CN109127478A - 用于筛选电池组的单体电池的方法 - Google Patents

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武骥
刘兴涛
周亚男
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Abstract

本发明实施方式提供一种用于筛选电池组的单体电池的方法，属于电池的配组技术领域。所述方法包括：采集每个所述单体电池的预定数据；根据所述预定数据分别计算每个所述单体电池相对预定参考电池的豪斯多夫距离；根据所述豪斯多夫距离筛选所述单体电池以进行分组。该方法通过设计特定的电池充放电工况，完成对锂离子电池不同充放电状况下的外部数据的获取，降低了电池数据获取的复杂度，可以有效降低电池筛选成本，提高电池筛选效率。

Description

用于筛选电池组的单体电池的方法
技术领域
本发明涉及电池的配组技术领域，具体地涉及一种用于筛选电池组的单体电池的方法。
背景技术
动力蓄电池是新能源汽车重要的储能部件。由于单体电池电压、容量较低，不足以满足新能源汽车的电能需求，因此需要将多个单体电池通过串并联组合成电池组(PACK)为新能源汽车供能。但由于在单体电池生产过程中原材料性能、工艺等不稳定性，导致了不同单体电池之间的容量、内阻等新性能参数存在一定的不一致性，这将直接影响电池组在实际系统中的可靠性和安全性。因而，需要在单体电池成组之前对其进行筛选，以保证同一电池组内单体电池间的一致性。
当前常见的动力蓄电池筛选方法可分为三种：一种是人工使用电池内阻测试仪检测待筛选电池的直流内阻，再按照电池直流内阻大小进行筛选；二是使用充放电设备对每一块电池进行一次完整的充放电，然后根据充电过程中的电池实际容量进行筛选；三是在特定的区间内对电池进行充放电操作，在实验数据的基础上计算电池的各项性能参数，并以此为依据对电池进行筛选。
其中，第一种方法的测量结果受被测电池的荷电状态影响，容易产生较大的偏差；第二种方法需要进行完整的电池充放电，因此耗时较长；而第三种方法则需要经过较为复杂的运算过程。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种用于筛选电池组的单体电池的方法，该方法可以降低电池筛选成本，提高电池筛选效率，设计特定的电池充放电工况，完成对锂离子电池不同充放电状况下的电池外部可测参数数据的获取，降低了电池数据获取的复杂度。
为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种用于筛选电池组的单体电池的方法，所述方法包括：
采集每个所述单体电池的预定数据；
根据所述预定数据分别计算每个所述单体电池相对预定参考电池的豪斯多夫距离；
根据所述豪斯多夫距离筛选所述单体电池以进行分组。
可选地，所述采集每个所述单体电池的预定数据包括：
对每个所述单体电池进行充放电操作；
采集每个所述单体电池在充放电操作过程中的电池参数以生成所述预定数据。
可选地，所述采集每个所述单体电池的预定数据包括：
采集每个所述单体电池的原始的电池参数的数据。
可选地，所述电池参数包括：所述单体电池的充电电压、放电电压中的至少一者以及充电电流、放电电流、极柱温度和表面温度中的至少一者。
可选地，所述根据所述预定数据分别计算每个所述单体电池相对预定参考电池的豪斯多夫距离包括：
从所述预定数据中获取每个所述单体电池的当前数据集；
将所述当前数据集与预设的标准数据集进行比对，分别计算每个所述单体电池的当前数据集与所述标准数据集的豪斯多夫距离。
可选地，所述将所述当前数据集与预设的标准数据集进行比对，分别计算每个所述单体电池数据集与标准电池数据集的豪斯多夫距离包括：
根据公式(1)计算所述单体电池对应的豪斯多夫距离，
H(Dref，DA1)＝max[h(Dref，DA1)，h(DA1，Dref)]， (1)
其中， H(Dref,DA)为所述豪斯多夫距离，Dref为所述标准数据集，DA1为所述当前数据集，dref为所述标准数据集中的标准子集，da1为所述当前数据集中的当前子集，||dref-da1||表示所述标准子集和所述当前子集之间的L2范数。
