CN116577687A - 快充电池包的电芯筛选方法、系统、存储介质及计算机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种快充电池包的电芯筛选方法、系统、存储介质及计算机，该方法包括：对若干电池电芯依次进行三段式恒流快充以及恒流放电得到恒流快充曲线和恒流放电曲线；基于恒流快充的三个快充阶段的压差范围和恒流快充曲线对各电池电芯进行均衡筛选得到第一电芯组合集；基于恒流放电曲线对第一电芯组合集进行放电能量计算得到放电能量面积，并基于面积排序规则对各电芯进行策略组合优化得到最优电池策略；利用最优电池策略进行电芯筛选得到最优电池组。本发明针对电池的恒流快速充电过程中的三阶段法生成的电压变化曲线、放电过程中电压变化曲线，采用面积积分法计算电池充放电能量，筛选出最优电池组。
Description
技术领域
本发明涉及电芯检测技术领域，特别涉及一种快充电池包的电芯筛选方法、系统、存储介质及计算机。
背景技术
锂离子电池（LIBs）是现代工业系统中安全的关键部件，为系统的命令、控制、通信等功能提供动力。其中，快速充电技术是当前电池技术发展的热点之一。在快速充电方面，三元锂离子电池表现出色，其充电倍率可达10C，其充放电曲线比较稳定，对一致性要求特别高。在电池组制造过程中，均匀性的提高对于延长电池组寿命和提高能源效率至关重要。
传统的均匀性排序方法主要基于静态容量、内阻等外界观测结果，而基于动态特性的排序方案可以更精准地考虑电池在充放电过程中的性能，但其计算复杂度较高。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种快充电池包的电芯筛选方法、系统、存储介质及计算机，以至少解决上述相关技术中的不足。
本发明提出一种快充电池包的电芯筛选方法，包括：
对若干电池电芯依次进行三段式恒流快充和三段式恒流放电，以得到各所述电池电芯的恒流快充曲线和恒流放电曲线；
基于所述三段式恒流快充的三个快充阶段的压差范围和所述恒流快充曲线对各所述电池电芯进行均衡筛选，以得到第一电芯组合集；
基于所述恒流放电曲线对所述第一电芯组合集进行放电能量计算，以得到所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积，并基于所述放电能量面积的面积排序规则对所述第一电芯组合集中各电芯进行策略组合优化，以得到最优电池策略；
利用所述最优电池策略对各所述电池电芯进行电芯筛选，以得到最优电池组。
进一步的，基于所述三段式恒流快充的三个快充阶段的压差范围和所述恒流快充曲线对各所述电池电芯进行均衡筛选，以得到第一电芯组合集的步骤包括：
标记所述三段式恒流快充的三个快充阶段的时间轴，并将所述恒流快充曲线的快充时间与所述时间轴进行对应，并计算出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差；
筛选出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差小于等于第一预设压差阈值的电池电芯，并将其定义为第一电芯组合集。
进一步的，各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差的计算公式为：
；
式中，表示第/>号电芯在/>时间的电压值，/>表示第/>号电芯在/>时间的电压值。
进一步的，基于所述放电能量面积的面积排序规则对所述第一电芯组合集中各电芯进行策略组合优化，以得到最优电池策略的步骤包括：
对所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积进行排序，并按照面积和大小对所述第一电芯组合集中各电芯进行重新组合，以得到初步电芯组合策略；
对所述初步电芯组合策略中各电芯进行压差筛选，并利用筛选结果得到最优电池策略。
本发明还提出一种快充电池包的电芯筛选系统，包括：
电芯处理模块，用于对若干电池电芯依次进行三段式恒流快充和三段式恒流放电，以得到各所述电池电芯的恒流快充曲线和恒流放电曲线；
均衡筛选模块，用于基于所述三段式恒流快充的三个快充阶段的压差范围和所述恒流快充曲线对各所述电池电芯进行均衡筛选，以得到第一电芯组合集；
策略优化模块，用于基于所述恒流放电曲线对所述第一电芯组合集进行放电能量计算，以得到所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积，并基于所述放电能量面积的面积排序规则对所述第一电芯组合集中各电芯进行策略组合优化，以得到最优电池策略；
