CN115542176A - 电池模组中电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端 - Google Patents

电池模组中电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端 Download PDF

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CN115542176A CN202211229712.1A CN202211229712A CN115542176A CN 115542176 A CN115542176 A CN 115542176A CN 202211229712 A CN202211229712 A CN 202211229712A CN 115542176 A CN115542176 A CN 115542176A
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严晓
赵恩海
顾单飞
周国鹏
任浩雯
宋伟
王得成
冯媛
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Abstract

本发明提供一种电池模组中电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端，包括以下步骤：获取预设时间内电池模组中各个电芯的电压数据；对所述电压数据进行预处理，获取有效电压数据；提取所述有效电压数据在预设时间窗口内的区段电压数据；计算所述区段电压数据的中位值/平均值；计算所述预设时间窗口内每个电芯的电压数据与所述中位值/平均值的离散统计值；基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性。本发明的电池模组中电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端基于电池模组内各个电芯的电压数据实现电芯一致性监测，有效提升了电池模组运行的安全性和经济性。

Description

电池模组中电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端
技术领域
本发明涉及电池模组的技术领域，特别是涉及一种电池模组中电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端。
背景技术
在储能技术的飞速发展过程中，储能安全始终是热点问题。如何保障储能电站内所使用的储能电池的安全显得尤为重要。为了保证电池的安全，需要在电池的运行过程中，将一些表现不好、一致性差异较大的电池筛选出来，同时对不一致性程度进行一个划分。在日常巡检中，对这部分的电池加强运维，并配合对应的运维措施，实现对电池运行状况的密切关注，从而避免可能会发生燃烧、爆炸等风险。
不同的生产厂家，不同的制造工艺，会造成电池出现不一致性现象。电池的日常使用过程中会加大不一致现象。由于木桶效应，短板的电池对整个电池模组的影响会越来越大。如果能在电池的日常运行过程中及时找出有问题的电池，尽早地防范风险，则可以对整个电池模组的安全运行保驾护航。然而，现有的电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)的内部策略只能对电池模组的过充电(过压)和过放电(欠压)进行管理和维护告警，无法对电池模组内部的不一致现象进行预警。因此，如何实现电池模组内部电芯不一致性的提前预警成为当前的热点课题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电池模组中电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端，基于电池模组内各个电芯的电压数据实现电芯一致性监测，有效提升了电池模组运行的安全性和经济性。
第一方面，本发明提供一种电池模组中电压一致性监测方法，包括以下步骤：获取预设时间内电池模组中各个电芯的电压数据；对所述电压数据进行预处理，获取有效电压数据；提取所述有效电压数据在预设时间窗口内的区段电压数据；计算所述区段电压数据的中位值/平均值；计算所述预设时间窗口内每个电芯的电压数据与所述中位值/平均值的离散统计值；基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性。
在第一方面的一种实现方式中，对所述电压数据进行预处理包括以下步骤：
删除所述电芯的电压数据中的异常值；
删除所述电芯的电压数据中的重复值；
删除所述电芯的电压数据中的缺失值。
