CN116068420A - 电池一致性修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池一致性修正方法。该电池一致性修正方法包括：获取同一测试条件下各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2；根据各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2计算该电池单体的外电路电阻R，其中R＝R2‑R1；根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr；获取电池单体的单体电压，调取该电池单体的修正内阻r_j_corr对单体电压进行修正，获得修正后的单体电压。本发明的电池一致性修正方法，能够对电池模块内不合理的压差情况进行修正，从而消除压差，提高电池模块的最大充放电容量，最大输出功率，并提高SOC容量估算的准确度。

Description

电池一致性修正方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池一致性修正方法。

背景技术

电池模块是由诸多电池单体组成的，各电池单体均通过焊接或螺栓连接的方式与电连接件连接，电连接件将这些电池单体或串联或并联组成了一定电压和容量等级的电池模块，电池模块通常都配有电池管理系统(BMS，Battery Management System)，用于采集和监测电池模块电压、电流和温度等状态信息，并估算电池的荷电状态(SOC，State ofCharge)和寿命状态(SOH，State of Health)。

评价电池模块SOC和SOH最重要的信息就是电池模块内每个电池单体的单体电压，BMS可以根据各个电池单体电压之间的差值从而判断电池系统的一致性好坏，电池模块的SOC由其内部电压最低的电池单体所决定，但是即使每颗电池单体都是正常的，其在组装成电池模块后仍会表现出一定的差异，而且其表现出的差异还是呈现规律的波纹状，其原因是电池管理系统采集电池单体电压的方式为采集电池单体正负极两端电连接件之间的电压，因电池单体和外部电路均存在内阻，且电池单体的内阻很低，通常都是mΩ级别，因此电流在流经电连接件时形成了压降，从而造成了BMS采集得到的电池单体电压的差异，使得原本出厂状态相同的电池单体出现了大幅度的压差，且压差随着放电电流的增大成倍增长，使得原本正常的电池单体成为电池模块中的短板，严重降低了电池的荷电状态和放电末期电池模块的功率能力。

相关技术公开了一种动力电池一致性安全状态评估方法，通过获取待评估车辆的大量历史运行数据，对每个充电数据片段的单体电压计算标准差特征和方差熵一致性特征，得到特征值，获取充放电次数，然后将特征值构造成特征矩阵，对特征矩阵进行预设算法的无监督训练，得到混淆矩阵；根据混淆矩阵构建动力电池一致性安全状态量化计算模型，通过对动力电池的一致性安全状态进行量化评估，能够更直观地从大量的历史运行数据分析发现风险因素。此种方法可动态识别车辆在运行一段时间后的混淆矩阵，对电池内部一致性进行评估。

然而由于电池单体内部的电化学特性，其内阻是随着电池单体容量和充放电电流的不同而时刻变化，因此直接采集电池单体的内阻，然后根据电流计算出电池单体当前的电压情况是极其不准确的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电池一致性修正方法，能够对电池模块内不合理的压差情况进行修正，从而消除压差，提高电池模块的最大充放电容量，最大输出功率，并提高SOC容量估算的准确度。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种电池一致性修正方法，其特征在于，包括：

获取同一测试条件下各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2；

根据各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2计算该电池单体的外电路电阻R，其中R＝R2-R1；

根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr；

获取电池单体的单体电压，调取该电池单体的修正内阻r_j_corr对单体电压进行修正，获得修正后的单体电压。

进一步地，所述根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr的步骤包括：

计算电池模块内一个电池串的平均单体电压V_ave＝(V_all-I*R_all)/j，其中V_all为该电池串的总电压，I为该电池串的电流，j为该电池串的电池单体数量，R_all为该电池串的外电路电阻之和；

