CN114200320A - 一种基于soc一致性匹配的退役动力电池重组方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例是关于一种基于SOC一致性匹配的退役动力电池重组方法，以电池组SOC一致性为标准，通过计算电池模型参数匹配关系，实现电池最佳成组方案，首先，基于戴维南等效电路模型，建立电池组SOC一致性评价准则；其次，计算电池容量和内阻匹配关系；最后，结合一致性评判准则，进行电池间一致性关系判断，考虑电池间比例等效距离，实现电池组重组。本发明不需要电池参数严格一致亦可保证电池组使用性能，具有可靠性高、适配范围广的优点，以电池组SOC一致性为标准，通过计算电池模型参数匹配关系，并利用比例对称距离进而优化电池重组方案。

Description

一种基于SOC一致性匹配的退役动力电池重组方法

技术领域

本发明属于新能源储能系统的应用领域，尤其涉及一种基于SOC一致性匹配的退役动力电池重组方法。

背景技术

动力电池作为新能源电动汽车的核心组件，平均寿命为5～8年。当电动汽车的动力电池容量衰减至额定量80％以下，动力电池就要从汽车市场“退役”。中国新能源汽车制造业经过10年的蓬勃发展，即将迎来第一波动力电池退役高潮。预计在2021年～2030年期间，中国新能源汽车动力电池退役总量将会达到705万吨，累积退役电量达到708亿瓦时。如何解决大批量退役动力电池处理问题迫在眉睫。

目前，退役电池处理方法主要分为两种。一是，电池材料回收，通过对电池进行拆解，利用化学手段回收电池材料中的主要金属元素。这种处理方法回收成本高，且容易带来环境污染问题。另外一种方法，对电池进行梯次利用，应用在储能电站、电动自行车、移动电源等场景。这样可以充分发挥电池剩余使用价值，避免环境污染等问题。对于梯次利用而言，退役电池重组是其关键环节。电池重组技术直接决定着系统的使用使用性能和安全性。

常用的电池重组方法主要是依据分类好的电池，将性能参数相近的电池进行重组。尽管这种方法简单易行，但是缺少严格数学评价依据，并且无法重组性能参数差异较大的电池。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于SOC一致性匹配的退役动力电池重组方法，解决了传统基于单参数电池重组性能不可靠、电池参数需要严格一致的问题。

本发明的技术方案如下：

该基于SOC一致性匹配的退役动力电池重组方法，包括：

步骤1：基于电池工作原理，建立戴维南等效电池模型；

步骤2：依据电池剩余电量SOC特性，建立了一致性分选标准：

步骤3：针对先串后并电池组模型和先并后串电池组模型，计算电池容量和内阻匹配关系，分别满足不同标准；

步骤4：依据比例对称距离，优化传统欧氏距离在一致性距离度量的偏差，进行电池间一致性关系判断，考虑电池间比例等效距离，实现电池组重组。

进一步地，上述步骤2具体是：

依据电池剩余电量SOC特性，建立了一致性分选标准：

其中，ΔSOC表示电池剩余电量SOC变化量，I表示电流，Δt表示时间变化率，C表示电池容量。

进一步地，上述步骤3具体是：

针对先串后并电池组模型，其标准应满足如下：

其中，R表示电池欧姆内阻R₀与极化内阻R_p之和，i，x表示并联电池序号，其范围在[1,m]；j，y表示并联电池序号，其范围在[1,n]；

针对先并后串电池组模型，其标准应满足如下：

其中，R表示电池欧姆内阻R₀与极化内阻R_p之和，i，x表示并联电池序号，其范围在[1,m]；j，y表示并联电池序号，其范围在[1,n]。

进一步地，上述步骤4具体是：

依据比例对称距离，优化传统欧氏距离在一致性距离度量的偏差：

其中，d_{ij_xy}表示电池之间比例对称距离，其评判标准为其值越接近于0，电池间一致性越好。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明专利提供一种基于SOC一致性匹配的退役动力电池重组方法，不需要电池参数严格一致亦可保证电池组使用性能，具有可靠性高、适配范围广的优点，以电池组SOC一致性为标准，通过计算电池模型参数匹配关系，并利用比例对称距离进而优化电池重组方案。

附图说明

图1是本发明方法流程图；

图2是本发明戴维南等效电路模型图；

图3是本发明先串后并仿真电路图；

图4是本发明先串后并随机组合仿真结果图；

图5是本发明先串后并优化组合仿真结果图；

图6是本发明先并后串仿真电路图；

图7是本发明先并后串随机组合仿真结果图；

图8是本发明先并后串优化组合仿真结果图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本发明实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本发明以电池组SOC一致性为标准，通过计算电池模型参数匹配关系，实现电池最佳成组方案，解决了传统基于单参数电池重组性能不可靠、电池参数需要严格一致的问题，同时也解决了传统欧氏距离在一致性距离度量的存在偏差的问题；具体包括以下步骤，可参阅图1：

步骤1：基于电池工作原理，建立戴维南等效电池模型；

电池组等效为电压源、内阻、一阶RC串联的电路，如图2所示，其中R₀电池的欧姆内阻，一阶RC表征电池充放电过程中极板的极化电容和电阻。这样电池组充放电过程中电压的突变特性可由内阻R₀表征，电压的渐变特性可由R_p和C_p表征。戴维南模型中，欧姆内阻R₀由电池电解质、正极铝箔、负极铜箔等组成，用一阶的RC串联电路反应电池充放电时电压的渐变特性，一阶RC电路由电池充放电过程中正极和负极的极化效应产生。