在第一方面的一种实现方式中，所述预设时间窗口不大于所述预设时间。
在第一方面的一种实现方式中，所述离散统计值采用方差或标准差。
在第一方面的一种实现方式中，基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性包括以下步骤：
当所述离散统计值小于等于离散基准值时，判断所述电芯工作正常；
当所述离散统计值大于所述离散基准值时，判断所述电芯出现电压不一致性现象。
在第一方面的一种实现方式中，还包括：当判断所述电芯出现电压不一致性现象时，根据所述离散统计值与所述离散基准值的关系，确定所述电芯的电压不一致性状态。
在第一方面的一种实现方式中，根据所述离散统计值与所述离散基准值的关系，确定所述电芯的电压不一致性状态包括以下步骤：
当所述离散统计值大于所述离散基准值且小于等于所述离散基准值的2倍时，判断所述电芯开始出现电压不一致性现象；
当所述离散统计值大于所述离散基准值的2倍且小于等于所述离散基准值的3倍时，判断所述电芯的电压一致性较差；
当所述离散统计值大于所述离散基准值的3倍时，判断所述电芯的电压一致性很差。
第二方面，本发明提供一种电池模组中电压一致性监测系统，包括获取模块、预处理模块、提取模块、第一计算模块、第二计算模块和判断模块；
所述获取模块用于获取预设时间内电池模组中各个电芯的电压数据；
所述预处理模块用于对所述电压数据进行预处理，获取有效电压数据；
所述提取模块用于提取所述有效电压数据在预设时间窗口内的区段电压数据；
所述第一计算模块用于计算所述区段电压数据的中位值/平均值；
所述第二计算模块用于计算所述预设时间窗口内每个电芯的电压数据与所述中位值/平均值的离散统计值；
所述判断模块用于基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性。
第三方面，本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的电池模组中电压一致性监测方法。
第四方面，本发明提供一种电池模组中电压一致性监测终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电池模组中电压一致性监测终端执行上述的电池模组中电压一致性监测方法。
如上所述，本发明的电池模组中电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端，具有以下有益效果：
(1)基于电池模组内各个电芯的电压数据实现电芯一致性监测，能够提前预警可能出现的故障；
(2)能够更快地定位可能出现问题的电芯，有效提升了电池模组运行的安全性和经济性；
(3)可基于实时电压数据或历史电压数据实现电池的一致性监测，适用各种不同型号、不同厂家、不同工况下的电池，应用范围广。
附图说明
图1显示为本发明的电池模组中电压一致性监测方法于一实施例中的流程图；
图2显示为正常充电的电芯于一实施例中的电压随时间变化示意图；
图3显示为异常充电的电芯于一实施例中的电压随时间变化示意图；
图4显示为正常充电的电芯于一实施例中在预设时间窗口下得到的方差随时间变化示意图；
图5显示为异常充电的电芯于一实施例中在预设时间窗口下得到的方差随时间变化示意图；
图6显示为本发明的电池模组中电压一致性监测系统于一实施例中的结构示意图；
图7显示为本发明的电池模组中电压一致性监测终端于一实施例中的结构示意图。
元件标号说明
61 获取模块
62 预处理模块
63 提取模块
64 第一计算模块
65 第二计算模块
66 判断模块
71 处理器
72 存储器
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的电池模组中电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端通过计算电压在滑动的预设时间窗口下的方差或标准差来判断电池模组内部是否出现故障，能够比电池管理系统更快地预警电池内部的不一致性现象，并实现故障电芯的精准定位，从而有效提升了电池模组运行的安全性和经济性。
在本发明中，每个储能电站包含有多个电池模组。其中，当多个电芯被同一个外壳框架封装在一起，通过统一的边界与外部进行联系时，就组成了一个电池模组。因此，本发明的电池模组包括多个电芯。
如图1所示，于一实施例中，本发明的电池模组中电压一致性监测方法包括以下步骤：
步骤S1、获取预设时间内电池模组中各个电芯的电压数据。
具体地，在预设时间内，获取电池模组中各个电芯在每个电压采集时刻采集的电压数据。所述预设时间可以是历史时间，也可以是实时时间。因此，所述电压数据可以是历史数据，也可以是实时数据。
