CN109596985A - 动力电池包内阻在线估算方法及电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车动力电池技术领域，提供一种动力电池包内阻在线估算方法及电池管理系统，解决了现有技术中估算动力电池包内阻误差较大的问题。本发明所述的动力电池包内阻在线估算方法包括：获取动力电池包中每个电芯的内阻，并判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足估算条件；若当前获取的所有电芯的内阻满足所述估算条件，对所获取的每个电芯的内阻进行正态性检验和方差齐性检验；当所获取的每个电芯的内阻均通过正态性检验和方差齐性检验时，根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻。本发明实施例适用于在线估算动力电池包内阻的过程。

Description

动力电池包内阻在线估算方法及电池管理系统

技术领域

本发明涉及汽车动力电池技术领域，特别涉及一种动力电池包内阻在线估算方法及电池管理系统。

背景技术

动力电池的健康度(State of health，SOH)是电动车动力电池系统中重要性能指标之一，电池的SOH与电压、电流、内阻、温度等其他电气参数有别，无法通过设备或仪器采用直接测量法获得，而电池的SOH会受到内阻、容量、自放电电阻和荷电状态(State ofCharge，SOC)等参数影响，其中的关键参数之一就是电池的内阻。准确估算动力电池的内阻也成为了电动车动力电池管理系统的健康状态估算的关键技术之一。

在估算动力电池内阻的现有技术中，存在最大法和平均法。其中，最大法是通过比较电池包中的所有电芯的内阻，得到最大的估算内阻作为电池包的估算内阻。但是存在由于某些特殊的误差点影响电池包的结果，造成错误估算。如表1所示，同一个电池包不同电芯下估算出的内阻，前7个电芯的内阻均为1，然而第8个电芯的内阻为5，如果采用最大法进行估算的话，电池包的内阻会采用最大的内阻值作为电池包的内阻，即电池包的内阻为5，就会高估电池包的老化。

表1

电芯号	1	2	3	4	5	6	7	8
									内阻	1	1	1	1	1	1	1	5

另外的平均值法是通过计算电池包中的所有电芯的平均内阻作为电池包内阻的方法，此种方法在某些情况下同样会出现较大误差。如表2所示，当第8个电芯的内阻为1.1，第7个电芯的内阻为0.9，在求平均值时，第7个电芯的内阻被平均为1，存在低估电池包老化的情况。

表2

电芯号	1	2	3	4	5	6	7	8
									内阻	1	1	1	1	1	1	0.9	1.1

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种动力电池包内阻在线估算方法及电池管理系统，以至少部分地解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种动力电池包内阻在线估算方法，所述动力电池包内阻在线估算方法包括：获取动力电池包中每个电芯的内阻，并判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足估算条件；若当前获取的所有电芯的内阻满足所述估算条件，对所获取的每个电芯的内阻进行正态性检验和方差齐性检验；当所获取的每个电芯的内阻均通过正态性检验和方差齐性检验时，根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻。

进一步地，所述获取动力电池包中每个电芯的内阻，并判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足估算条件包括：获取所述动力电池包中每个电芯的指标数据，所述指标数据包括温度、电流和荷电状态；在预设列表中查找当前获取的所有电芯中每个电芯的指标数据对应的内阻，并判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足所述估算条件。

进一步地，在所述判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足估算条件之后，所述动力电池包内阻在线估算方法还包括：若当前获取的所有电芯的内阻不满足所述估算条件，继续获取所述动力电池包中每个电芯的内阻。

进一步地，所述估算条件为由所述动力电池包中每个电芯的内阻与其对应的内阻初值进行比较，并确定所有电芯的内阻发生变化的个数超过预设个数。

进一步地，所述对所获取的每个电芯的内阻进行正态性检验和方差齐性检验包括：将满足所述估算条件的当前获取的所有电芯中每个电芯的内阻以及在满足所述估算条件之前获取的每个电芯的内阻，确定为每个电芯的内阻的数据集；将每个电芯的内阻的数据集进行正态性检验；当每个电芯的内阻的数据集均通过正态性检验后，将每个电芯的内阻的数据集进行方差齐性检验。