电芯筛选模块，用于利用所述最优电池策略对各所述电池电芯进行电芯筛选，以得到最优电池组。
进一步的，所述均衡筛选模块包括：
压差计算单元，用于标记所述三段式恒流快充的三个快充阶段的时间轴，并将所述恒流快充曲线的快充时间与所述时间轴进行对应，并计算出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差；
均衡筛选单元，拥有筛选出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差小于等于第一预设压差阈值的电池电芯，并将其定义为第一电芯组合集。
进一步的，所述策略优化模块包括：
能量计算单元，用于对所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积进行排序，并按照面积和大小对所述第一电芯组合集中各电芯进行重新组合，以得到初步电芯组合策略；
压差筛选单元，用于对所述初步电芯组合策略中各电芯进行压差筛选，并利用筛选结果得到最优电池策略。
本发明还提出一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的快充电池包的电芯筛选方法。
本发明还提出一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的快充电池包的电芯筛选方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：对若干电池电芯进行三段式充放电操作，从而得到对应的恒流快充曲线和恒流放电曲线，并利用三段式充放电的不同快充阶段的压差范围和恒流快充曲线对各电池电芯进行均衡筛选，以初步筛选出符合要求的第一电芯组合集；利用恒流放电曲线对第一电芯组合集进行放电能量计算，根据放电能量面积进行策略组合优化，从而得到最优策略，并根据最优策略完成最优电池组的电芯筛选。
附图说明
图1为本发明第一实施例中快充电池包的电芯筛选方法的流程图；
图2为本发明第一实施例中选择的电芯恒流充电电压曲线随时间变化图；
图3为本发明第一实施例中未选择的电芯恒流充电电压曲线随时间变化图；
图4为本发明第一实施例中选择的电芯恒流放电电压曲线随时间变化图；
图5为本发明第一实施例中未选择的电芯恒流放电电压曲线随时间变化图；
图6为图1中步骤S102的详细流程图；
图7为图1中步骤S103的详细流程图；
图8为本发明第二实施例中快充电池包的电芯筛选系统的结构框图；
图9为本发明第三实施例中计算机的结构框图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的快充电池包的电芯筛选方法，所述方法具体包括步骤S101至S104：
S101，对若干电池电芯依次进行三段式恒流快充和三段式恒流放电，以得到各所述电池电芯的恒流快充曲线和恒流放电曲线；
在具体实施时，假设需要从135个三元锂离子电芯中选取112个一致性最高的电芯，在电池生产后采用三阶段法对电池进行恒流快速充电，随后对电池恒流放电，分别得到电池充放电电压随时间变化曲线；
具体的，电池充放电曲线是在电池生产过程中对电池进行测试的，对电池因为恒压条件下，难以计算电池充电能量。因此，采用恒流的方法对电池进行三阶段快速充电，所有电池初始电压均为3.4V，充电曲线如图2至图3所示，表示第一段快充开始时间，/>表示第一阶段快充结束时间，也为第二阶段快充开始时间，/>表示第二阶段快充结束时间，也为第三阶段快充开始时间，/>表示第三阶段快充结束时间，即当电池电压达到4.35V的时间。整个电池充电过程为：首先静置30s，/>为第一阶段恒流快充，电流为57A，快充时间设置为3分20秒，/>为第二阶段恒流快充，电流为44A，快充时间设置为1分35秒，/>为第三阶段恒流快充，电流为33A，设置终止电压为4.35V，最后进入慢充阶段。恒流放电曲线如图4至图5所示，电池初始电压约为4.3V，放电电流为2.99A，当电压小于等于3.3V截止放电。
S102，基于所述三段式恒流快充的三个快充阶段的压差范围和所述恒流快充曲线对各所述电池电芯进行均衡筛选，以得到第一电芯组合集；
进一步的，请参阅图6，所述步骤S102具体包括步骤S1021~S1022：
S1021，标记所述三段式恒流快充的三个快充阶段的时间轴，并将所述恒流快充曲线的快充时间与所述时间轴进行对应，并计算出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差；
