CN113740754A - 一种检测电池组不一致性的方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种检测电池组不一致性的方法与系统。本发明的检测电池组不一致性的方法，首先获取电池组在充电过程中各个电池单体的SOC值及其对应的电压值；根据SOC值及其对应的电压值得到电池组的电压‑SOC曲线；根据曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值；利用充电阈值判断各个电池单体的不一致性。本发明利用电池组在充电时简单易测的电压和SOC建立电压‑SOC曲线，并利用曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值，并通过计算电池组充电阈值的方差来反映电池组的不一致性程度，大大简化了计算步骤，保证了在线监测的实时性和准确性。本发明还提供了一种检测电池组不一致性的系统。

Description

一种检测电池组不一致性的方法与系统
技术领域
本发明属于电池组检测技术领域，更具体地说，是涉及一种检测电池组不一致性的方法与系统。
背景技术
近年来，随着国家大规模新能源的建设，利用超大型电池组进行电力存储的储能电站作为智能电网的重要支撑技术，迎来了迅猛的发展。锂离子电池凭借其稳定性高、容量大、使用寿命长、绿色环保等显著优势，成为目前我国储能电站的主流电池技术。随着电池老化，电池组内电池单体的容量、内阻等会逐渐出现分化，表现在相同的电流激励下，各个电池单体实际的SOC、温升和工作电压等会呈现出差异，且这种差异会随着电池的老化而逐渐扩大。上述过程在电池实际运行过程中的相互耦合性，将进一步导致电池组内各单体性能衰减速率的不一致，表现为电池可用容量、内阻、功率等衰减速率不一致，最终形成不一致扩大的正反馈效应。电池单体间的不一致性会严重制约电池组的能量/容量利用率，也会加速电池老化。偏离群体最为显著的单体容易在多次充放电循环中遭受过充过放，最终导致电池性能降低甚至失效。为了保障锂电池储能电站的安全运行和有效的能量管理，对储能电站的锂电池进行不一致性评估是十分必要的。
由于初始性能参数以及外部使用条件的差异，电池组中单体间的不一致难以避免，会表现在电池的工作特性(内阻、可用容量、电压、温度等)出现差异，所以可从电池的内阻、可用容量和电压等特性参数的差异对锂离子电池组不一致性进行评价。通常电池内阻的测量方法有交流检测法(AC)和直流检测法(DC)。交流检测法是指给电池加载一个幅值较小的交流电作为激励输入，监测其端电压的下降，计算内阻；直流检测法有日本电动车辆协会JEVS D7132003发布的DCR法、“863”检测规范中规定的MCCF法、美国Freedom CAR规定的HPPC法。电池可用容量的差异是电池不一致的最直接表现，但电池容量往往难以评估准确。电池的端电压与其荷电状态(state ofcharge，SOC)存在一定的对应关系，容量偏低单体在放电过程中比其他单体电压降低更快，在充电过程中电压上升更快，即电量更易耗尽和更易充满。由于电压易测、真实、可用，电池管理系统(battery management system，BMS)往往通过采集对比单体电池端电压的方式检测电池组的一致性。而这种做法虽然便于测量与计算，但存在灵敏度低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测电池组不一致性的方法与系统，旨在解决现有电池组不一致性的评估方法灵敏度低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种检测电池组不一致性的方法，包括以下步骤：
步骤1：获取电池组在充电过程中各个电池单体的SOC值及其对应的电压值；
步骤2：根据SOC值及其对应的电压值得到电池组的电压-SOC曲线；
步骤3：根据所述电压-SOC曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值；
步骤4：利用所述充电阈值判断各个电池单体的不一致性。
优选的，所述步骤3：根据所述电压-SOC曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值，包括：
步骤3.1：将所述电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线；
步骤3.2：对所述前部分曲线上的数据点和所述后部分曲线上的数据点分别进行线性回归拟合得到第一线性拟合参数和第二线性拟合参数；
步骤3.3：根据所述第一线性拟合参数和所述第二线性拟合参数得到各个电池单体的充电阈值。
优选的，所述步骤3.1：将所述电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线，包括：
步骤3.1.1：获取所述电压-SOC曲线上SOC＝50％以上的所有点；