进一步地，在所述对所获取的每个电芯的内阻进行正态性检验和方差齐性检验之后，所述动力电池包内阻在线估算方法还包括：对未通过正态性检验的电芯的内阻的数据集进行正态化变换；对未通过方差齐性检验的电芯的内阻的数据集进行方差修正。

进一步地，所述根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻包括：根据得到第i个电芯的内阻估值其中，y_j为所述第i个电芯的内阻的数据集中第j个内阻值，k为所述第i个电芯的内阻的数据集中内阻值的总个数，f_j为所述第i个电芯的内阻的数据集中第j个内阻值对应的权重，且为在所述第i个电芯的内阻的数据集中与第j个内阻值相同的个数与k的比值；根据得到所述动力电池包的内阻X，其中，n为所述动力电池包中电芯的总个数，为所述动力电池包中第i个电芯的内阻估值，q_i为所述第i个电芯的内阻估值对应的权重，且为在所述动力电池包中与所述第i个电芯的内阻估值相同的个数与n的比值。

进一步地，在所述根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻之后，所述动力电池包内阻在线估算方法还包括：将每个电芯的内阻估值确定为其对应的内阻初值。

相对于现有技术，本发明所述的动力电池包内阻在线估算方法具有以下优势：

(1)本发明所述的动力电池包内阻在线估算方法实现了对动力电池包内阻的在线估算，在获取电池包中的电芯内阻时，当所有电芯的内阻满足估算条件时才进行电池包内阻的估算，否则继续获取电芯的内阻。对估算电池包的内阻的条件有一定的限制，避免了一旦获取到电芯的内阻就进行估算，节省计算资源与电耗。

(2)本发明所述的动力电池包内阻在线估算方法实现了对所获取的每个电芯的内阻进行正态性检验和方差齐性检验，只有当所获取的每个电芯的内阻均通过正态性检验和方差齐性检验时，才会根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻，提高了动力电池包的内阻估算精度，数据可靠性增大。

本发明的另一目的在于提出一种电池管理系统，所述电池管理系统用于执行如上所述的动力电池包内阻在线估算方法。

所述电池管理系统与上述动力电池包内阻在线估算方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明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

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种动力电池包内阻在线估算方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种动力电池包内阻在线估算方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的一种动力电池包内阻在线估算方法的流程示意图。如图1所示，所述动力电池包内阻在线估算方法包括如下步骤：

步骤S101，获取动力电池包中每个电芯的内阻，并判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足估算条件；

步骤S102，若当前获取的所有电芯的内阻满足所述估算条件，对所获取的每个电芯的内阻进行正态性检验和方差齐性检验；

步骤S103，当所获取的每个电芯的内阻均通过正态性检验和方差齐性检验时，根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻。

其中，获取动力电池包中每个电芯的内阻的频率可以是实时获取，也可以是间隔固定时间获取，可根据用户具体需求来设定，在本发明实施例中不做限定。

另外，获取动力电池包中每个电芯的内阻可通过获取所述动力电池包中每个电芯的指标数据，即温度、电流和荷电状态来得到。在每次获取了每个电芯的温度、电流和荷电状态之后，在预设列表中查找当前获取的所有电芯中每个电芯的温度、电流和荷电状态对应的内阻。所述预设列表为预先获取的在温度、电流和荷电状态为不同值时对应的内阻，例如，所述预设列表中包括：温度为-30℃、电流为1A、荷电状态为5％对应的电芯内阻；温度为-30℃、电流为1A、荷电状态为10％对应的电芯内阻；温度为-30℃、电流为2A、荷电状态为10％对应的电芯内阻；温度为-20℃、电流为2A、荷电状态为10％对应的电芯内阻等等。所述预设列表中的内阻可通过实验当输入为不同的温度、电流和荷电状态时输出对应的内阻，在本发明实施例中不限定所述预设列表的获取途径，只要保证在获取到所述动力电池包中每个电芯的温度、电流和荷电状态时，可通过所述预设列表查找到其对应的内阻即可。

