CN109459698A - 一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法 - Google Patents

一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法 Download PDF

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陈中军
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm

Abstract

本发明公开了一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，包括以下步骤：a）将所述待配组的电池与测试设备连接；b）对所述待配组的电池进行恒流充放电，并采集电池的放电容量，放电内阻和放电功率；c）将采集电池的放电容量，放电内阻和放电功率分别进行两两相关系数K值计算；d）根据步骤c）中所得到的数据，计算每个电池的相关系数总和；e）将每个电池的相关系数和按照升序或降序排列；f）根据步骤e）中所得到的数据，将相邻的电池进行并联或串联配组，本发明方法的电池配组结果与传统电池配组方法相比，可以有效提高电池的一致性和电池配组率，从而提高成组电池的品质并降低电池配组的成本。

Description

一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法
技术领域
本发明涉及一种电池配组的方法，尤其涉及一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法。
背景技术
随着石油日益枯竭和人们环保意识的逐渐增强，具有高效节能、零排放优势的电动汽车倍受关注，不仅是节能环保汽车发展的主攻方向，而且也是未来汽车产业发展的方向。
电池包是电动汽车的核心部件，电池包是由较多单体电池串联或并联组成，由于组成电池包的每个电池都存在着或多或少的差别，电池包经过一定的循环使用，电池包内电池的差别会明显表现出来，其表现为某个电池的容量降低过快，与其它电池的容量差距较大，造成整个电池包的容量衰减过快，整车续航里程缩短，甚至出现个别电池过充或过放现象，给电动车带来安全隐患，同时也造成电池包的使用成本上升，经济性能下降，这些是制约电动汽车发展的瓶颈，并严重制约着电动汽车的市场化。
针对此问题，目前主要解决的方法有两种，一是对电池包添加电子管理设备（BMS），使用外来电路对电池包的状态进行监控，同时对电池进行必要的均衡处理，但这些会明显增加电池包的额外成本；二是在电池成组之前对电池一致性进行配组筛选，提高电池的一致性，但是现在电池配组都是对各个测得的参数进行孤立评价，主要是根据电池在恒流放电下测试的内阻、电压和容量,并据此对电池进行配组和分类挑选，该方法操作复杂，需要对各个参数分别对比，特别是当容量、内阻和功率几个参数中，差异量在具体量化和判断时，容易受人工主管因素影响，不能反映电池整体性能，并且配组率较低，造成电池成本较高，电池的整体性价比不高。
因此开发一种新的电池配组评价方法，从而克服现有配组方法中存在的缺陷，已成为电动汽车市场化急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，能够有效地识别电池的一致性差异，可以提高电池成组率，并提高电池成组后的性能，降低配组成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，包括以下步骤：
a）将所述待配组的电池与测试设备连接；
b）对所述待配组的电池进行恒流充放电，并采集电池的放电容量，放电内阻和放电功率；
c）将采集电池的放电容量，放电内阻和放电功率分别进行两两相关系数K值计算,计算公式为：K=，即：计算容量和放电内阻的相关系数，容量和放电功率的相关系数，放电内阻和功率的相关系数；
d）根据步骤c）中所得到的数据，计算每个电池的相关系数总和；
e）将每个电池的相关系数和按照升序或降序排列；
f）根据步骤e）中所得到的数据，将相邻的电池进行并联或串联配组。
优选的，所述待配组电池的相关系数为每个电池的容量C和直流内阻R相关系数K1，容量C和功率P的相关系数K2，直流内阻R和功率P的相关系数K3，所述电池的相关系数和Q的计算公式为：
Q=（C*K1）*（K2*P）*（K3*R）；
其中，所述待测电池中：
K1为：容量C和直流内阻R相关系数；
K2为：容量C和功率P的相关系数；
