CN114290954A - 基于压差分析的电池一致性监控方法、系统及车辆 - Google Patents

基于压差分析的电池一致性监控方法、系统及车辆 Download PDF

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CN114290954A CN202111665945.1A CN202111665945A CN114290954A CN 114290954 A CN114290954 A CN 114290954A CN 202111665945 A CN202111665945 A CN 202111665945A CN 114290954 A CN114290954 A CN 114290954A
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王钢
万红兵
牟晓飞
徐舰波
吴正国
蒲江
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Abstract

本发明公开一种基于压差分析的电池一致性监控方法、系统及车辆，包括S‑1：采集车辆电池单体数据；S‑2：电池单体数据预处理；S‑3：电池单体数据工况划分；S‑4：电池单体压差提取；S‑5：电池一致性异常条件判断；S‑6：发现一致性异常的电芯并报警。本发明通过对单体电池压差的分析，能提前识别整包电池组中内阻、容量、SOC的一致性短板，实现对电池整包一致性的提前预警。

Description

基于压差分析的电池一致性监控方法、系统及车辆
技术领域
本发明涉及电池一致性监控技术，具体涉及基于压差分析的电池一致性监控方法、系统及车辆。
背景技术
锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长等因素成为电动汽车的首选电池。车载电池随着使用会不可避免地出现串联电池单体间的一致性问题。若整包电池组中的单体电池内阻、容量或SOC一致性出现严重异常而不进行处理，会直接影响着整包电池组的健康和寿命，所以对电池组中的一致性监控非常重要。目前现有的电池一致性监控，大部分主要都是直接采用压差阈值，这些方案可在一定程度上进行有效的电池一致性监控，但缺乏对整包电池组中的内阻、容量、SOC一致性严重状况的分别判断，可能会导致严重的一致性问题得不到及时处理。因此通过压差分析发现车辆的一致性短板对车载电池的健康、安全使用具有重要意义。
发明内容
本发明提供的基于压差分析的电池一致性监控方法、系统及车辆，通过对单体电池压差的分析，能提前识别整包电池组中内阻、容量、SOC的一致性短板，实现对电池整包一致性的提前预警。
本发明提供的基于压差分析的电池一致性监控系统，通过对单体电池压差的分析，能提前识别整包电池组中内阻、容量、SOC的一致性短板，实现对电池整包一致性的提前预警。
本发明提供的车辆采用基于压差分析的电池一致性监控系统，通过对单体电池压差的分析，能提前识别整包电池组中内阻、容量、SOC的一致性短板，实现对电池整包一致性的提前预警。
本发明公开的基于压差分析的电池一致性监控方法，包括如下步骤，
S1：采集车辆电池单体数据；
S2：电池单体数据预处理；
S3：电池单体数据工况划分；
S4：电池单体压差提取；
S5：电池一致性异常条件判断，具体为：
计算电池单体i当前快充工况内阻
Figure BDA0003448284640000021
电池单体i当前慢充工况容量
Figure BDA0003448284640000022
以及电池单体i在当前有效慢充工况荷电状态
Figure BDA0003448284640000023
若
Figure BDA0003448284640000024
和
Figure BDA0003448284640000025
之一大于电池一致性差异阈值Q，则判断电池单体i一致性异常；
S6：发现一致性异常的电芯并报警。
进一步地，所述步骤S5包括如下步骤：
S5-1：分别计算每个单体在第F个有效快充工况低电压区间
Figure BDA0003448284640000026
的压差平均值：
Figure BDA0003448284640000027
其中，
Figure BDA0003448284640000028
为电池单体i在低电压区间压差的平均值，F为最近一次有效快充工况；
S5-2：分别计算每个单体在第S个有效快充工况低电压区间
Figure BDA0003448284640000029
中电压区间
Figure BDA00034482846400000210
高电压区间
Figure BDA00034482846400000211
的压差平均值：
Figure BDA0003448284640000031
Figure BDA0003448284640000032
Figure BDA0003448284640000033
其中，
Figure BDA0003448284640000034
分别为电池单体i在低电压区间、中电压区间、高电压区间压差的平均值，S为最近一次有效慢充工况。
S5-3：计算电池单体i当前快充工况的内阻一致性差异：
