CN114910812A - 筛选电池组中不一致电芯的方法 - Google Patents

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钱磊
朱卓敏
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明涉及一种筛选电池组中不一致电芯的方法，用于由n个电芯构成的电池组中筛选出不一致的电芯，筛选电池组中不一致电芯的方法包括以下步骤：步骤1：计算电池包中各个电芯的不一致性系数，将各个不一致性系数构成系数集合R；步骤2：利用至少两种离群分析方法分别对系数集合R进行离群分析，得到对应的至少两个离群集合Q j ；步骤3：计算各个离群集合Q j 的交集P，则交集P中元素对应的电芯为筛选出的不一致的电芯。步骤2中，离群分析方法包括离群因子检测方法、Z‑score方法，平均值+3δ方法，箱型分析方法，One‑Class SVM方法，Robust协方差估计方法中的多种。本发明可以较为精确地筛选出电池组中一致性最差的电芯，降低筛选错误的概率。

Description

筛选电池组中不一致电芯的方法
技术领域
本发明属于动力电池监测、评估技术领域，具体涉及一种筛选电池组中不一致电芯的方法。
背景技术
动力电池成组后的单体不一致性问题不可避免。主要体现在电池组性能、寿命和安全性等方面。电池组中不一致性比较差的电芯，严重危及了电池组安全。
目前业内比较主流的判断电池不一致性的方法，只能了解电池的大致的整体的不一致性，而无法精确到每一个电芯的不一致性。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以准确对电池组进行筛选，选出一致性最差电芯的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种筛选电池组中不一致电芯的方法，用于由n个电芯构成的电池组中筛选出不一致的电芯，所述筛选电池组中不一致电芯的方法包括以下步骤：
步骤1：计算所述电池包中各个所述电芯的不一致性系数，将各个所述不一致性系数构成系数集合R；
步骤2：利用至少两种离群分析方法分别对所述系数集合R进行离群分析，得到对应的至少两个离群集合Qj；
步骤3：计算各个所述离群集合Qj的交集P，则交集P中元素对应的电芯为筛选出的不一致的电芯。
所述步骤2中，所述离群分析方法包括离群因子检测方法、Z-score方法，平均值+3δ方法，箱型分析方法，One-Class SVM方法，Robust协方差估计方法中的多种。
所述步骤3中，若所述交集P为空集，则全部所述电芯均正常。
所述步骤1中，通过以下子步骤计算所述电池包中各个所述电芯的不一致性系数：
子步骤1-1：从所述电池组的使用数据中截取所述电池组的充电数据；
子步骤1-2：由所述电池组的充电数据中获取各个所述电芯的电压随时间变化的序列；
子步骤1-3：利用各个所述电芯的电压随时间变化的序列计算任意两个所述电芯的相似程度系数；
子步骤1-4：利用任意两个所述电芯的相似程度系数分别计算各个所述电芯的一致性系数；
子步骤1-5：利用各个所述电芯的一致性系数计算各个所述电芯的不一致性系数。
所述子步骤1-1中，对不同所述电池组的充电数据进行截取时的起始SOC和截止SOC保持一致。
所述起始SOC取20％，所述截止SOC取80％。
所述子步骤1-2中，所述电芯的电压随时间变化的序列为
Figure BDA0003610234480000021
所述电芯的电压随时间变化的序列的长度m由所截取的所述充电数据的长度确定。
所述子步骤1-3中，使用皮尔森系数表示任意两个所述电芯的相似程度系数，则第i个所述电芯与第j个所述电芯的相似程度系数为：
Figure BDA0003610234480000022
其中，
Figure BDA0003610234480000023
为第i个所述电芯的电压随时间变化的序列为
Figure BDA0003610234480000024
的平均数，
Figure BDA0003610234480000025
第j个所述电芯的电压随时间变化的序列为
Figure BDA0003610234480000026
的平均数，i≠j。
所述步骤1-4中，计算第i个所述电芯的一致性系数Ci的方法为：
Figure BDA0003610234480000027
所述子步骤1-5中，计算第i个所述电芯的不一致性系数NCi的方法为：
NCi＝1-Ci。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明可以较为精确地筛选出电池组中一致性最差的电芯，降低筛选错误的概率。
附图说明
附图1为电池包的等效电路图。
附图2为本发明的筛选电池组中不一致电芯的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：对于电池包来说，电芯之间的不一致性，主要来自于两个方面，一是电芯自身参数的不一致性，如容量不一致、内阻不一致、自放电率不一致等；二是电芯状态的不一致性，主要就是电荷状态不一致。以上所有的不一致，都会导致电池端电压的不一致。附图1展示了电池的等效电路图，可见，等效电路图中，任何元器件的参数改变，都会反映到端电压上。
如附图2所示，一种用于由n(n为正整数)个电芯构成的电池组中筛选出不一致的电芯的筛选电池组中不一致电芯的方法，其包括以下步骤：
步骤1：计算电池包中各个电芯的不一致性系数，将各个不一致性系数构成系数集合R。
该步骤1中，通过以下子步骤计算电池包中各个电芯的不一致性系数：
子步骤1-1：从待评估的电池组的使用数据中截取电池组的充电数据。在同一评估体系下，对不同电池包的充电数据进行截取时的起始SOC和截止SOC保持一致。例如，起始SOC取20％，截止SOC取80％。
子步骤1-2：由电池组的充电数据中获取各个电芯的电压随时间变化的序列。第n个电芯的电压随时间变化的序列为