在每次获取到每个电芯的指标数据，并查表得到对应的内阻之后，判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足所述估算条件。所述估算条件为由所述动力电池包中每个电芯的内阻与其对应的内阻初值进行比较，并确定所有电芯的内阻发生变化的个数超过预设个数。例如，所述动力电池包中的电芯个数为24个，在每次获取到每个电芯的内阻之后，与每个电芯的内阻初值进行比较，并统计内阻发生变化的电芯个数，当内阻发生变化的电芯个数为14个，而预设个数为12个，则内阻发生变化的电芯个数超过预设个数，即当前获取的所有电芯的内阻满足所述估算条件，继续执行步骤S102。而当内阻发生变化的电芯个数为10个，没有超过预设个数(12个)，则继续获取所述动力电池包中每个电芯的内阻，直到当前获取的所有电芯的内阻满足所述估算条件为止，然后执行步骤S102。其中，所述预设个数的设定可根据动力电池包中包括的电芯总数来确定，例如，所述预设个数可以为电芯总数的50％，40％或者其它数据，可根据用户对于动力电池包的需求来设定。

在步骤S102中，对每个电芯的内阻的数据集进行正态性检验和方差性检验。所述每个电芯的内阻的数据集为满足所述估算条件的当前获取的所有电芯中每个电芯的内阻以及在满足所述估算条件之前获取的每个电芯的内阻。

其中，对每个电芯的内阻的数据集进行正态性检验。所述正态性检验为利用观测数据判断总体是否服从正态分布的检验，它是统计判决中重要的一种特殊的拟合优度假设检验。常用的正态性检验方法有正态概率纸法、夏皮罗维尔克检验法(Shapiro-Wilktest)、科尔莫戈罗夫检验法、偏度-峰度检验法等。

在本发明实施例中以偏度-峰度检验法为例描述正态性检验：

(1)计算峰度和偏度

根据下述公式分别得到第i个电芯的内阻的数据集的偏度g_i1和峰度g_i2：

其中，y_j表示第i个电芯的内阻的数据集中第j个内阻值，为第i个电芯的内阻的数据集中内阻值的均值，k为第i个电芯的内阻的数据集中内阻值的总个数。

(2)峰度和偏度转换

利用下述公式得到偏度g_i1和峰度g_i2分别对应的转换：

μ_i1(g_i1)＝0

根据得到偏度g_i1的转换Z_i1，其中，

根据得到峰度g_i2的转换Z_i2，其中，

(3)K²计算

将偏度g_i1的转换Z_i1与峰度g_i2的转换Z_i2代入下述公式，得到K²的值：

将第i个电芯的内阻的数据集代入上述公式之后，得到第i个电芯的内阻的数据集对应的K²的值，并与其对应的预设期望值进行比较，例如，不同的k值对应不同的预设期望值，如表3所示。

表3

k值	预设期望值
		20	1.971
50	2.017
		100	2.026
250	2.012
		500	2.009
1000	2.000

表3仅作为示例显示了一部分k值对应的预设期望值，当第i个电芯的内阻的数据集对应的K²的值与其对应的预设期望值之间的差值在预设范围内时，表明第i个电芯的内阻的数据集通过正态性检验，然后将第i个电芯的内阻的数据集进行方差齐性检验。反之，若是所述差值不在所述预设范围内，则所述第i个电芯的内阻的数据集未通过正态性检验，需要对所述第i个电芯的内阻的数据集进行正态化变换。

本发明实施例中利用的正态化变换为标准正态化，利用公式对未通过正态性检验的电芯的内阻的数据集中的所有内阻值进行正态化变换，其中，y_j为未通过正态性检验的电芯的内阻的数据集中第j个内阻值，为所述数据集中内阻值的均值，σ为所述数据集的方差。

之后，对通过正态性检验的电芯的内阻的数据集以及通过正态化变换之后的电芯的内阻的数据集进行方差齐性检验。方差齐性检验是数理统计学中检查不同样本的总体方差是否相同的一种方法。其基本原理是先对总体的特征作出某种假设，然后通过抽样研究的统计推理，对此假设应该被拒绝还是接受作出推断。常用的方差齐性检验有：Hartley检验、Bartlett检验、修正的Bartlett检验。可参考现有技术中的方差齐性检验对每个电芯的内阻的数据集进行检验，由于该部分不属于本发明实施例描述的重点，因此在本发明实施例中不再赘述。其中，对于未通过方差齐性检验的电芯的内阻的数据集进行方差修正。例如，可利用现有技术中的公式对方差进行修正。由于方差修正可参考现有技术来实现，而且该部分不是本发明实施例描述的重点，因此在本发明实施例中不再赘述。