可选地，所述根据所述豪斯多夫距离筛选所述单体电池以进行分组包括：
根据所述豪斯多夫距离按照从小到大或从大到小的先后顺序对所述单体电池进行排序以形成单体电池序列；
根据所述单体电池序列进行分组。
另一方面，本发明提供一种存储介质，该存储介质上存储有指令，该指令可以被计算机读取以使得计算机执行上述所述的方法。
通过上述技术方案，本发明提供的用于筛选电池组的单体电池的方法和存储介质通过采集电池组的单体电池的预定数据，并将预定数据中获取单体电池的当前数据集，再将该当前数据集与预设的标准数据集进行比对，从而得到每个单体电池对应的豪斯多夫距离，并进一步根据该豪斯多夫距离筛选单体电池，从而保证了分组后的单体电池特性的一致性。这样的筛选分组过程不需要对待筛选电池进行完整的充放电循环，且可以同时检测多个电池，效率较高；另外检测过程中无需人工参与，也实现了单体电池筛选分组的自动化；最后相对于传统的基于单一参数的筛选方法，本发明基于单体电池充放电曲线数据集间的豪斯多夫距离进行电池筛选，具有较高的鲁棒性和准确性。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的用于筛选电池组的单体电池的方法的流程图；
图2是根据本发明的一个实施方式的用于筛选电池组的单体电池的系统的结构框图；
图3是根据本发明的一个实施方式的用于筛选电池组的单体电池的系统的结构框图；
图4是单体电池恒流放电时放电电压的曲线图；以及
图5是单体电池脉冲放电时放电电压的曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
如图1所示是根据本发明的一个实施方式的用于筛选电池组的单体电池的方法的流程图。在图1中，该方法可以包括：
在步骤S10中，采集每个所述单体电池的预定数据。该预定数据可以是例如单体电池的充电电压、放电电压中的至少一者以及充电电流、放电电流、极柱温度和表面温度中的至少一者。鉴于该预定数据包括上述列出的单体电池的电池参数。那么，采集该单体电池的电池参数就需要对单体电池进行充放电操作，故该步骤S10可以进一步包括：
对每个单体电池进行充放电操作。在本该实施方式中，考虑到单体电池在充放电操作的过程中的安全性问题，可以另外预设一检测设备(例如电池管理系统)，从而使得单体电池在处于危险状态(例如过电压、欠电压等)时能够及时中止充放电过程，从而保护单体电池。
采集每个单体电池在充放电操作的过程中的电池参数(充电电压、放电电压等)以生成该预定数据。此外，为了进一步确保计算出的单体电池对应的豪斯多夫距离的准确性，该步骤S10还可以进一步包括：采集每个单体电池的原始的电池参数的数据。
在步骤S20中，根据采集的预定数据分别计算每个单体电池相对预定参考电池的豪斯多夫距离。由于豪斯多夫距离是一个参考值，那么每个单体电池对应的豪斯多夫距离即为每个单体电池的当前数据集(从预定数据中提取的)与预设的标准数据集(参考数据集)之间的差异。在本发明的一个示例中，该标准数据集可以是根据单体电池原厂的电池参数预设的数据集，也可以是例如从采集的预定数据中任选出的一个单体电池的当前数据集。对于该豪斯多夫距离的具体计算方式，在本发明的一个示例中，该方式可以是例如：
从采集的预定数据中获取每个单体电池的当前数据集。
将当前数据集与预设的标准数据集进行比对，分别计算每个单体电池的当前数据集与标准数据集的豪斯多夫距离。
更进一步地，计算豪斯多夫距离的方式可以是例如根据公式(1)来计算，
H(Dref,DA1)＝max[h(Dref,DA1)，h(DA1,Dref)]， (1)
其中， 为豪斯多夫距离，Dref为标准数据集，DA1为当前数据集，dref为标准数据集中的标准子集(以以标准数据集包括单体电池的充电电压和极柱温度的电池参数为例，该标准子集即为充电电压和/或极柱温度的电池参数)，da1为当前数据集中的当前子集，||dref-da1||表示标准子集和当前子集之间的L2范数。
在步骤S30中，根据豪斯多夫距离筛选单体电池以进行分组。在本发明的一个实施方式中，根据豪斯多夫距离筛选单体电池以进行分组的具体执行步骤可以是多种，例如采用包括但不限于冒泡排序法根据每个单体电池所对应的豪斯多夫距离按照包括但不限于从小到大或从大到小的原则进行排序，从而形成基于豪斯多夫距离的单体电池序列，再根据该单体电池序列对单体电池进行筛选和分组，从而使得分组后的电池组中的单体电池的特性可以保持一致。