步骤S2、对所述电压数据进行预处理，获取有效电压数据。
具体地，为了保证所述电压数据的有效性和可用性，需对所述电压数据进行预处理。优选地，在进行预处理时，对所述电压数据中的异常值、重复值、缺失值等进行删除，保留有效电压数据。
步骤S3、提取所述有效电压数据在预设时间窗口内的区段电压数据。
具体地，为了使得样本更加有代表性，减小误差，本发明设置一预设时间窗口。其中，根据电芯电压的一致性监测需求，来设置所述预设时间窗口的大小。所述预设时间窗口可小于所述预设时间，也可以等于所述预设时间。
在所述预设时间窗口，提取各个电芯的有效电压数据，从而组成所述区段电压数据。
步骤S4、计算所述区段电压数据的中位值/平均值。
具体地，中位值/平均值是指将所给的一组数从小到大或从大到小排列，奇数个数的话取中间的数字，偶数个数的话取中间两个数的平均数。其中，所述中位值的效果优于所述平均值。这是因为：第一,(1)由于电池模组内电芯的个数通常都是偶数，计算平均值的话可能会存在多保留一个小数的情况；(2)平均数会均衡掉数据的不一致性现象，中位数更能反应数据的整体情况。
步骤S5、计算所述预设时间窗口内每个电芯的电压数据与所述中位值/平均值的离散统计值。
具体地，针对每个电芯，在预设时间窗口内计算其电压数据与所述中位值/平均值的离散统计值，如方差或标准差。
其中，方差是在概率论和统计方差衡量随机变量或一组数据时离散程度的度量。概率论中方差用来度量随机变量和其数学期望(即均值)之间的偏离程度。统计中的方差(样本方差)是每个样本值与全体样本值的平均数之差的平方值的平均数。在发明中，方差是每个电压数据与中位值/平均值之差的平方值的平均数。标准差是方差的算术平方根，能反映一个数据集的离散程度。
步骤S6、基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性。
具体地，根据所述离散统计值即可判断电池模组中是否有电池出现了电压不一致性。如图2和图3所示，电芯在正常充电和异常充电时的电压曲线是不同的。相应地，如图4和图5所示，电芯在正常充电和异常充电时计算得到的方差曲线也是不同的。因此，根据所述方差即可判断所述电芯是否出现电压不一致性。由于异常电芯的电压与正常电芯的电压的差值较小，故很难通过电压的差值来来确定电池模组内部不一致现象的程度。但是本发明计算得到的方差或标准差呈现几倍甚至几十倍的倍数关系，从而可以很轻易地确定阈值，也可以很明确地对异常电芯进行区分，甚至轻易地对电芯的不一致现象的程度进行划分。
于一实施例中，基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性包括以下步骤：
61)当所述离散统计值小于等于离散基准值时，判断所述电芯工作正常。
其中，基于正常电芯统计得到电压数据与中位值/平均值的离散基准值。将计算得到的离散统计值与所述离散基准值进行比较。若所述离散统计值小于等于离散基准值，则判断所述电芯工作正常。
62)当所述离散统计值大于所述离散基准值时，判断所述电芯出现电压不一致性现象。
其中，当所述离散统计值大于所述离散基准值时，判断所述电芯出现电压不一致性现象。同时，根据所述离散统计值与所述离散基准值的关系，还可以确定所述电芯的电压不一致性状态，即对所述电压的不一致性进行分等级判断。具体地，当所述离散统计值大于所述离散基准值且小于等于所述离散基准值的2倍时，判断所述电芯开始出现电压不一致性现象；
当所述离散统计值大于所述离散基准值的2倍且小于等于所述离散基准值的3倍时，判断所述电芯的电压一致性较差；当所述离散统计值大于所述离散基准值的3倍时，判断所述电芯的电压一致性很差。
如图6所示，于一实施例中，本发明的电池模组中电压一致性监测系统包括获取模块61、预处理模块62、提取模块63、第一计算模块64、第二计算模块65和判断模块66。
所述获取模块61用于获取预设时间内电池模组中各个电芯的电压数据。
具体地，在预设时间内，获取电池模组中各个电芯在每个电压采集时刻采集的电压数据。所述预设时间可以是历史时间，也可以是实时时间。因此，所述电压数据可以是历史数据，也可以是实时数据。
所述预处理模块62与所述获取模块61相连，用于对所述电压数据进行预处理，获取有效电压数据。
具体地，为了保证所述电压数据的有效性和可用性，需对所述电压数据进行预处理。优选地，在进行预处理时，对所述电压数据中的异常值、重复值、缺失值等进行删除，保留有效电压数据。
所述提取模块63与所述预处理模块62相连，用于提取所述有效电压数据在预设时间窗口内的区段电压数据。
具体地，为了使得样本更加有代表性，减小误差，本发明设置一预设时间窗口。其中，根据电芯电压的一致性监测需求，来设置所述预设时间窗口的大小。所述预设时间窗口可小于所述预设时间，也可以等于所述预设时间。
