组均衡放电，通过电池均衡模块对需充电均衡的电池组均衡充电。

即对电池cell₁进行充电均衡，对电池cell₃进行放电均衡，置于电池均衡模块可以选用现有技术中任意可以实现电池均衡功能的模块来实现，在本发明中不做进一步限定。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电池组均衡方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、确定电池组的信息矩阵，所述信息矩阵包括每个电池在t个时刻内每个时刻的电荷状态SOC、当前时刻的电压值、当前时刻的放电深度、电池健康度、额定电容、均衡时间和均衡电流，其中t为大于等于1的整数；

步骤2、对所述信息矩阵归一化处理得到标准化信息矩阵，所述归一化处理采用0均值标准化方法归一化处理；

步骤3、对步骤2中的标准化信息矩阵进行各向量行相关处理，得到更新的信息矩阵；

步骤4、根据更新的信息矩阵获得距离向量和距离矩阵；所述距离向量和所述距离矩阵均采用标准化欧式距离公式获得；

步骤5、以每个电池为组设置初始电池组；

步骤6、根据预设的距离阈值遍历距离矩阵获得疑似需均衡电池组；

步骤7、遍历疑似需均衡电池组获得需放电均衡的电池组和需充电均衡的电池组；

步骤8、通过电池均衡模块对需放电均衡的电池组均衡放电，通过电池均衡模块对需充电均衡的电池组均衡充电。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对步骤2中的标准化信息矩阵进行各行向量相关处理具体包括：

对标准化信息矩阵任意两信息向量行叉乘，得到更新的新矩阵。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述根据更新的信息矩阵计算距离向量和距离矩阵具体包括：

步骤401、通过更新的信息矩阵获得每列的信息向量均值，通过每列的信息向量均值获得列信息向量均值向量；通过更新的信息矩阵获得每行的信息向量均值，通过每行的信息向量均值获得行信息向量均值向量；

步骤402、根据每行的信息向量均值和行信息向量均值向量获得所述行的标准欧式距离；

步骤403、根据步骤402获得的标准欧式距离获得距离向量；

步骤404、根据任意两列的信息向量均值获得所述两列的信息向量均值的标准欧式距离；

步骤405、根据步骤404获得的标准欧式距离获得距离矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述根据预设的距离阈值遍历距离矩阵获得疑似需均衡电池组具体包括：

步骤601、设置距离阈值，所述距离阈值为不大于1的正数；

步骤602、确定距离向量中最小值对应的起点电池，以起点电池在距离矩阵对应的值为起点值，以起点值为起点遍历距离矩阵的上三角部分或下三角部分，获得距离矩阵中的最小值，若距离矩阵中的最小值小于所述距离阈值，则将距离矩阵中的最小值对应的两个电池组设置为疑似需均衡电池组并重复步骤4，若最小值不小于所述距离阈值，则执行步骤7。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述遍历疑似需均衡电池组获得需放电均衡的电池组和需充电均衡的电池组具体包括：

步骤701、设定动态单体个数阈值和第一电荷状态SOC阈值；

步骤702、根据疑似需均衡电池组内每个子组的电池的电荷状态SOC获得每个子组的第一电荷状态SOC均值，根据每个子组内每个电池的电荷状态SOC与第一电荷状态SOC均值的差的绝对值获得第一电荷差；

步骤703、比较第一电荷差和第一电荷状态SOC阈值，累计第一电荷差小于第一电荷状态SOC阈值对应的电池集合为需均衡电池组，进行步骤704；

步骤704、设定第二电荷状态SOC阈值；

步骤705、根据需均衡电池组内每个电池的电荷状态SOC获得第二电荷状态SOC均值，根据每个电池电荷状态SOC与第二电荷状态SOC均值的差的绝对值获得第二电荷差；

步骤706、累计所述第二电荷差大于第二电荷状态SOC阈值的电池，若第二电荷状态SOC均值大于电池的电荷状态SOC，则所述第二电荷差对应的电池需要充电均衡，若第二电荷状态SOC均值小于电池的电荷状态SOC，则所述第二电荷差对应的电池需要放电均衡。