S1022，筛选出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差小于等于第一预设压差阈值的电池电芯，并将其定义为第一电芯组合集。
在具体实施时，标记三段式恒流快充的三个快充阶段的时间轴，并将恒流快充曲线的快充时间与时间轴进行对应，并计算出各电池电芯在各所述快充阶段的压差：
；
式中，表示第/>号电芯在/>时间的电压值，/>表示第/>号电芯在/>时间的电压值。
进一步的，筛选出各电池电芯在各快充阶段的压差小于等于第一预设压差阈值（在本实施例中，该第一预设压差阈值为0.05V以内）的电池电芯，并将其定义为第一电芯组合集，具体的，控制时间点压差在第一预设阈值0.05V以内筛选出满足该条件的电芯组合集，经过计算，满足该条件的组合集可以表示为：
；
其中，表示组合集编号，满足该条件的组合集为114个，/>表示组合集中电芯的个数，在满足条件的组合集中电芯个数最少为112，最多为123，为了简化计算，对上述的第一电芯组合集进行优化，对于电芯个数多于112的组合集选择充电能量最大的电芯重新计算并生成电芯组合集，如果大集合包含了小集合的电芯，则只保存大集合。
S103，基于所述恒流放电曲线对所述第一电芯组合集进行放电能量计算，以得到所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积，并基于所述放电能量面积的面积排序规则对所述第一电芯组合集中各电芯进行策略组合优化，以得到最优电池策略；
进一步的，请参阅图7，所述步骤S103具体包括步骤S1031~S1032：
S1031，对所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积进行排序，并按照面积和大小对所述第一电芯组合集中各电芯进行重新组合，以得到初步电芯组合策略；
S1032，对所述初步电芯组合策略中各电芯进行压差筛选，并利用筛选结果得到最优电池策略。
在具体实施时，利用恒流放电曲线对第一电芯组合集进行放电能量计算，以得到第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积，其中，放电能量面积为恒流放电曲线与其坐标轴之间的面积，并对上述得到的大集合中充电能量进行计算，对集合中电芯进行面积排序，选取面积最大的112个电芯重新组合。
S104，利用所述最优电池策略对各所述电池电芯进行电芯筛选，以得到最优电池组。
在具体实施时，按照上述所得到的最优电池策略对各电池电芯进行电芯筛选，以筛选出和/>时间点满足上述的压差条件的电芯，通过计算，满足该条件的电芯组合集个数为7。
进一步的，基于上述的充放电能量计算，采用面积积分法进行计算，以下对三阶段恒流快充计算方法进行证明：
135个电芯充电曲线如图2至图3所示，分为3个快充阶段：、/>、/>，三个阶段分别采用恒流充电，对应电流分别为/>、/>、/>。假设电池充电曲线电压随时间变化为/>，其中，/>在/>到/>的范围内。在/>到/>时间段内，电池充电电流为/>，电压随时间变化的函数为/>。则该时间段内电池充电的能量/>为：
；
其中，表示第/>时刻的电压值，/>表示第/>时刻的电流值，此处/>。
同理，在到/>时间段内，电池充电电流为/>，电压随时间变化的函数为/>。该时间段内电池充电的能量/>为：
；
最后，在到/>时间段内，电池充电电流为/>，电压随时间变化的函数为/>。该时间段内电池充电的能量/>为：
；
因此，电池总能量为：
；
将、/>、/>分别用平均电压/>、/>、/>代替，则有：
；
因此，，
将电流定义为平均电流，即：
；
则有：
；
根据基本积分学公式，可知：
；
因此上式子改写为：
；
即曲线面积乘以电流等于电池的能量；同理可以证明面积积分法同样适用于放电能量计算。
综上，本发明上述实施例当中的快充电池包的电芯筛选方法，对若干电池电芯进行三段式充放电操作，从而得到对应的恒流快充曲线和恒流放电曲线，并利用三段式充放电的不同快充阶段的压差范围和恒流快充曲线对各电池电芯进行均衡筛选，以初步筛选出符合要求的第一电芯组合集；利用恒流放电曲线对第一电芯组合集进行放电能量计算，根据放电能量面积进行策略组合优化，从而得到最优策略，并根据最优策略完成最优电池组的电芯筛选。
实施例二
本发明另一方面还提出一种快充电池包的电芯筛选系统，请参阅图8，所示为本发明第二实施例中的快充电池包的电芯筛选系统，包括：
电芯处理模块11，用于对若干电池电芯依次进行三段式恒流快充和三段式恒流放电，以得到各所述电池电芯的恒流快充曲线和恒流放电曲线；
均衡筛选模块12，用于基于所述三段式恒流快充的三个快充阶段的压差范围和所述恒流快充曲线对各所述电池电芯进行均衡筛选，以得到第一电芯组合集；