Figure BDA0003448284640000035
其中
Figure BDA0003448284640000036
为电池单体i在当前快充工况时的内阻一致性差异，
Figure BDA0003448284640000037
为首次有效快充工况单体i在低电压区间压差的平均值，
Figure BDA0003448284640000038
为首次有效慢充工况单体i在低电压区间压差的平均值。
S5-4：计算电池单体i当前慢充工况的容量一致性差异：
Figure BDA0003448284640000039
其中
Figure BDA00034482846400000310
为当前有效慢充工况电池单体i的容量一致性差异，
Figure BDA00034482846400000311
为首次有效慢充工况电池单体i在低电压区间压差的平均值，
Figure BDA00034482846400000312
为首次有效慢充工况电池单体i高电压区间压差的平均值。
S5-5：计算电池单体i在当前有效慢充工况SOC一致性差异：
Figure BDA00034482846400000313
其中
Figure BDA00034482846400000314
为当前有效慢充工况电池单体i的SOC一致性差异，
Figure BDA00034482846400000315
为首次有效慢充工况单体i在中电压区压差的平均值。
S5-6：电池单体一致性异常判断，若
Figure BDA00034482846400000316
之一大于电池一致性差异阈值Q，则判断电池单体i的当前快充工况内阻
Figure BDA00034482846400000317
当前慢充工况容量
Figure BDA00034482846400000318
当前有效慢充工况荷电状态
Figure BDA00034482846400000319
一致性异常。
进一步地，所述步骤S1又包括如下步骤：
采集全生命周期车辆信号数据；其中，信号数据包括车架号、单体电压、单体编号、SOC和电流。
进一步地，所述步骤S2包括如下步骤：
S2-1：对采集到的电池单体电压数据进行数据清洗，去除空值、超出正常区间、重复、冗余等异常数据；
S2-2：按照时间顺序，将S2-1处理后的数据进行升序排序。
进一步地，所述步骤S3包括如下步骤：
S3-1：读入经步骤S-2处理的数据，提取车辆的充电工况数据，去除行驶工况数据；
S3-2：根据用充电模式将充电数据划分为快充工况和慢充工况；
S3-3：根据电池包SOC将快充工况数据标记为不同电压区间，其中SOC<N1为低电压区间
Figure BDA0003448284640000041
N2≤SOC≤N3为中电压区间
Figure BDA0003448284640000042
N4≤SOC为高电压区间
Figure BDA0003448284640000043
其中f为快充工况编号；
S3-4：根据电池包SOC将慢充工况数据标记为不同电压区间，其中SOC<N1为低电压区间
Figure BDA0003448284640000044
N2≤SOC≤N3为中电压区间
Figure BDA0003448284640000045
N4≤SOC为高电压区间
Figure BDA0003448284640000046
其中s为慢充工况编号；
S3-5：提取有效快充工况和有效慢充工况数据。
进一步地，所述步骤S3-5中有效快充工况和有效慢充工况判断的具体步骤如下，
S3-5-1：第f个快充工况中，若低电压区间
Figure BDA0003448284640000047
内数据帧数大于M，高电压区间
Figure BDA0003448284640000048
内数据帧数大于M，则该次快充工况为有效快充工况，工况号记为F；
S3-5-2：第s个快充工况中，若低电压区间
Figure BDA0003448284640000051
内数据帧数大于M，高电压区间
Figure BDA0003448284640000052
内数据帧数大于M，则该次慢充工况为有效快充工况，工况号记为S。
进一步地，所述步骤S4又包括如下步骤：
S4-1：读入经过步骤S-3处理后的电池单体电压数据；
S4-2：对每一时刻的单体电压进行压差计算：
Figure BDA0003448284640000053
其中ΔVi t为电池单体i在t时刻的压差，Vi t为电池单体i在t时刻的电压值，
Figure BDA0003448284640000056
为车辆所有电池单体在t时刻的电压中位数，压差计算按车辆进行。
进一步地，5≤N1≤35,30≤N2≤50,60≤N3≤80,70≤N4≤100；5≤M；0.2≤Q≤0.6。
本发明还公开了基于压差分析的电池一致性监控系统，包括存储器和控制器，所述存储器内有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时，能执行所述压差分析的电池一致性监控的步骤。
本发明还公开了一种车辆，装配有基于压差分析的电池一致性监控系统。
本发明有益技术效果为：
纯软件算法计算电池单体i当前快充工况内阻
Figure BDA0003448284640000057
电池单体i当前慢充工况容量