步骤3.1.2：将所述SOC＝50％以上的所有点作为分界点将所述电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线。
优选的，所述步骤3.3：根据所述第一线性拟合参数和所述第二线性拟合参数得到各个电池单体的充电阈值，包括：
采用公式：
Figure BDA0003248227080000031
得到各个电池单体的充电阈值；其中，SOCi表示电压-SOC曲线上的第i个数据点对应的SOC值，SOCs表示电压-SOC曲线上的第s个数据点对应的SOC值，Vi是第i个SOC状态下的电压值，n0表示电压-SOC曲线上的第n0个点；N表示电压-SOC曲线上的总数据点数，s表示电压-SOC曲线上的第s个数据点，
Figure BDA0003248227080000032
和
Figure BDA0003248227080000033
分别表示对第n0个点到第s个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距，
Figure BDA0003248227080000034
和
Figure BDA0003248227080000035
分别表示对第s+1个数据点到第N个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距。
优选的，所述步骤4：利用所述充电阈值判断各个电池单体的不一致性，包括：
步骤4.1：求取所述充电阈值的平均值；
步骤4.2：根据所述平均值求取各个电池单体相应充电阈值的方差；
步骤4.3：根据所述方差判断各个电池单体的不一致性。
本发明还提供了一种检测电池组不一致性的系统，包括：
电池参数获取模块，用于获取电池组在充电过程中各个电池单体的SOC值及其对应的电压值；
电压-SOC曲线构建模块，用于根据SOC值及其对应的电压值得到电池组的电压-SOC曲线；
充电阈值计算模块，用于根据所述电压-SOC曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值；
电池单体判断模块，用于利用所述充电阈值判断各个电池单体的不一致性。
优选的，所述充电阈值计算模块，包括：
划分单元，用于将所述电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线；
线性回归拟合单元，用于对所述前部分曲线上的数据点和所述后部分曲线上的数据点分别进行线性回归拟合得到第一线性拟合参数和第二线性拟合参数；
充电阈值计算单元，用于根据所述第一线性拟合参数和所述第二线性拟合参数得到各个电池单体的充电阈值。
优选的，所述划分单元，包括：
分界点获取子单元，用于获取所述电压-SOC曲线上SOC＝50％以上的所有点；
划分子单元，用于将所述SOC＝50％以上的所有点作为分界点将所述电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线。
优选的，所述充电阈值计算单元，包括：
充电阈值计算子单元，用于采用公式：
Figure BDA0003248227080000041
得到各个电池单体的充电阈值；其中，SOCi表示电压-SOC曲线上的第i个数据点对应的SOC值，SOCs表示电压-SOC曲线上的第s个数据点对应的SOC值，Vi是第i个SOC状态下的电压值，n0表示电压-SOC曲线上的第n0个点；N表示电压-SOC曲线上的总数据点数，s表示电压-SOC曲线上的第s个数据点，
Figure BDA0003248227080000051
和
Figure BDA0003248227080000052
分别表示对第n0个点到第s个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距，
Figure BDA0003248227080000053
和
Figure BDA0003248227080000054
分别表示对第s+1个数据点到第N个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距。
优选的，所述电池单体判断模块，包括：
平均值计算单元，用于求取所述充电阈值的平均值；
方差计算单元，用于根据所述平均值求取各个电池单体相应充电阈值的方差；
电池单体判断单元，用于根据所述方差判断各个电池单体的不一致性。
本发明提供的一种检测电池组不一致性的方法与系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的一种检测电池组不一致性的方法，首先获取电池组在充电过程中各个电池单体的SOC值及其对应的电压值；根据SOC值及其对应的电压值得到电池组的电压-SOC曲线；根据电压-SOC曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值；利用充电阈值判断各个电池单体的不一致性。本发明利用电池组在充电时简单易测的电压和SOC建立电压-SOC曲线，并利用曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值，并通过计算电池组充电阈值的方差来反映电池组的不一致性程度，大大简化了计算步骤，保证了在线监测的实时性和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种检测电池组不一致性的方法流程图。