计算压差矢量△Vj集合SET_B＝[△V1，△V2，△V3…△Vj]，其中△Vj＝Vj-V_ave；

计算该电池串的电流I＝I_test/n，其中I_test为测试电流，n为电池模块内电池单体的并数；

计算修正内阻r_j_corr集合SET_C＝SET_B/I，其中集合成员r_j_corr＝(Vj-V_ave)*n/I_test。

进一步地，所述获取电池单体的单体电压，调取该电池单体的修正内阻r_j_corr对单体电压进行修正，获得修正后的单体电压的步骤包括：

利用公式Vj_corr＝Vj+r_j_corr*I_now/n获取修正后的单体电压，其中Vj为同一电池串第j个电池的当前电压，I_now为该电池串的当前实际电流；

建立修正后的单体电压Vj_corr集合SET_A＝[V1_corr，V2_corr，V3_corr…V j_corr]。

进一步地，所述根据各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2计算该电池单体的外电路电阻R，其中R＝R2-R1的步骤还包括：

调整测试条件，获取在多种不同测试条件下计算的各电池单体的外电路电阻；

对同一个电池单体的外电路电阻取平均值，获取该电池单体的外电路电阻R。

进一步地，同一测试条件为同一设定功率、电流、SOC和温度。

进一步地，裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2通过恒功率或恒电流充电或者放电的方式获得。

进一步地，裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2通过恒电流充电或者放电的方式计算的过程中，测量裸电芯内阻R1、电池单体内阻R2时所采用的电池倍率为电池额定电流所在的倍率。

进一步地，所采用的电池倍率为1C或0.5C，其中C为电池额定电流。

进一步地，电池模块包括N个电池单体，N个电池单体的并数为n，串数为j，N＝n*j，所述根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr的步骤还包括：

依次计算电池模块内各电池串的各个电池单体的修正内阻，并进行存储。

进一步地，所述电池一致性修正方法由电池管理系统实施。

应用本发明的技术方案，电池一致性修正方法包括：获取同一测试条件下各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2；根据各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2计算该电池单体的外电路电阻R，其中R＝R2-R1；根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr；获取电池单体的单体电压，调取该电池单体的修正内阻r_j_corr对单体电压进行修正，获得修正后的单体电压。该电池一致性修正方法通过采集某一特定时刻下电池单体的裸电芯内阻和电池单体内阻，从而获取电池模块内的所有外电路电阻，因外电路都是金属件，其内阻在常规情况下是不变的，因此可以利用外电路电阻确定电池单体外部的修正内阻，然后利用修正内阻对电池模块内不合理的压差情况进行修正，使得电池模块内所有电池单体可近乎同时到达上下限，从而能够对电池模块内不合理的压差情况进行修正，消除压差，提高电池模块的最大充放电容量，最大输出功率，并提高SOC容量估算的准确度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的实施例的电池一致性修正方法原理图；以及

图2示出了本发明的实施例的电池一致性修正方法流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

结合参见图1和图2所示，本发明提供了一种电池一致性修正方法，包括：获取同一测试条件下各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2；根据各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2计算该电池单体的外电路电阻R，其中R＝R2-R1；根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr；获取电池单体的单体电压，调取该电池单体的修正内阻r_j_corr对单体电压进行修正，获得修正后的单体电压。

因电池单体内部的电化学特性，其内阻是随着电池单体容量和充放电电流的不同而时刻变化，因此直接采集电池单体的内阻，然后根据电流计算出电池单体当前的电压情况是极其不准确的。

本发明的电池一致性修正方法，通过采集某一特定时刻下电池单体的裸电芯内阻和电池单体内阻，从而获取电池模块内的所有外电路电阻，因外电路都是金属件，其内阻在常规情况下是不变的，因此可以利用外电路电阻确定电池单体外部的修正内阻，然后利用修正内阻对电池模块内不合理的压差情况进行修正，使得电池模块内所有电池单体可近乎同时到达上下限，从而能够对电池模块内不合理的压差情况进行修正，消除压差，提高电池模块的最大充放电容量，最大输出功率，并提高SOC容量估算的准确度。