Figure BDA0003448284640000058
以及电池单体i在当前有效慢充工况荷电状态
Figure BDA0003448284640000059
将电池划分为低压、中压及高压充电区域，同时差异化快充、慢充模式，通过建立电池单体一致性异常评价模型，若
Figure BDA00034482846400000510
和
Figure BDA00034482846400000511
之一大于电池一致性差异阈值Q，则判断电池单体i一致性异常。此方案在电池动态使用状态下可实时判断存在的一致性问题，及时预警。无需额外传感器设置，节约电池管理成本。可以发现车辆的一致性短板，对车载电池的健康、安全使用具有重要的意
附图说明
图1是基于压差分析的电池一致性监控方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
参见图1所示，本发明公开的基于压差分析的电池一致性监控方法，步骤包括：
S1：采集车辆电池单体数据，具体包括以下步骤：
采集全生命周期车辆信号数据；其中，信号数据包括车架号、单体电压、单体编号、SOC、电流。
S2：电池单体数据预处理，具体包括以下步骤：
S21：对采集到的电池单体电压数据进行数据清洗，去除空值、超出正常区间、重复、冗余等异常数据；
S22：按照时间顺序，将S2-1处理后的数据进行升序排序。
S3：电池单体数据工况划分，具体包括以下步骤：
S3-1：读入经步骤S-2处理的数据，提取车辆的充电工况数据，去除行驶工况数据；
S3-2：根据用充电模式将充电数据划分为快充工况和慢充工况，其中家充和交流充电数据标记为慢充，直流充电桩充电数据标记为快充；
S3-3：根据电池包SOC将快充工况数据标记为不同电压区间，其中SOC<N1为低电压区间
Figure BDA0003448284640000071
N2≤SOC≤N3为中电压区间
Figure BDA0003448284640000072
N4≤SOC为高电压区间
Figure BDA0003448284640000073
其中f为快充工况编号。
S3-4：根据电池包SOC将慢充工况数据标记为不同电压区间，其中SOC<N1为低电压区间
Figure BDA0003448284640000074
N2≤SOC≤N3为中电压区间
Figure BDA0003448284640000075
N4≤SOC为高电压区间
Figure BDA0003448284640000076
其中s为慢充工况编号。
S3-5：提取有效快充工况和有效慢充工况数据；步骤S3-5中有效快充工况和有效慢充工况判断的具体步骤如下：
S3-5-1：第f个快充工况中，若低电压区间
Figure BDA0003448284640000077
内数据帧数大于M，高电压区间
Figure BDA0003448284640000078
内数据帧数大于M，则该次快充工况为有效快充工况，工况号记为F。
S3-5-2：第s个快充工况中，若低电压区间
Figure BDA0003448284640000079
内数据帧数大于M，高电压区间
Figure BDA00034482846400000710
内数据帧数大于M，则该次慢充工况为有效快充工况，工况号记为S。
S4：电池单体压差提取，具体包括以下步骤：
S4-1：读入经过步骤S-3处理后的电池单体电压数据；
S4-2：对每一时刻的单体电压进行压差计算：
Figure BDA00034482846400000711
其中ΔVi t为电池单体i在t时刻的压差，Vi t为电池单体i在t时刻的电压值，
Figure BDA00034482846400000712
为车辆所有电池单体在t时刻的电压中位数，压差计算按车辆进行。
S5：电池一致性异常条件判断，具体包括以下步骤：
S5-1：分别计算每个单体在第F个有效快充工况低电压区间
Figure BDA0003448284640000081
的压差平均值：
Figure BDA0003448284640000082
其中，
Figure BDA0003448284640000083
为电池单体i在低电压区间压差的平均值，F为最近一次有效快充工况。
S5-2：分别计算每个单体在第S个有效快充工况低电压区间
Figure BDA0003448284640000084
中电压区间
Figure BDA0003448284640000085
高电压区间
Figure BDA0003448284640000086
的压差平均值：
Figure BDA0003448284640000087
Figure BDA0003448284640000088
Figure BDA0003448284640000089
其中，
Figure BDA00034482846400000810
分别为电池单体i在低电压区间、中电压区间、高电压区间压差的平均值，S为最近一次有效慢充工况。
S5-3：计算电池单体i当前快充工况的内阻一致性差异：
Figure BDA00034482846400000811
其中
Figure BDA00034482846400000812
为电池单体i在当前快充工况时的内阻一致性差异，
Figure BDA00034482846400000813