图2为本发明实施例提供电池单体充电末期“扫帚”效应曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
本发明的目的在于提供一种检测电池组不一致性的方法与系统，旨在解决现有电池组不一致性的评估方法灵敏度低的问题。
请一并参阅图1-2，为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种检测电池组不一致性的方法，包括以下步骤：
S1：获取电池组在充电过程中各个电池单体的SOC值及其对应的电压值；
S2：根据SOC值及其对应的电压值得到电池组的电压-SOC曲线；
在实际应用中，首先通过测量充电过程中不同SOC状态及其对应的电压值，可以绘制出电压-SOC曲线，如图1所示。在充电初期和中期，电池单体间的电压一致性较好。在充电末期，当SOC大于某一值时，电压的上升幅度变大，电池单体间的不一致性会随着SOC的增大而显著增大，呈现出显著的“扫帚”效应。也就是说，充电“帚颈”之前具有良好的一致性，超过“帚颈”截止阈值后一致性会显著恶化。
S3：根据电压-SOC曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值；
其中，S3具体包括：
S3.1：将电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线；
进一步的，S3.1具体包括：
S3.1.1：获取电压-SOC曲线上SOC＝50％以上的所有点；
S3.1.2：将SOC＝50％以上的所有点作为分界点将电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线；
S3.2：对前部分曲线上的数据点和后部分曲线上的数据点分别进行线性回归拟合得到第一线性拟合参数和第二线性拟合参数；
S3.3：根据第一线性拟合参数和第二线性拟合参数得到各个电池单体的充电阈值。
在本发明实例中，S3.3具体包括：
采用公式：
Figure BDA0003248227080000071
得到各个电池单体的充电阈值；其中，SOCi表示电压-SOC曲线上的第i个数据点对应的SOC值，SOCs表示电压-SOC曲线上的第s个数据点对应的SOC值，Vi是第i个SOC状态下的电压值，n0表示电压-SOC曲线上的第n0个点，作为搜索“扫帚”拐点的起始点，一般可以取SOC值为50％上的点；N表示电压-SOC曲线上的总数据点数，s表示电压-SOC曲线上的第s个数据点，
Figure BDA0003248227080000072
和
Figure BDA0003248227080000073
分别表示对第n0个点到第s个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距，
Figure BDA0003248227080000074
和
Figure BDA0003248227080000075
分别表示对第s+1个数据点到第N个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距。
下面结合具体的实施方式对本发明求取充电阈值的过程做进一步的说明：
(1)从SOC＝50％开始，遍历电压-SOC曲线上的每个SOC点。以此SOC点作为分界点(记为SOCs)，将充电曲线划分为前后两部分，然后将划分的两组点分别进行线性回归拟合。
(2)遍历电压-SOC曲线上的每个SOC点，找出使拟合残差平方和最小的SOCs，即为“帚颈”所对应的SOCcp。SOCcp的计算方法按照下面公式确定。
Figure BDA0003248227080000076
式中SOCi是电压-SOC曲线上的第i个数据点对应的SOC；Vi是第i个SOC状态下的测量电压值；n0和N分别是遍历范围的SOC起始点；
Figure BDA0003248227080000077
和
Figure BDA0003248227080000078
是由SOCs划分的前后两组数据的线性拟合参数。
S4：利用充电阈值判断各个电池单体的不一致性。
进一步的，S4具体包括：
S4.1：求取充电阈值的平均值；
S4.2：根据平均值求取各个电池单体相应充电阈值的方差；
S4.3：根据方差判断各个电池单体的不一致性。
本方法利用电池在运行时简单易测的电压和SOC，通过计算拟合曲线与真实曲线残差最小值，确定了充电末期“扫帚效应”的“帚颈”。通过计算电池组的方差来反映电池组的不一致性程度，与现有技术相比大大简化了计算S，保证了在线监测的实时性和准确性。