本实施例所提供的方法为电池模块的电池一致性修正方法，电池模块可以为单电池串电池模块，也可以为多并电池串电池模块，单电池串电池模块是指电池模块仅包括一个电池串，多并电池串电池模块是指电池模块包括多个电池串，多个电池串之间并联。上述的电池一致性修正方法适用于任何一种电池模块的电池一致性修正。

在本实施例中，电池单体包括裸电芯和与该裸电芯连接的外电路，上述的电池单体内阻R2为裸电芯内阻R1与外电路电阻R之和，因此，在测量得到裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2之后，两者的差值即为该裸电芯所对应的外电路电阻R。

在一个实施例中，同一测试条件为同一设定功率、电流、SOC和温度。

在进行修正内阻的计算过程中，需要首先在同一设定功率、电流、SOC和温度条件下确定某一特定时刻下的各电池单体的裸电芯内阻和电池单体内阻，然后利用裸电芯内阻和电池单体内阻计算各裸电芯对应的外电路电阻，由于外电路电阻基本上是恒定不变的，因此，任意时刻所计算出的外电路电阻基本上是一致的。基于此，可以在电池模组出厂初始条件下，对修正内阻进行计算，由于此时的电池模组内裸电芯均为初始状态，因此可以认为此种情况下单独测量计算所得到的电池单体的裸电芯内阻与电池模块内的电池单体的实际裸电芯内阻是一致的，因此，通过此种方式计算得到的外电路电阻也是准确的。

在一个实施例中，裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2通过对电池单体和电池模块进行恒功率或恒电流充电或者放电的方式获得。

在本实施例中，获取同一测试条件下各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2的步骤具体包括：测量电池单体的裸电芯内阻R1、电池单体内阻R2，分别对电池单体和电池模块进行恒功率或恒电流充电或者放电，因电池单体内电化学特性的影响，其内阻会随着容量和电流的增大而增大，通过恒功率或恒电流的充放电方式可获得特定状态下电池单体的裸电芯内阻R1和电池单体内阻R2。

在测量电池单体的裸电芯内阻R1、电池单体内阻R2之后，还需要采集电池模块的各个电池串的测试电流I_test、各个电池串的总电压V_all、电池单体数量N、电池单体并数和各个电池串的串数j；此外，还需要采集各个裸电芯的电压集合SET_A＝[V1，V2，V3...Vj]，以便为后续的修正内阻的计算提供数据支持。

在一个实施例中，根据各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2计算该电池单体的外电路电阻R，其中R＝R2-R1的步骤还包括：调整测试条件，获取在多种不同测试条件下计算的各电池单体的外电路电阻；对同一个电池单体的外电路电阻取平均值，获取该电池单体的外电路电阻R。

为了提高外电路电阻R的计算结果的准确性，在本发明中，可以通过设定多组功率、电流、SOC、温度，获得多组同等条件下的裸电芯内阻R1和电池单体内阻R2。理论上而言，裸电芯所对应的外电路电阻是恒定不变的，但是由于电池所在环境等因素的影响，不同条件下所获得的外电路电阻也可能会存在差别，因此，可以获取多组不同条件下的外电路电阻，然后对所获取的外电路电阻加总后求平均值，从而获得更加准确的外电路电阻R。

在同等充放电环境下，单独测量得到的电池单体的裸电芯内阻R1与电池模块内计算得到的裸电芯内阻相同，故可以通过此种方式得到电池模块中除去裸电芯后的外部电路的外电路电阻R。

在一个实施例中，根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr的步骤包括：计算电池模块内一个电池串的平均单体电压V_ave＝(V_all-I*R_all)/j，其中V_all为该电池串的总电压，I为该电池串的电流，j为该电池串的电池单体数量，R_all为该电池串的外电路电阻之和；计算压差矢量△Vj集合SET_B＝[△V1，△V2，△V3…△Vj]，其中△Vj＝Vj-V_ave；计算该电池串的电流I＝I_test/n，其中I_test为测试电流，n为电池模块内电池单体的并数；计算修正内阻r_j_corr集合SET_C＝SET_B/I，其中集合成员r_j_corr＝(Vj-V_ave)*n/I_test。