K3为：直流内阻R和功率P的相关系数；
K（K1，K2，K3）：可以为正值或者负值，K的绝对值小于等于1，当计算为负值时，取其绝对值。
优选的，其数学的关联程度相关系数的表达式为：
K=，其中，X和Y分别代表两个相关联的量，和分别代表相关联量的各自参数的平均值。
优选的，C为在环境温度为25±5oC，放电电流大小为X*C时的放电容量。
优选的，放电电流大小为X*C，X可以是0-20之间的任意实数。
优选的，R为在环境温度为25±5oC和荷电状态为5%-100%的情况下，放电电流大小为n*C，放电时间为m秒时的放电内阻。
优选的，P为在环境温度为25±5oC和荷电状态为5%-100%的情况下，放电电流大小为n*C，放电时间为m秒时的放电功率。
优选的，放电电流大小为n*C，n为0-20之间的任意实数。
优选的，放电时间为m秒，m为0-120之间的任意实数。
优选的，判断所述待测电池相关系数的标准为K的绝对值大于等于0.1，小于等于1，当K的绝对值小于0.1时，属于弱相关，取零值。
优选的，所述待测电池为同型号的锂离子电池。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明所提供的方法首先获取动力电池放电回路中所有电池的放电容量，所有动力电池的某SOC时的放电直流内阻（DC内阻），所有动力电池的某SOC时的功率值等，然后基于数学的关联程度相关系数函数，计算电池参数两两间的相关系数，根据相关系数的大小判断参数之间的关联程度值，并基于相关系数的值，计算出每个电池的总的相关系数和，根据每个电池的相关系数的和进行排序，该排列顺序即为每个电池的总体性能体现，根据此顺序排列，将相邻的电池进行并联或串联配组，上述方法的电池配组结果与传统电池配组方法相比，可以有效提高电池的一致性和电池配组率，从而提高成组电池的品质并降低电池配组的成本，增加电池成组后的使用寿命，提升电动汽车的经济型和安全性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
请参阅图1所示，本发明提供如下技术方案：一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，包括以下步骤：
a）将待配组的电池与测试设备连接；
b）对待配组的电池进行恒流充放电，并采集电池的放电容量，放电内阻和放电功率；
c）将采集电池的放电容量，放电内阻和放电功率分别进行两两相关系数K值计算,计算公式为：K= ，即：计算容量和放电内阻的相关系数，容量和放电功率的相关系数，放电内阻和功率的相关系数；
d）根据步骤c）中所得到的数据，计算每个电池的相关系数总和；
e）将每个电池的相关系数和按照升序或降序排列；
f）根据步骤e）中所得到的数据，将相邻的电池进行并联或串联配组。
本发明中，优选的，待配组电池的相关系数为每个电池的容量C和直流内阻R相关系数K1，容量C和功率P的相关系数K2，直流内阻R和功率P的相关系数K3，电池的相关系数和Q的计算公式为：
Q=（C*K1）*（K2*P）*（K3*R）；
其中，待测电池中：
K1为：容量C和直流内阻R相关系数；
K2为：容量C和功率P的相关系数；
K3为：直流内阻R和功率P的相关系数；
K（K1，K2，K3）：可以为正值或者负值，K的绝对值小于等于1，当计算为负值时，取其绝对值。
本发明中，优选的，其数学的关联程度相关系数的表达式为：
K=：其中，X和Y分别代表两个相关联的量，和分别代表相关联量的各自参数的平均值。
本发明中，优选的，C为在环境温度为25±5oC，放电电流大小为X*C时的放电容量。
本发明中，优选的，放电电流大小为X*C，X可以是0-20之间的任意实数。
本发明中，优选的，R为在环境温度为25±5oC和荷电状态为5%-100%的情况下，放电电流大小为n*C，放电时间为m秒时的放电内阻。
本发明中，优选的，P为在环境温度为25±5oC和荷电状态为5%-100%的情况下，放电电流大小为n*C，放电时间为m秒时的放电功率。
本发明中，优选的，放电电流大小为n*C，n为0-20之间的任意实数。
本发明中，优选的，放电时间为m秒，m为0-120之间的任意实数。
本发明中，优选的，判断待测电池相关系数的标准为K的绝对值大于等于0.1，小于等于1，当K的绝对值小于0.1时，属于弱相关，取零值。
本发明中，优选的，待测电池为同型号的锂离子电池。
本发明的工作原理及使用流程：
本发明中电池的放电容量计算方法都是采用电流和时间的积分；