为首次有效快充工况单体i在低电压区间压差的平均值，
Figure BDA00034482846400000814
为首次有效慢充工况单体i在低电压区间压差的平均值。
S5-4：计算电池单体i当前慢充工况的容量一致性差异：
Figure BDA00034482846400000815
其中
Figure BDA00034482846400000816
为当前有效慢充工况电池单体i的容量一致性差异，
Figure BDA00034482846400000817
为首次有效慢充工况电池单体i在低电压区间压差的平均值，
Figure BDA00034482846400000818
为首次有效慢充工况电池单体i高电压区间压差的平均值。
S5-5：计算电池单体i在当前有效慢充工况的SOC一致性差异：
Figure BDA0003448284640000091
其中
Figure BDA0003448284640000092
为当前有效慢充工况电池单体i的SOC一致性差异，
Figure BDA0003448284640000093
为首次有效慢充工况单体i在中电压区压差的平均值。
S5-6：电池单体一致性异常判断，若
Figure BDA0003448284640000094
大于电池一致性差异阈值Q，则判断电池单体i的内阻、容量、SOC一致性严重异常。
S6：发现一致性严重异常的电芯并报警
参数优选值：N1＝20,N2＝60,N3＝80,N4＝90，M＝20，Q＝0.5。
本发明公开的基于压差分析的电池一致性监控系统，包括存储器和控制器，所述存储器内有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时，能执行所述压差分析的电池一致性监控的步骤。存储器可以是随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
本发明公开了一种车辆，装配有基于压差分析的电池一致性监控系统。
同时，以上对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，但并不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。另外，在这里示出所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

Claims (10)

1.基于压差分析的电池一致性监控方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1：采集车辆电池单体数据；
S2：电池单体数据预处理；
S3：电池单体数据工况划分；
S4：电池单体压差提取；
S5：电池一致性异常条件判断，具体为：
计算电池单体i当前快充工况内阻
Figure FDA0003448284630000011
电池单体i当前慢充工况容量
Figure FDA0003448284630000012
以及电池单体i在当前有效慢充工况荷电状态
Figure FDA0003448284630000013
若
Figure FDA0003448284630000014
和
Figure FDA0003448284630000015
之一大于电池一致性差异阈值Q，则判断电池单体i一致性异常；
S6：发现一致性异常的电芯并报警。
2.如权利要求1所述的基于压差分析的电池一致性监控方法，其特征在于：所述步骤S5包括如下步骤：
S5-1：分别计算每个单体在第F个有效快充工况低电压区间
Figure FDA0003448284630000016
的压差平均值：
Figure FDA0003448284630000017
其中，
Figure FDA0003448284630000018
为电池单体i在低电压区间压差的平均值，F为最近一次有效快充工况；
S5-2：分别计算每个单体在第S个有效快充工况低电压区间
Figure FDA0003448284630000019
中电压区间
Figure FDA00034482846300000110
高电压区间
Figure FDA00034482846300000111
的压差平均值：
Figure FDA00034482846300000112
Figure FDA00034482846300000113
Figure FDA0003448284630000021
其中，
Figure FDA0003448284630000022
分别为电池单体i在低电压区间、中电压区间、高电压区间压差的平均值，S为最近一次有效慢充工况。
S5-3：计算电池单体i当前快充工况的内阻一致性差异：
Figure FDA0003448284630000023
其中
Figure FDA0003448284630000024
为电池单体i在当前快充工况时的内阻一致性差异，
Figure FDA0003448284630000025
为首次有效快充工况单体i在低电压区间压差的平均值，
Figure FDA0003448284630000026
为首次有效慢充工况单体i在低电压区间压差的平均值。