在本实施例中，根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr的计算过程如下：

计算平均单体电压V_ave＝(V_all-I*R_all)/j，将外部电路的外电路电阻R所产生的压降从整个电池串中剔除，即可得到一个电池串的所有电池单体的总电压，进而除去该电池串的电池单体总数量j，即可得到该电池串的平均单体电压V_ave。

计算压差矢量△Vj集合SET_B＝[△V1，△V2,△V3...△Vj]，其中△Vj＝Vj-V_ave。

计算该电池串的电流I＝I_test/n，由于n个电池串并联，且每个电池串的串数相同，各个电池串中的电池单体所处的位置也均相同，在工作过程中所处的环境也相同，可以认为各个电池串的电流相同，因此每个电池串的电流应该为总电流与电池模块内电池单体的并数n的比值。

计算修正内阻r_j_corr集合SET_C＝SET_B/j,其中集合成员r_j_corr＝(Vj-V_ave)*n/I_test，修正内阻r_j_corr在每个单体处的表现均不相同，其大小由BMS的电压采集点位置、电连接件厚度和材料决定的，修正内阻r_j_corr即为存在于BMS采集点之间的外部电路的外电路电阻(不含电池单体的内阻)。

在一个实施例中，获取电池单体的单体电压，调取该电池单体的修正内阻r_j_corr对单体电压进行修正，获得修正后的单体电压的步骤包括：

利用公式Vj_corr＝Vj+r_j_corr*I_now/n获取修正后的单体电压，其中Vj为同一电池串第j个电池的当前电压，I_now为该电池串的当前实际电流；建立修正后的单体电压Vj_corr集合SET_A＝[V1_corr，V2_corr，V3_corr…Vj_corr]。

修正后的单体电压Vj_corr＝Vj+r_j_corr*I_now/n，BMS在计算获得修正内阻r_j_corr集合后并存储，在每次充放电的过程中采集电池单体电压时，均会调用修正内阻，从而计算获得电池单体的电压准确值。

本发明通过采集某一特定时刻下电池单体的内阻和电池模块的内阻，从而获取电池模块内所有外部电路的外电路电阻，因外部电路都是金属件，其外电路电阻在常规情况下是不变的，然后再将电池模块的一个电池串的总电压减去该电池串的外部电路所分担的电压，得到该电池串的所有电池单体的总电压，在电池刚出厂状态，可以认为每颗电池单体的电压均相同，因此总电压除以电池单体总数量即可得到该电池单体的电压，然后根据BMS所采集得到的电池单体电压与计算所得的电池单体电压求得压差矢量值，除以电流可计算得到每颗电池单体外部电路的修正内阻大小，从而在后面的工作过程中对BMS采集得到的单体电压进行修正。

在一个实施例中，裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2通过恒电流充电或者放电的方式计算的过程中，测量裸电芯内阻R1、电池单体内阻R2时所采用的电池倍率为电池额定电流所在的倍率。

在一个实施例中，所采用的电池倍率为1C或0.5C，其中C为电池额定电流。

在一个实施例中，电池模块包括N个电池单体，N个电池单体的并数为n，串数为j，N＝n*j，根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr的步骤还包括：

依次计算电池模块内各电池串的各个电池单体的修正内阻，并进行存储。

在一个实施例中，电池一致性修正方法由电池管理系统BMS实施。

本发明实施例具有如下优点：

1)消除了因电池模块成组产生的压差，增加了电池模块的SOC，因电池模块的SOC是由电池单体决定的，当BMS采集到电池单体的SOC到达上下限时，则会控制电池模块停止充放电对电池进行保护，而本发明实施例使得所有电池单体的电压在初始状态均相同，极大的消除了不合理的设计压差，从而使得电池模块内所有电池单体可近乎同时到达上下限，从而可将每个电池单体充满和放空；