本发明还提供了一种检测电池组不一致性的系统，包括：
电池参数获取模块，用于获取电池组在充电过程中各个电池单体的SOC值及其对应的电压值；
电压-SOC曲线构建模块，用于根据SOC值及其对应的电压值得到电池组的电压-SOC曲线；
充电阈值计算模块，用于根据电压-SOC曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值；
电池单体判断模块，用于利用充电阈值判断各个电池单体的不一致性。
优选的，充电阈值计算模块，包括：
划分单元，用于将电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线；
线性回归拟合单元，用于对前部分曲线上的数据点和后部分曲线上的数据点分别进行线性回归拟合得到第一线性拟合参数和第二线性拟合参数；
充电阈值计算单元，用于根据第一线性拟合参数和第二线性拟合参数得到各个电池单体的充电阈值。
优选的，划分单元，包括：
分界点获取子单元，用于获取电压-SOC曲线上SOC＝50％以上的所有点；
划分子单元，用于将SOC＝50％以上的所有点作为分界点将电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线。
优选的，充电阈值计算单元，包括：
充电阈值计算子单元，用于采用公式：
Figure BDA0003248227080000091
得到各个电池单体的充电阈值；其中，SOCi表示电压-SOC曲线上的第i个数据点对应的SOC值，SOCs表示电压-SOC曲线上的第s个数据点对应的SOC值，Vi是第i个SOC状态下的电压值，n0表示电压-SOC曲线上的第n0个点；N表示电压-SOC曲线上的总数据点数，s表示电压-SOC曲线上的第s个数据点，
Figure BDA0003248227080000092
和
Figure BDA0003248227080000093
分别表示对第n0个点到第s个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距，
Figure BDA0003248227080000094
和
Figure BDA0003248227080000095
分别表示对第s+1个数据点到第N个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距。
优选的，电池单体判断模块，包括：
平均值计算单元，用于求取充电阈值的平均值；
方差计算单元，用于根据平均值求取各个电池单体相应充电阈值的方差；
电池单体判断单元，用于根据方差判断各个电池单体的不一致性。
本发明公开了一种检测电池组不一致性的方法与系统，本发明的一种检测电池组不一致性的方法，首先获取电池组在充电过程中各个电池单体的SOC值及其对应的电压值；根据SOC值及其对应的电压值得到电池组的电压-SOC曲线；根据电压-SOC曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值；利用充电阈值判断各个电池单体的不一致性。本发明利用电池组在充电时简单易测的电压和SOC建立电压-SOC曲线，并利用曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值，并通过计算电池组充电阈值的方差来反映电池组的不一致性程度，大大简化了计算步骤，保证了在线监测的实时性和准确性。
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 (10)

1.一种检测电池组不一致性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取电池组在充电过程中各个电池单体的SOC值及其对应的电压值；
步骤2：根据SOC值及其对应的电压值得到电池组的电压-SOC曲线；
步骤3：根据所述电压-SOC曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值；
步骤4：利用所述充电阈值判断各个电池单体的不一致性。
2.如权利要求1所述的一种检测电池组不一致性的方法，其特征在于，所述步骤3：根据所述电压-SOC曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值，包括：
步骤3.1：将所述电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线；
步骤3.2：对所述前部分曲线上的数据点和所述后部分曲线上的数据点分别进行线性回归拟合得到第一线性拟合参数和第二线性拟合参数；
步骤3.3：根据所述第一线性拟合参数和所述第二线性拟合参数得到各个电池单体的充电阈值。