进一步的，所述均衡筛选模块12包括：
压差计算单元，用于标记所述三段式恒流快充的三个快充阶段的时间轴，并将所述恒流快充曲线的快充时间与所述时间轴进行对应，并计算出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差；
均衡筛选单元，拥有筛选出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差小于等于第一预设压差阈值的电池电芯，并将其定义为第一电芯组合集。
策略优化模块13，用于基于所述恒流放电曲线对所述第一电芯组合集进行放电能量计算，以得到所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积，并基于所述放电能量面积的面积排序规则对所述第一电芯组合集中各电芯进行策略组合优化，以得到最优电池策略；
进一步的，所述策略优化模块13包括：
能量计算单元，用于对所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积进行排序，并按照面积和大小对所述第一电芯组合集中各电芯进行重新组合，以得到初步电芯组合策略；
压差筛选单元，用于对所述初步电芯组合策略中各电芯进行压差筛选，并利用筛选结果得到最优电池策略。
电芯筛选模块14，用于利用所述最优电池策略对各所述电池电芯进行电芯筛选，以得到最优电池组。
上述各模块、单元被执行时所实现的功能或操作步骤与上述方法实施例大体相同，在此不再赘述。
本发明实施例所提供的快充电池包的电芯筛选系统，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，系统实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
实施例三
本发明还提出一种计算机，请参阅图9，所示为本发明第三实施例中的计算机，包括存储器10、处理器20以及存储在所述存储器10上并可在所述处理器20上运行的计算机程序30，所述处理器20执行所述计算机程序30时实现上述的快充电池包的电芯筛选方法。
其中，存储器10至少包括一种类型的存储介质，所述存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，SD或DX存储器等）、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器10在一些实施例中可以是计算机的内部存储单元，例如该计算机的硬盘。存储器10在另一些实施例中也可以是外部存储装置，例如插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器10还可以既包括计算机的内部存储单元也包括外部存储装置。存储器10不仅可以用于存储安装于计算机的应用软件及各类数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
其中，处理器20在一些实施例中可以是电子控制单元 (Electronic ControlUnit，简称ECU，又称行车电脑)、中央处理器（Central Processing Unit, CPU）、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器10中存储的程序代码或处理数据，例如执行访问限制程序等。
需要指出的是，图9示出的结构并不构成对计算机的限定，在其它实施例当中，该计算机可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
本发明实施例还提出一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的快充电池包的电芯筛选方法。
本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机存储介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机存储介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机存储介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机存储介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的存储介质，因为可以例如通过对纸或其他存储介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种快充电池包的电芯筛选方法，其特征在于，包括：