2)避免了电池单体过充过放，因电池单体在初始状态因设计原因存在较大压差，使得电池模块内部分电池单体在充电和放电时电池单体电压采集值未达到截止充放电电压，但实际值已经到达截止充放电电压，从而导致电池单体过充或过放，影响电池模块整体寿命，本发明实施例可避免此种情况的发生；

3)电池模块内的电池单体若存在较大压差，若电池模块在放电末期须提供大电流放电(如车辆加速)，则电池单体的压差便迅速升高，使得个别电池单体立刻达到放电截止电压，则极大的削弱了电池模块在放电末期的功率输出能力，本发明实施例能够消除此种影响，可大幅度优化电池模块在放电末期的功率输出能力。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池一致性修正方法，其特征在于，包括：

获取同一测试条件下各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2；

根据各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2计算该电池单体的外电路电阻

R，其中R＝R2-R1；

根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr；

获取电池单体的单体电压，调取该电池单体的修正内阻r_j_corr对单体电压进行修正，获得修正后的单体电压。

2.根据权利要求1所述的电池一致性修正方法，其特征在于，所述根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr的步骤包括：

计算电池模块内一个电池串的平均单体电压V_ave＝(V_all-I*R_all)/j，其中V_all为该电池串的总电压，I为该电池串的电流，j为该电池串的电池单体数量，R_all为该电池串的外电路电阻之和；

计算压差矢量△Vj集合SET_B＝[△V1，△V2，△V3…△Vj]，其中△Vj＝Vj-V_ave；

计算该电池串的电流I＝I_test/n，其中I_test为测试电流，n为电池模块内电池单体的并数；计算修正内阻r_j_corr集合SET_C＝SET_B/I，其中集合成员r_j_corr＝(Vj-V_ave)*n/I_test。

3.根据权利要求2所述的电池一致性修正方法，其特征在于，所述获取电池单体的单体电压，调取该电池单体的修正内阻r_j_corr对单体电压进行修正，获得修正后的单体电压的步骤包括：

利用公式Vj_corr＝Vj+r_j_corr*I_now/n获取修正后的单体电压，其中Vj为同一电池串第j个电池的当前电压，I_now为实际该电池串的当前电流；

建立修正后的单体电压Vj_corr集合SET_A＝[V1_corr，V2_corr，V3_corr…V j_corr]。

4.根据权利要求1所述的电池一致性修正方法，其特征在于，所述根据各个电池单体的裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2计算该电池单体的外电路电阻R，其中R＝R2-R1的步骤还包括：

调整测试条件，获取在多种不同测试条件下计算的各电池单体的外电路电阻；

对同一个电池单体的外电路电阻取平均值，获取该电池单体的外电路电阻R。

5.根据权利要求1所述的电池一致性修正方法，其特征在于，同一测试条件为同一设定功率、电流、SOC和温度。

6.根据权利要求1所述的电池一致性修正方法，其特征在于，裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2通过恒功率或恒电流充电或者放电的方式获得。

7.根据权利要求6所述的电池一致性修正方法，其特征在于，裸电芯内阻R1以及电池单体内阻R2通过恒电流充电或者放电的方式计算的过程中，测量裸电芯内阻R1、电池单体内阻R2时所采用的电池倍率为电池额定电流所在的倍率。

8.根据权利要求7所述的电池一致性修正方法，其特征在于，所采用的电池倍率为1C或0.5C，其中C为电池额定电流。

9.根据权利要求2所述的电池一致性修正方法，其特征在于，电池模块包括N个电池单体，N个电池单体的并数为n，串数为j，N＝n*j，所述根据各电池单体的外电路电阻R计算各电池单体的修正内阻r_j_corr的步骤还包括：

依次计算电池模块内各电池串的各个电池单体的修正内阻，并进行存储。

10.根据权利要求1所述的电池一致性修正方法，其特征在于，所述电池一致性修正方法由电池管理系统实施。

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