S5-4：计算电池单体i当前慢充工况的容量一致性差异：
Figure FDA0003448284630000027
其中
Figure FDA0003448284630000028
为当前有效慢充工况电池单体i的容量一致性差异，
Figure FDA0003448284630000029
为首次有效慢充工况电池单体i在低电压区间压差的平均值，
Figure FDA00034482846300000210
为首次有效慢充工况电池单体i高电压区间压差的平均值。
S5-5：计算电池单体i在当前有效慢充工况SOC一致性差异：
Figure FDA00034482846300000211
其中
Figure FDA00034482846300000212
为当前有效慢充工况电池单体i的SOC一致性差异，
Figure FDA00034482846300000213
为首次有效慢充工况单体i在中电压区压差的平均值。
S5-6：电池单体一致性异常判断，若
Figure FDA00034482846300000214
之一大于电池一致性差异阈值Q，则判断电池单体i的当前快充工况内阻
Figure FDA00034482846300000215
当前慢充工况容量
Figure FDA00034482846300000216
当前有效慢充工况荷电状态
Figure FDA00034482846300000217
一致性异常。
3.如权利要求2所述的基于压差分析的电池一致性监控方法，其特征在于：所述步骤S1还包括：采集全生命周期车辆信号数据；其中，信号数据包括车架号、单体电压、单体编号、SOC和电流。
4.如权利要求3所述的基于压差分析的电池一致性监控方法，其特征在于：所述步骤S2包括如下步骤：
S2-1：对采集到的电池单体电压数据进行数据清洗，去除空值、超出正常区间、重复、冗余等异常数据；
S2-2：按照时间顺序，将S2-1处理后的数据进行升序排序。
5.如权利要求4所述的基于压差分析的电池一致性监控方法，其特征在于：所述步骤S3包括如下步骤：
S3-1：读入经步骤S-2处理的数据，提取车辆的充电工况数据，去除行驶工况数据；
S3-2：根据用充电模式将充电数据划分为快充工况和慢充工况；
S3-3：根据电池包SOC将快充工况数据标记为不同电压区间，其中SOC<N1为低电压区间
Figure FDA0003448284630000031
N2≤SOC≤N3为中电压区间
Figure FDA0003448284630000032
N4≤SOC为高电压区间
Figure FDA0003448284630000033
其中f为快充工况编号；
S3-4：根据电池包SOC将慢充工况数据标记为不同电压区间，其中SOC<N1为低电压区间
Figure FDA0003448284630000034
N2≤SOC≤N3为中电压区间
Figure FDA0003448284630000035
N4≤SOC为高电压区间
Figure FDA0003448284630000036
其中s为慢充工况编号；
S3-5：提取有效快充工况和有效慢充工况数据。
6.如权利要求5所述的基于压差分析的电池一致性监控方法，其特征在于：所述步骤S3-5中有效快充工况和有效慢充工况判断的具体步骤如下，
S3-5-1：第f个快充工况中，若低电压区间
Figure FDA0003448284630000037
内数据帧数大于M，高电压区间
Figure FDA0003448284630000038
内数据帧数大于M，则该次快充工况为有效快充工况，工况号记为F；
S3-5-2：第s个快充工况中，若低电压区间
Figure FDA0003448284630000041
内数据帧数大于M，高电压区间
Figure FDA0003448284630000042
内数据帧数大于M，则该次慢充工况为有效快充工况，工况号记为S。
7.如权利要求5所述的基于压差分析的电池一致性监控方法，其特征在于：所述步骤S4包括如下步骤：
S4-1：读入经过步骤S-3处理后的电池单体电压数据；
S4-2：对每一时刻的单体电压进行压差计算：
Figure FDA0003448284630000043
其中
Figure FDA0003448284630000044
为电池单体i在t时刻的压差，
Figure FDA0003448284630000045
为电池单体i在t时刻的电压值，
Figure FDA0003448284630000046
为车辆所有电池单体在t时刻的电压中位数，压差计算按车辆进行。
8.如权利要求7所述的基于压差分析的电池一致性监控方法，其特征在于：5≤N1≤35,30≤N2≤50,60≤N3≤80,70≤N4≤100；5≤M；0.2≤Q≤0.6。
9.基于压差分析的电池一致性监控系统，其特征在于：包括存储器和控制器，所述存储器内有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时，能执行所述压差分析的电池一致性监控的步骤。
10.一种车辆，其特征在于：装配有权利要求9所述基于压差分析的电池一致性监控系统。
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