本发明中放电内阻计算方法都是采用初始电压V1减去放电结束电压所得的电压差ΔV，初始电流I1减去放电结束时的电流I2所得的电流差ΔI，内阻计算公式为：R=ΔV/ΔI；
本发明中采用电池功率P的计算方法都采用电流I和放电结束时刻的电压U乘积，即：P=I*U；
为了进一步说明本发明，附上基于数学的关联程度相关系数法的电池配组数据表；
表1和表2中待配组电池的相关数据都是在环境温度为25±5oC，测试的电池为标称容量27A·h的三元体系锂离子电池，放电电流大小为1C（27A），DC内阻R测试恒流放电电流为20安培，放电时间是10秒，放电功率P的恒流放电电流为20安培，放电初始SOC为20%；
表1.基于数学的关联程度相关系数计算的K值
表2.电池容量/内阻/功率/总相关系数Q值
。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）将所述待配组的电池与测试设备连接；
b）对所述待配组的电池进行恒流充放电，并采集电池的放电容量，放电内阻和放电功率；
c）将采集电池的放电容量，放电内阻和放电功率分别进行两两相关系数K值计算,计算公式为：K=，即计算容量和放电内阻的相关系数，容量和放电功率的相关系数，放电内阻和功率的相关系数；
d）根据步骤c）中所得到的数据，计算每个电池的相关系数总和；
e）将每个电池的相关系数和按照升序或降序排列；
f）根据步骤e）中所得到的数据，将相邻的电池进行并联或串联配组。
2.根据权利要求1所述的一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其特征在于：所述待配组电池的相关系数为每个电池的容量C和直流内阻R相关系数K1，容量C和功率P的相关系数K2，直流内阻R和功率P的相关系数K3，所述电池的相关系数和Q的计算公式为：
Q=（C*K1）*（K2*P）*（K3*R）；
其中，所述待测电池中：
K1为：容量C和直流内阻R相关系数；
K2为：容量C和功率P的相关系数；
K3为：直流内阻R和功率P的相关系数；
K（K1，K2，K3）：可以为正值或者负值，K的绝对值小于等于1，当计算为负值时，取其绝对值。
3.根据权利要求1所述的一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其数学的关联程度相关系数的表达式为：
K=，其中，X和Y分别代表两个相关联的量，和分别代表相关联量的各自参数的平均值。
4.根据权利要求2所述的一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其特征在于：C为在环境温度为25±5oC，放电电流大小为X*C时的放电容量。
5.根据权利要求4所述的一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其特征在于：放电电流大小为X*C，X可以是0-20之间的任意实数。
6.根据权利要求2所述的一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其特征在于：R为在环境温度为25±5oC和荷电状态为5%-100%的情况下，放电电流大小为n*C，放电时间为m秒时的放电内阻。
7.根据权利要求2所述的一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其特征在于：P为在环境温度为25±5oC和荷电状态为5%-100%的情况下，放电电流大小为n*C，放电时间为m秒时的放电功率。
8.根据权利要求6所述的一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其特征在于：放电电流大小为n*C，n为0-20之间的任意实数。
9.根据权利要求6所述的一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其特征在于：放电时间为m秒，m为0-120之间的任意实数。
10.根据权利要求2所述的一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其特征在于：判断所述待测电池相关系数的标准为K的绝对值大于等于0.1，小于等于1，当K的绝对值小于0.1时，属于弱相关，取零值。
11.根据权利要求1所述的一种基于数学的关联程度相关系数的电池配组方法，其特征在于：所述待测电池为同型号的锂离子电池。
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