本发明的另一方面还提供一种存储介质，该存储介质上存储有指令，该指令可以被计算机读取以使得计算机执行上述所述的方法。
本发明的再一方面还提供一种用于筛选电池组的单体电池的系统，该系统可以包括控制器01。该控制器01可以用于：接收每个单体电池05的预定数据；根据该预定数据分别计算每个单体电池05相对预定参考电池的豪斯多夫距离；根据该豪斯多夫距离筛选单体电池05以进行分组。
如图2所示，在本发明的一个实施方式中，该系统可以进一步包括充放电设备02和数据采集器03。
充放电设备02可以用于对每个单体电池05进行相同的充放电操作。数据采集器03可以用于采集单体电池05的电池参数(例如单体电池05的充电电压、放电电压中的至少一者以及充电电流、放电电流、极柱温度和表面温度中的至少一者)。控制器03可以用于控制该充放电设备02分别对每个单体电池05进行充放电操作并通过数据采集器03接收每个单体电池05在充放电操作的过程中的电池参数以生成该预定数据。在该实施方式中，数据采集器03包括的数据采集器件可以根据电池参数所包含的种类来确定。以电池参数包括充电电压和充电电流为例，该数据采集器03可以包括电压传感器和电流传感器。若电池参数包括充电电压、充电电流和极柱温度，那么该数据采集器03则可以进一步包括温度传感器。在本发明的一个示例中，考虑到设备体积的设计问题，该控制器01和数据采集器03可以集成为电池管理系统。
在本发明的一个实施方式中，为了使得该用于筛选电池组的单体电池05的系统可以进一步自动化，如图3所示，该系统可以进一步包括识别设备04。该识别设备04可以用于识别单体电池05的识别码；该控制器01可以进一步用于将该识别码与单体电池05的预定数据关联起来，从而便于在分组时采用识别码来标记单体电池05。在该实施方式中，该识别码可以包括但不限于二维码、条形码、无线射频卡等本领域人员所知的识别码。相应的，该识别设备04可以包括但不限于二维码扫描设备、条形码扫描器、非接触式射频识别设备等本领域人员所知的识别设备。
在本发明的一个实施方式中，为了进一步提高计算出的豪斯多夫距离的精度，该控制器01还可以进一步用于接收每个单体电池05原始(出厂时)的电池参数的数据。
在本发明的一个实施方式中，控制器01计算豪斯多夫距离的方式可以是例如从预定数据中获取每个单体电池05的当前数据集，并将该当前数据集与预设的标准数据集(或参考数据集)进行比对，从而分别计算每个单体电池05的当前数据集与该标准数据集的豪斯多夫距离。优选地，该控制器01计算该豪斯多夫距离的方式可以是例如：
根据公式(1)计算单体电池05对应(相对预定参考电池)的豪斯多夫距离，
H(Dref，DA1)＝max[h(Dref，DA1)，h(DA1，Dref)]， (1)
其中， H(Dref,DA)为豪斯多夫距离，Dref为标准数据集，DA1为当前数据集，dref为标准数据集中的标准子集，da1为当前数据集中的当前子集，||dref-da1||表示标准子集和当前子集之间的L2范数。
另外，在本发明的一个实施方式中，控制器01根据计算出的豪斯多夫距离对单体电池05进行分组的方式可以是例如采用包括但不限于冒泡排序法根据每个单体电池05所对应的豪斯多夫距离按照包括但不限于从小到大或从大到小的原则进行排序，从而形成基于豪斯多夫距离的单体电池05序列(可以是由识别码构成)，再根据该单体电池05序列对单体电池05进行筛选和分组，从而使得分组后的电池组中的单体电池05的特性可以保持一致。
在该实施方式中，该控制器01可以是例如通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何其它类型的集成电路(IC)、状态机等。另外，在本发明的一个示例中，考虑到该系统的可操作性的问题，该控制器01也可以是例如上位机，该上位机可以是例如PC机。
如图4所示是不同的蓄电池(单体电池05)在恒流放电的过程中放电电压(端电压V)的曲线图。其中，横坐标为放电时间(h)，纵坐标为放电电压(V)。在计算每个蓄电池的豪斯多夫距离时，可以根据相同时间间隔和时间起点的时间段内的电池参数构成预设数据。具体地，该时间间隔可以选取为例如10分钟或30分钟，时间起点可以选取为例如蓄电池恒流放电开始后5分钟。这样可以在不需要完成一整套充放电操作的情况下，采集蓄电池的电池参数，并进一步根据该电池参数计算每个蓄电池的豪斯多夫距离。