3.如权利要求2所述的一种检测电池组不一致性的方法，其特征在于，所述步骤3.1：将所述电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线，包括：
步骤3.1.1：获取所述电压-SOC曲线上SOC＝50％以上的所有点；
步骤3.1.2：将所述SOC＝50％以上的所有点作为分界点将所述电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线。
4.如权利要求3所述的一种检测电池组不一致性的方法，其特征在于，所述步骤3.3：根据所述第一线性拟合参数和所述第二线性拟合参数得到各个电池单体的充电阈值，包括：
采用公式：
Figure FDA0003248227070000021
得到各个电池单体的充电阈值；其中，SOCi表示电压-SOC曲线上的第i个数据点对应的SOC值，SOCs表示电压-SOC曲线上的第s个数据点对应的SOC值，Vi是第i个SOC状态下的电压值，n0表示电压-SOC曲线上的第n0个点；N表示电压-SOC曲线上的总数据点数，s表示电压-SOC曲线上的第s个数据点，
Figure FDA0003248227070000022
和
Figure FDA0003248227070000023
分别表示对第n0个点到第s个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距，
Figure FDA0003248227070000024
和
Figure FDA0003248227070000025
分别表示对第s+1个数据点到第N个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距。
5.如权利要求1所述的一种检测电池组不一致性的方法，其特征在于，所述步骤4：利用所述充电阈值判断各个电池单体的不一致性，包括：
步骤4.1：求取所述充电阈值的平均值；
步骤4.2：根据所述平均值求取各个电池单体相应充电阈值的方差；
步骤4.3：根据所述方差判断各个电池单体的不一致性。
6.一种检测电池组不一致性的系统，其特征在于，包括：
电池参数获取模块，用于获取电池组在充电过程中各个电池单体的SOC值及其对应的电压值；
电压-SOC曲线构建模块，用于根据SOC值及其对应的电压值得到电池组的电压-SOC曲线；
充电阈值计算模块，用于根据所述电压-SOC曲线中的“扫帚”效应得到各个电池单体的充电阈值；
电池单体判断模块，用于利用所述充电阈值判断各个电池单体的不一致性。
7.如权利要求6所述的一种检测电池组不一致性的系统，其特征在于，所述充电阈值计算模块，包括：
划分单元，用于将所述电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线；
线性回归拟合单元，用于对所述前部分曲线上的数据点和所述后部分曲线上的数据点分别进行线性回归拟合得到第一线性拟合参数和第二线性拟合参数；
充电阈值计算单元，用于根据所述第一线性拟合参数和所述第二线性拟合参数得到各个电池单体的充电阈值。
8.如权利要求7所述的一种检测电池组不一致性的系统，其特征在于，所述划分单元，包括：
分界点获取子单元，用于获取所述电压-SOC曲线上SOC＝50％以上的所有点；
划分子单元，用于将所述SOC＝50％以上的所有点作为分界点将所述电压-SOC曲线划分为前后两部分得到前部分曲线和后部分曲线。
9.如权利要求8所述的一种检测电池组不一致性的系统，其特征在于，所述充电阈值计算单元，包括：
充电阈值计算子单元，用于采用公式：
Figure FDA0003248227070000031
得到各个电池单体的充电阈值；其中，SOCi表示电压-SOC曲线上的第i个数据点对应的SOC值，SOCs表示电压-SOC曲线上的第s个数据点对应的SOC值，Vi是第i个SOC状态下的电压值，n0表示电压-SOC曲线上的第n0个点；N表示电压-SOC曲线上的总数据点数，s表示电压-SOC曲线上的第s个数据点，
Figure FDA0003248227070000032
和
Figure FDA0003248227070000033
分别表示对第n0个点到第s个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距，
Figure FDA0003248227070000034
和
Figure FDA0003248227070000035
分别表示对第s+1个数据点到第N个数据点进行直线拟合得到的斜率和截距。
10.如权利要求6所述的一种检测电池组不一致性的系统，其特征在于，所述电池单体判断模块，包括：
平均值计算单元，用于求取所述充电阈值的平均值；
方差计算单元，用于根据所述平均值求取各个电池单体相应充电阈值的方差；
电池单体判断单元，用于根据所述方差判断各个电池单体的不一致性。
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