步骤2：依据SOC特性，建立了一致性分选标准：

通过电流积分，可以准确地计算出电池电量的变化情况，进而得到剩余电量SOC。

公式(2)中，SOC₀表示电池初始SOC值，i(t)表示充放电电流，t表示时间，C表示电池容量；

取离散时间下的电池SOC变化量：

公式(2)中，ΔSOC表示电池SOC变化量，I表示电流，Δt表示时间变化率，C表示电池容量；

据欧姆定律，电流与内阻存在比例关系，可将问题看成内阻与容量两者对SOC一致性的判断参数。

步骤3：选择一组电池，其参数如下表所示：

选择电池组模型，针对先串后并电池组模型，如仿真图3所示，其标准应满足如下：

其中，R表示电池欧姆内阻R₀与极化内阻R_p之和，i，x表示并联电池序号，其范围在[1,m]。j，y表示并联电池序号，其范围在[1,n]；

针对先并后串电池组模型，如仿真图6所示，其标准应满足如下：

其中，R表示电池欧姆内阻R₀与极化内阻R_p之和，i，x表示并联电池序号，其范围在[1,m]。j，y表示并联电池序号，其范围在[1,n]；

考虑其内阻及容量，将各个电池之间SOC变化量比值计算出来。因背景不同，在不同情况下参数不同及串并联方式不同，本发明中本实例仅是为了更明了的陈述结果并不限于特定的等效电路。

步骤4：依据比例对称距离，优化传统欧氏距离在一致性距离度量的偏差：

其中，d_{ij_xy}表示电池之间比例对称距离，其评判标准为其值越接近于0，电池间一致性越好。

针对先串后并模型，如图3所示：

将电池随机组合，如1号3号串联电池组与2号4号串联电池组并联，则1号电池记为(1，1)，3号电池记为(1，2)，2号电池记为(2，1)，4号电池记为(2，2)。分别计算其比例对称距离d_{11_12}，d_{11_21}，d_{11_22}，d_{12_21}，d_{12_22}，d_{21_22}；其仿真结果如图4所示，其SOC最大偏差可达0.103。其中，以d_{11_12}为例，其值为9.9×10^-3。

将电池1号2号串联电池组与3号4号串联电池组并联，则1号电池记为(1，1)，2号电池记为(1，2)，3号电池记为(2，1)，4号电池记为(2，2)。分别计算其比例对称距离d_{11_12}，d_{11_21}，d_{11_22}，d_{12_21}，d_{12_22}，d_{21_22}；其仿真结果如图5所示，其SOC最大偏差为0.002。其中，以d_{11_12}为例，其值为6.6×10^-7。

优化后比例对称距离更接近0。

针对先并后串模型，如图6所示：

将电池随机组合，如1号2号并联电池组与3号4号并联电池组串联，则1号电池记为(1，1)，3号电池记为(1，2)，2号电池记为(2，1)，4号电池记为(2，2)。分别计算其比例对称距离d_{11_12}，d_{11_21}，d_{11_22}，d_{12_21}，d_{12_22}，d_{21_22}；其仿真结果如图7所示，其SOC最大偏差可达0.142。其中，以d_{11_12}为例，其值为4.3×10^-3。

将电池1号3号并联电池组与2号4号并联电池组串联，则1号电池记为(1，1)，2号电池记为(1，2)，3号电池记为(2，1)，4号电池记为(2，2)。分别计算其比例对称距离d_{11_12}，d_{11_21}，d_{11_22}，d_{12_21}，d_{12_22}，d_{21_22}；其仿真结果如图8所示，其SOC最大偏差为0.008。其中，以d_{11_12}为例，其值为1.1×10^-3。

优化后比例对称距离更接近0。

通过计算可知，此种重组方式的SOC一致性最优。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (4)

1.一种基于SOC一致性匹配的退役动力电池重组方法，其特征在于，包括：

步骤1：基于电池工作原理，建立戴维南等效电池模型；

步骤2：依据电池剩余电量SOC特性，建立了一致性分选标准：

步骤3：针对先串后并电池组模型和先并后串电池组模型，计算电池容量和内阻匹配关系，分别满足不同标准；

步骤4：依据比例对称距离，优化传统欧氏距离在一致性距离度量的偏差，进行电池间一致性关系判断，考虑电池间比例等效距离，实现电池组重组。

2.根据权利要求1所述的基于SOC一致性匹配的退役动力电池重组方法，其特征在于，所述步骤2具体是：

依据电池剩余电量SOC特性，建立了一致性分选标准：

其中，ΔSOC表示电池剩余电量SOC变化量，I表示电流，Δt表示时间变化率，C表示电池容量。

3.根据权利要求2所述的基于SOC一致性匹配的退役动力电池重组方法，其特征在于，所述步骤3具体是：

针对先串后并电池组模型，其标准应满足如下：

其中，R表示电池欧姆内阻R₀与极化内阻R_p之和，i，x表示并联电池序号，其范围在[1,m]；j，y表示并联电池序号，其范围在[1,n]；

针对先并后串电池组模型，其标准应满足如下：

其中，R表示电池欧姆内阻R₀与极化内阻R_p之和，i，x表示并联电池序号，其范围在[1,m]；j，y表示并联电池序号，其范围在[1,n]。

4.根据权利要求2所述的基于SOC一致性匹配的退役动力电池重组方法，其特征在于，所述步骤4具体是：

依据比例对称距离，优化传统欧氏距离在一致性距离度量的偏差：

其中，d_{ij_xy}表示电池之间比例对称距离，其评判标准为其值越接近于0，电池间一致性越好。

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