如图5所示是不同的蓄电池在脉冲放电的情况下放电电压的曲线图。因在该图5中采集电池参数的方式与在图4中采集的方式类似，此处不再赘述。
通过上述技术方案，本发明提供的用于筛选电池组的单体电池的方法和存储介质通过采集电池组的单体电池的预定数据，并将预定数据中获取单体电池的当前数据集，再将该当前数据集与预设的标准数据集进行比对，从而得到每个单体电池对应的豪斯多夫距离，并进一步根据该豪斯多夫距离筛选单体电池，从而保证了分组后的单体电池特性的一致性。这样的筛选分组过程不需要对待筛选电池进行完整的充放电循环，且可以同时检测多个电池，效率较高；另外检测过程中无需人工参与，也实现了单体电池筛选分组的自动化；最后相对于传统的基于单一参数的筛选方法，本发明基于单体电池充放电曲线数据集间的豪斯多夫距离进行电池筛选，具有较高的鲁棒性和准确性。
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式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，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (8)

1.一种用于筛选电池组的单体电池的方法，其特征在于，所述方法包括：
采集每个所述单体电池的预定数据；
根据所述预定数据分别计算每个所述单体电池相对预定参考电池的豪斯多夫距离；
根据所述豪斯多夫距离筛选所述单体电池以进行分组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集每个所述单体电池的预定数据包括：
对每个所述单体电池进行相同的充放电操作；
采集每个所述单体电池在充放电操作过程中的电池参数以生成所述预定数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集每个所述单体电池的预定数据包括：
采集每个所述单体电池的原始的电池参数的数据。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述电池参数包括：所述单体电池的充电电压、放电电压中的至少一者以及充电电流、放电电流、极柱温度和表面温度中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述预定数据分别计算每个所述单体电池相对预定参考电池的豪斯多夫距离包括：
从所述预定数据中获取每个所述单体电池的当前数据集；
将所述当前数据集与预设的标准数据集进行比对，分别计算每个所述单体电池的当前数据集与所述标准数据集的豪斯多夫距离。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述当前数据集与预设的标准数据集进行比对，分别计算每个所述单体电池数据集与标准电池数据集的豪斯多夫距离包括：
根据公式(1)计算所述单体电池对应的豪斯多夫距离，
H(Dref，DA1)＝max[h(Dref，DA1)，h(DA1，Dref)]， (1)
其中， H(Dref，DA)为所述豪斯多夫距离，Dref为所述标准数据集，DA1为所述当前数据集，dref为所述标准数据集中的标准子集，da1为所述当前数据集中的当前子集，||dref-da1||表示所述标准子集和所述当前子集之间的L2范数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述豪斯多夫距离筛选所述单体电池以进行分组包括：
根据所述豪斯多夫距离按照从小到大或从大到小的先后顺序对所述单体电池进行排序以形成单体电池序列；
根据所述单体电池序列进行分组。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被计算机读取以使得所述计算机执行如权利要求1至7任一所述的方法。
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