对若干电池电芯依次进行三段式恒流快充和三段式恒流放电，以得到各所述电池电芯的恒流快充曲线和恒流放电曲线；
基于所述三段式恒流快充的三个快充阶段的压差范围和所述恒流快充曲线对各所述电池电芯进行均衡筛选，以得到第一电芯组合集；
基于所述恒流放电曲线对所述第一电芯组合集进行放电能量计算，以得到所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积，并基于所述放电能量面积的面积排序规则对所述第一电芯组合集中各电芯进行策略组合优化，以得到最优电池策略；
利用所述最优电池策略对各所述电池电芯进行电芯筛选，以得到最优电池组。
2.根据权利要求1所述的快充电池包的电芯筛选方法，其特征在于，基于所述三段式恒流快充的三个快充阶段的压差范围和所述恒流快充曲线对各所述电池电芯进行均衡筛选，以得到第一电芯组合集的步骤包括：
标记所述三段式恒流快充的三个快充阶段的时间轴，并将所述恒流快充曲线的快充时间与所述时间轴进行对应，并计算出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差；
筛选出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差小于等于第一预设压差阈值的电池电芯，并将其定义为第一电芯组合集。
3.根据权利要求2所述的快充电池包的电芯筛选方法，其特征在于，各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差的计算公式为：
；
式中，表示第/>号电芯在/>时间的电压值，/>表示第/>号电芯在/>时间的电压值。
4.根据权利要求1所述的快充电池包的电芯筛选方法，其特征在于，基于所述放电能量面积的面积排序规则对所述第一电芯组合集中各电芯进行策略组合优化，以得到最优电池策略的步骤包括：
对所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积进行排序，并按照面积和大小对所述第一电芯组合集中各电芯进行重新组合，以得到初步电芯组合策略；
对所述初步电芯组合策略中各电芯进行压差筛选，并利用筛选结果得到最优电池策略。
5.一种快充电池包的电芯筛选系统，其特征在于，包括：
电芯处理模块，用于对若干电池电芯依次进行三段式恒流快充和三段式恒流放电，以得到各所述电池电芯的恒流快充曲线和恒流放电曲线；
均衡筛选模块，用于基于所述三段式恒流快充的三个快充阶段的压差范围和所述恒流快充曲线对各所述电池电芯进行均衡筛选，以得到第一电芯组合集；
策略优化模块，用于基于所述恒流放电曲线对所述第一电芯组合集进行放电能量计算，以得到所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积，并基于所述放电能量面积的面积排序规则对所述第一电芯组合集中各电芯进行策略组合优化，以得到最优电池策略；
电芯筛选模块，用于利用所述最优电池策略对各所述电池电芯进行电芯筛选，以得到最优电池组。
6.根据权利要求5所述的快充电池包的电芯筛选系统，其特征在于，所述均衡筛选模块包括：
压差计算单元，用于标记所述三段式恒流快充的三个快充阶段的时间轴，并将所述恒流快充曲线的快充时间与所述时间轴进行对应，并计算出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差；
均衡筛选单元，拥有筛选出各所述电池电芯在各所述快充阶段的压差小于等于第一预设压差阈值的电池电芯，并将其定义为第一电芯组合集。
7.根据权利要求5所述的快充电池包的电芯筛选系统，其特征在于，所述策略优化模块包括：
能量计算单元，用于对所述第一电芯组合集中各电芯的放电能量面积进行排序，并按照面积和大小对所述第一电芯组合集中各电芯进行重新组合，以得到初步电芯组合策略；
压差筛选单元，用于对所述初步电芯组合策略中各电芯进行压差筛选，并利用筛选结果得到最优电池策略。
8.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一所述的快充电池包的电芯筛选方法。
9.一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一所述的快充电池包的电芯筛选方法。
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