Figure BDA0003610234480000031
电芯的电压随时间变化的序列的长度m由所截取的充电数据的长度确定。
子步骤1-3：利用各个电芯的电压随时间变化的序列计算任意两个电芯的相似程度系数。该步骤中，使用皮尔森系数表示任意两个电芯的相似程度系数，则第i(i∈[1,n])个电芯与第j(j∈[1,n])个电芯的相似程度系数为：
Figure BDA0003610234480000032
其中，
Figure BDA0003610234480000033
为第i个电芯的电压随时间变化的序列为
Figure BDA0003610234480000034
的平均数，
Figure BDA0003610234480000035
第j个电芯的电压随时间变化的序列为
Figure BDA0003610234480000036
的平均数，i≠j。
子步骤1-4：利用任意两个电芯的相似程度系数分别计算各个电芯的一致性系数。计算第i个电芯的一致性系数Ci的方法为：
Figure BDA0003610234480000037
也就是说，对于每个电芯，其与其他电芯的相似程度系数的平均值，即为该电芯与其他电芯的一致程度。
子步骤1-5：利用各个电芯的一致性系数计算各个电芯的不一致性系数。计算第i个电芯的不一致性系数NCi的方法为：
NCi＝1-Ci
步骤2：利用至少两种离群分析方法分别对系数集合R进行离群分析，得到对应的至少两个离群集合Qj。这里采用的离群分析方法包括离群因子检测方法(离群因子检测算法)、Z-score方法，平均值+3δ方法，箱型分析方法，One-Class SVM方法，Robust协方差估计方法中的多种。
步骤3：计算各个离群集合Qj的交集P，即设采用的第一个离群方法为第a个方法，最后一个离群方法为第b个方法，集合
Figure BDA0003610234480000041
则交集P中元素对应的电芯为筛选出的不一致的电芯。若交集P为空集，则全部电芯均正常。
上述方案采用多离群算法融合的方式可以减少错误预警的概率，只有所有的算法得出离群结论，才是真正的离群。通过该方案可以精确得到每一个电芯的不一致性，筛选出电芯中不一致性最强的电芯。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种筛选电池组中不一致电芯的方法，用于由n个电芯构成的电池组中筛选出不一致的电芯，其特征在于：所述筛选电池组中不一致电芯的方法包括以下步骤：
步骤1：计算所述电池包中各个所述电芯的不一致性系数，将各个所述不一致性系数构成系数集合R；
步骤2：利用至少两种离群分析方法分别对所述系数集合R进行离群分析，得到对应的至少两个离群集合Qj；
步骤3：计算各个所述离群集合Qj的交集P，则交集P中元素对应的电芯为筛选出的不一致的电芯。
2.根据权利要求1所述的筛选电池组中不一致电芯的方法，其特征在于：所述步骤2中，所述离群分析方法包括离群因子检测方法、Z-score方法，平均值+3δ方法，箱型分析方法，One-Class SVM方法，Robust协方差估计方法中的多种。
3.根据权利要求1所述的筛选电池组中不一致电芯的方法，其特征在于：所述步骤3中，若所述交集P为空集，则全部所述电芯均正常。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的筛选电池组中不一致电芯的方法，其特征在于：所述步骤1中，通过以下子步骤计算所述电池包中各个所述电芯的不一致性系数：
子步骤1-1：从所述电池组的使用数据中截取所述电池组的充电数据；
子步骤1-2：由所述电池组的充电数据中获取各个所述电芯的电压随时间变化的序列；
子步骤1-3：利用各个所述电芯的电压随时间变化的序列计算任意两个所述电芯的相似程度系数；
子步骤1-4：利用任意两个所述电芯的相似程度系数分别计算各个所述电芯的一致性系数；
子步骤1-5：利用各个所述电芯的一致性系数计算各个所述电芯的不一致性系数。
5.根据权利要求4所述的筛选电池组中不一致电芯的方法，其特征在于：所述子步骤1-1中，对不同所述电池组的充电数据进行截取时的起始SOC和截止SOC保持一致。
6.根据权利要求5所述的筛选电池组中不一致电芯的方法，其特征在于：所述起始SOC取20％，所述截止SOC取80％。
7.根据权利要求4所述的筛选电池组中不一致电芯的方法，其特征在于：所述子步骤1-2中，所述电芯的电压随时间变化的序列为
Figure FDA0003610234470000011
所述电芯的电压随时间变化的序列的长度m由所截取的所述充电数据的长度确定。
8.根据权利要求4所述的筛选电池组中不一致电芯的方法，其特征在于：所述子步骤1-3中，使用皮尔森系数表示任意两个所述电芯的相似程度系数，则第i个所述电芯与第j个所述电芯的相似程度系数为：
Figure FDA0003610234470000021
其中，
Figure FDA0003610234470000022
为第i个所述电芯的电压随时间变化的序列为
Figure FDA0003610234470000023
的平均数，
Figure FDA0003610234470000024
第j个所述电芯的电压随时间变化的序列为
Figure FDA0003610234470000025
的平均数，i≠j。
9.根据权利要求8所述的筛选电池组中不一致电芯的方法，其特征在于：所述步骤1-4中，计算第i个所述电芯的一致性系数Ci的方法为：
Figure FDA0003610234470000026
10.根据权利要求9所述的筛选电池组中不一致电芯的方法，其特征在于：所述子步骤1-5中，计算第i个所述电芯的不一致性系数NCi的方法为：
NCi＝1-Ci。
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