在所述预设时间窗口，提取各个电芯的有效电压数据，从而组成所述区段电压数据。
所述第一计算模块64与所述提取模块63相连，用于计算所述区段电压数据的中位值/平均值。
具体地，中位值/平均值是指将所给的一组数从小到大或从大到小排列，奇数个数的话取中间的数字，偶数个数的话取中间两个数的平均数。其中，所述中位值的效果优于所述平均值。这是因为：第一,(1)由于电池模组内电芯的个数通常都是偶数，计算平均值的话可能会存在多保留一个小数的情况；(2)平均数会均衡掉数据的不一致性现象，中位数更能反应数据的整体情况。
所述第二计算模块65所述第一计算模块64相连，与用于计算所述预设时间窗口内每个电芯的电压数据与所述中位值/平均值的离散统计值。
具体地，针对每个电芯，在预设时间窗口内计算其电压数据与所述中位值/平均值的离散统计值，如方差或标准差。
其中，方差是在概率论和统计方差衡量随机变量或一组数据时离散程度的度量。概率论中方差用来度量随机变量和其数学期望(即均值)之间的偏离程度。统计中的方差(样本方差)是每个样本值与全体样本值的平均数之差的平方值的平均数。在发明中，方差是每个电压数据与中位值/平均值之差的平方值的平均数。标准差是方差的算术平方根，能反映一个数据集的离散程度。
所述判断模块66与所述第二计算模块65相连，用于基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性。
具体地，根据所述离散统计值即可判断电池模组中是否有电池出现了电压不一致性。如图2和图3所示，电芯在正常充电和异常充电时的电压曲线是不同的。相应地，如图4和图5所示，电芯在正常充电和异常充电时计算得到的方差曲线也是不同的。因此，根据所述方差即可判断所述电芯是否出现电压不一致性。由于异常电芯的电压与正常电芯的电压的差值较小，故很难通过电压的差值来来确定电池模组内部不一致现象的程度。但是本发明计算得到的方差或标准差呈现几倍甚至几十倍的倍数关系，从而可以很轻易地确定阈值，也可以很明确地对异常电芯进行区分，甚至轻易地对电芯的不一致现象的程度进行划分。
于一实施例中，基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性包括以下步骤：
61)当所述离散统计值小于等于离散基准值时，判断所述电芯工作正常。
其中，基于正常电芯统计得到电压数据与中位值/平均值的离散基准值。将计算得到的离散统计值与所述离散基准值进行比较。若所述离散统计值小于等于离散基准值，则判断所述电芯工作正常。
62)当所述离散统计值大于所述离散基准值时，判断所述电芯出现电压不一致性现象。
其中，当所述离散统计值大于所述离散基准值时，判断所述电芯出现电压不一致性现象。同时，根据所述离散统计值与所述离散基准值的关系，还可以确定所述电芯的电压不一致性状态，即对所述电压的不一致性进行分等级判断。具体地，当所述离散统计值大于所述离散基准值且小于等于所述离散基准值的2倍时，判断所述电芯开始出现电压不一致性现象；
当所述离散统计值大于所述离散基准值的2倍且小于等于所述离散基准值的3倍时，判断所述电芯的电压一致性较差；当所述离散统计值大于所述离散基准值的3倍时，判断所述电芯的电压一致性很差。
需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如：x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现。此外，x模块也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，一个或多个微处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。这些模块可以集成在一起，以片上系统(System-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
本发明的存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的电池模组中电压一致性监测方法。优选地，所述存储介质包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
如图7所示，于一实施例中，本发明的电池模组中电压一致性监测终端包括：处理器71和存储器72。
所述存储器72用于存储计算机程序。所述存储器72包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
所述处理器71与所述存储器72相连，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电池模组中电压一致性监测终端执行上述的电池模组中电压一致性监测方法。