对于步骤S103，在所获取的每个电芯的内阻均通过正态性检验和方差齐性检验时，根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻。

其中，对通过正态性检验和方差齐性检验的每个电芯的内阻的数据集中的内阻值进行加权平均，从而得到每个电芯对应的内阻估值。例如，根据得到第i个电芯的内阻估值其中，y_j为所述第i个电芯的内阻的数据集中第j个内阻值，k为所述第i个电芯的内阻的数据集中内阻值的总个数，f_j为所述第i个电芯的内阻的数据集中第j个内阻值对应的权重，且为在所述第i个电芯的内阻的数据集中与第j个内阻值相同的个数与k的比值。例如，第i个电芯的内阻的数据集中第j个内阻值为0.5，所述数据集中内阻值的总个数k为100，其中有30个(包括第j个内阻值)内阻值与第j个内阻值相同，则第j个内阻值对应的权重为30/100＝0.3，其它内阻值的权重依此类推。

在得到所述动力电池包中每个电芯的内阻估值之后，对所述动力电池包中所有电芯的内阻估值进行加权平均得到所述动力电池包的内阻。例如。根据得到所述动力电池包的内阻X，其中，n为所述动力电池包中电芯的总个数，为所述动力电池包中第i个电芯的内阻估值，q_i为所述第i个电芯的内阻估值对应的权重，且为在所述动力电池包中与所述第i个电芯的内阻估值相同的个数与n的比值。以表4所示的动力电池包中的电芯对应的内阻估值为例，所述动力电池包中电芯的总个数为24，第1个电芯的内阻估值对应的权重为1/24，即只有第1个电芯的内阻估值为0.5，第2个电芯的内阻估值对应的权重为4/24，即有4个(包括第2个电芯)电芯的内阻估值与第2个电芯的内阻估值相同，其它电芯的内阻估值的权重依此类推。

表4

另外，本发明的一种实施方式中，当根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻之后，将每个电芯的内阻估值确定为其对应的内阻初值，从而在下一次获取动力电池包中每个电芯的内阻之后，利用更新后的内阻初值进行当前获取的所有电芯的内阻是否满足估算条件的判断。

为了便于理解本发明实施例，图2是本发明实施例提供的一种动力电池包内阻在线估算方法的流程示意图，如图2所示，所述方法包括如下步骤：

步骤S201，获取所述动力电池包中每个电芯的温度、电流和荷电状态；

步骤S202，在预设列表中查找当前获取的所有电芯中每个电芯的指标数据对应的内阻；

步骤S203，判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足所述估算条件，满足执行步骤S204，不满足执行步骤S201继续获取所述动力电池包中每个电芯的温度、电流和荷电状态；

步骤S204，将满足所述估算条件的当前获取的所有电芯中每个电芯的内阻以及在满足所述估算条件之前获取的每个电芯的内阻，确定为每个电芯的内阻的数据集；

步骤S205，将每个电芯的内阻的数据集进行正态性检验，通过正态性检验执行步骤S207，未通过正态性检验执行步骤S206；

步骤S206，对未通过正态性检验的电芯的内阻的数据集进行正态化变换；

步骤S207，将每个电芯的内阻的数据集进行方差齐性检验，通过方差齐性检验执行步骤S209，未通过方差齐性检验执行步骤S208；

步骤S208，对未通过方差齐性检验的电芯的内阻的数据集进行方差修正；

步骤S209，对每个电芯的内阻的数据集中的内阻值进行加权平均，得到每个电芯的内阻估值；

步骤S210，将每个电芯的内阻估值确定为其对应的内阻初值，参与下一次步骤S203的执行；

步骤S211，对动力电池包中所有电芯的内阻进行加权平均，得到所述动力电池包的内阻。

通过本发明实施例提升了动力电池包的内阻计算精度，影响电池正常性能的情况都应属于电池健康度的范畴，不仅仅是只考虑电池的温度，还考虑了荷电状态和电流，通过综合的、更可信的、更稳定的内阻，判断电池是否达到更换的条件。另外，本发明实施例在获取电池包中的电芯内阻时，当所有电芯的内阻满足估算条件时才进行电池包内阻的估算，否则继续获取电芯的内阻。对估算电池包的内阻的条件有一定的限制，避免了一旦获取到电芯的内阻就进行估算，节省计算资源与电耗。而且对所获取的每个电芯的内阻进行正态性检验和方差齐性检验，只有当所获取的每个电芯的内阻均通过正态性检验和方差齐性检验时，才会根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻，提高了动力电池包的内阻估算精度，数据可靠性增大。