优选地，所述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
综上所述，本发明的电池模组中电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端基于电池模组内各个电芯的电压数据实现电芯一致性监测，能够提前预警电池可能出现的故障；能够更快地定位可能出现问题的电芯，有效提升了电池模组运行的安全性和经济性；可基于实时电压数据或历史电压数据实现电池的一致性监测，适用各种不同型号、不同厂家、不同工况下的电池，应用范围广。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电池模组中电压一致性监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取预设时间内电池模组中各个电芯的电压数据；
对所述电压数据进行预处理，获取有效电压数据；
提取所述有效电压数据在预设时间窗口内的区段电压数据；
计算所述区段电压数据的中位值/平均值；
计算所述预设时间窗口内每个电芯的电压数据与所述中位值/平均值的离散统计值；基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性。
2.根据权利要求1所述的电池模组中电压一致性监测方法，其特征在于：对所述电压数据进行预处理包括以下步骤：
删除所述电芯的电压数据中的异常值；
删除所述电芯的电压数据中的重复值；
删除所述电芯的电压数据中的缺失值。
3.根据权利要求1所述的电池模组中电压一致性监测方法，其特征在于：所述预设时间窗口不大于所述预设时间。
4.根据权利要求1所述的电池模组中电压一致性监测方法，其特征在于：所述离散统计值采用方差或标准差。
5.根据权利要求1所述的电池模组中电压一致性监测方法，其特征在于：基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性包括以下步骤：
当所述离散统计值小于等于离散基准值时，判断所述电芯工作正常；
当所述离散统计值大于所述离散基准值时，判断所述电芯出现电压不一致性现象。
6.根据权利要求5所述的电池模组中电压一致性监测方法，其特征在于：还包括：当判断所述电芯出现电压不一致性现象时，根据所述离散统计值与所述离散基准值的关系，确定所述电芯的电压不一致性状态。
7.根据权利要求6所述的电池模组中电压一致性监测方法，其特征在于：根据所述离散统计值与所述离散基准值的关系，确定所述电芯的电压不一致性状态包括以下步骤：
当所述离散统计值大于所述离散基准值且小于等于所述离散基准值的2倍时，判断所述电芯开始出现电压不一致性现象；
当所述离散统计值大于所述离散基准值的2倍且小于等于所述离散基准值的3倍时，判断所述电芯的电压一致性较差；
当所述离散统计值大于所述离散基准值的3倍时，判断所述电芯的电压一致性很差。
8.一种电池模组中电压一致性监测系统，其特征在于：包括获取模块、预处理模块、提取模块、第一计算模块、第二计算模块和判断模块；
所述获取模块用于获取预设时间内电池模组中各个电芯的电压数据；
所述预处理模块用于对所述电压数据进行预处理，获取有效电压数据；
所述提取模块用于提取所述有效电压数据在预设时间窗口内的区段电压数据；
所述第一计算模块用于计算所述区段电压数据的中位值/平均值；
所述第二计算模块用于计算所述预设时间窗口内每个电芯的电压数据与所述中位值/平均值的离散统计值；
所述判断模块用于基于所述离散统计值判断所述电芯是否出现电压不一致性。
9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的电池模组中电压一致性监测方法。
10.一种电池模组中电压一致性监测终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电池模组中电压一致性监测终端执行权利要求1至7中任一项所述的电池模组中电压一致性监测方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116087799A (zh) * 2023-02-24 2023-05-09 上海玫克生储能科技有限公司 电池模组内部一致性监测方法、系统、存储介质及终端
CN117420469A (zh) * 2023-12-11 2024-01-19 深圳市德兰明海新能源股份有限公司 一种电芯一致性筛选方法及计算机存储介质

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