相应的，本发明实施例还提供一种电池管理系统，所述电池管理系统用于执行上述实施例所述的动力电池包内阻在线估算方法。

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单片机、芯片或处理器(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-Only Memory)、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。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种动力电池包内阻在线估算方法，其特征在于，所述动力电池包内阻在线估算方法包括：

获取动力电池包中每个电芯的内阻，并判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足估算条件；

若当前获取的所有电芯的内阻满足所述估算条件，对所获取的每个电芯的内阻进行正态性检验和方差齐性检验；

当所获取的每个电芯的内阻均通过正态性检验和方差齐性检验时，根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻。

2.根据权利要求1所述的动力电池包内阻在线估算方法，其特征在于，所述获取动力电池包中每个电芯的内阻，并判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足估算条件包括：

获取所述动力电池包中每个电芯的指标数据，所述指标数据包括温度、电流和荷电状态；

在预设列表中查找当前获取的所有电芯中每个电芯的指标数据对应的内阻，并判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足所述估算条件。

3.根据权利要求1所述的动力电池包内阻在线估算方法，其特征在于，在所述判断当前获取的所有电芯的内阻是否满足估算条件之后，所述动力电池包内阻在线估算方法还包括：

若当前获取的所有电芯的内阻不满足所述估算条件，继续获取所述动力电池包中每个电芯的内阻。

4.根据权利要求1所述的动力电池包内阻在线估算方法，其特征在于，所述估算条件为由所述动力电池包中每个电芯的内阻与其对应的内阻初值进行比较，并确定所有电芯的内阻发生变化的个数超过预设个数。

5.根据权利要求4所述的动力电池包内阻在线估算方法，其特征在于，所述对所获取的每个电芯的内阻进行正态性检验和方差齐性检验包括：

将满足所述估算条件的当前获取的所有电芯中每个电芯的内阻以及在满足所述估算条件之前获取的每个电芯的内阻，确定为每个电芯的内阻的数据集；

将每个电芯的内阻的数据集进行正态性检验；

当每个电芯的内阻的数据集均通过正态性检验后，将每个电芯的内阻的数据集进行方差齐性检验。

6.根据权利要求5所述的动力电池包内阻在线估算方法，其特征在于，在所述对所获取的每个电芯的内阻进行正态性检验和方差齐性检验之后，所述动力电池包内阻在线估算方法还包括：

对未通过正态性检验的电芯的内阻的数据集进行正态化变换；

对未通过方差齐性检验的电芯的内阻的数据集进行方差修正。

7.根据权利要求5所述的动力电池包内阻在线估算方法，其特征在于，所述根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻包括：

根据得到第i个电芯的内阻估值其中，y_j为所述第i个电芯的内阻的数据集中第j个内阻值，k为所述第i个电芯的内阻的数据集中内阻值的总个数，f_j为所述第i个电芯的内阻的数据集中第j个内阻值对应的权重，且为在所述第i个电芯的内阻的数据集中与第j个内阻值相同的个数与k的比值；

根据得到所述动力电池包的内阻X，其中，n为所述动力电池包中电芯的总个数，为所述动力电池包中第i个电芯的内阻估值，q_i为所述第i个电芯的内阻估值对应的权重，且为在所述动力电池包中与所述第i个电芯的内阻估值相同的个数与n的比值。

8.根据权利要求7所述的动力电池包内阻在线估算方法，其特征在于，在所述根据每个电芯的内阻确定所述动力电池包的内阻之后，所述动力电池包内阻在线估算方法还包括：

将每个电芯的内阻估值确定为其对应的内阻初值。

9.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统用于执行上述权利要求1-8任一项所述的动力电池包内阻在线估算方法。