CN117572247A - 一种电池系统各单体电池容量均衡度识别方法及系统 - Google Patents

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郑彬彬
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Abstract

本发明公开了一种电池系统各单体电池容量均衡度识别方法及系统，涉及新能源电池技术领域，该方法包括：根据电池放电数据计算各电池单体之间的可放电容量差异；当充电数据满足恒流充电的条件时，利用充电数据计算各个电池单体容量充电均衡度；当所述各个电池单体容量充电均衡度中的最大值小于设定阈值时，根据各个电池单体容量充电均衡度和各电池单体之间的可放电容量差异计算各个电池单体之间的可用容量差异；根据各个电池单体之间的可用容量差异和各电池单体之间的可放电容量差异，计算各个电池单体容量均衡度。本发明能够解决现有技术方案不考虑电池容量一致性导致过度均衡的问题，可避免错误均衡并提高均衡度识别的精度。

Description

一种电池系统各单体电池容量均衡度识别方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源电池技术领域，特别涉及一种电池系统各单体电池容量均衡度识别方法及系统。
背景技术
因功率或能量需求，电池系统常由大量电池单体串并联组成，但当各个电池单体之间荷电状态(SOC)存在差异时，会导致电池系统的充放电可用容量会低于电池单体的可用容量，带来能量无法完全利用的问题。为解决该问题，电池管理系统中的均衡功能应运而生。然而部分电池体系受均衡问题难以判断的影响，现有均衡系统均衡效果较不理想。尤其是磷酸铁锂电池体系，因为电池电压平台较平，靠充电末端电池压差控制均衡功能常导致均衡开启工作时间不足，难以挽救均衡问题严重的电池体系，靠放电至SOC低端出现压差识别均衡度，常因电池很少会放电至该区域导致均衡效果很差。且当电池衰老速度不一致，出现电池单体可用容量不一致较大时，常会对均衡引入误判，电池系统各个电池容量均衡度(SOD)的识别成了均衡功能高效工作的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池系统各单体电池容量均衡度识别方法及系统，用以能解决现有技术方案不考虑电池容量一致性导致过度均衡的问题，可避免错误均衡并提高均衡度识别的精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种电池系统各单体电池容量均衡度识别方法，包括：
根据电池放电数据计算各电池单体之间的可放电容量差异；
当充电数据满足恒流充电的条件时，利用充电数据计算各个电池单体容量充电均衡度；
当所述各个电池单体容量充电均衡度中的最大值小于设定阈值时，根据各个电池单体容量充电均衡度和各电池单体之间的可放电容量差异计算各个电池单体之间的可用容量差异；
根据各个电池单体之间的可用容量差异和各电池单体之间的可放电容量差异，计算各个电池单体容量均衡度。
为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
一种电池系统各单体电池容量均衡度识别系统，包括：
可放电容量差异计算模块，用于根据电池放电数据计算各电池单体之间的可放电容量差异；
电池单体容量充电均衡度计算模块，用于当充电数据满足恒流充电的条件时，利用充电数据计算各个电池单体容量充电均衡度；
电池单体之间的可用容量差异计算模块，用于当所述各个电池单体容量充电均衡度中的最大值小于设定阈值时，根据各个电池单体容量充电均衡度和各电池单体之间的可放电容量差异计算各个电池单体之间的可用容量差异；
电池单体容量均衡度计算模块，用于根据各个电池单体之间的可用容量差异和各电池单体之间的可放电容量差异，计算各个电池单体容量均衡度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过设计SODT来代表电池系统各个电池单体之间容量的可用容量差异detaSOH与均衡度SOD的总和，采用放电数据计算得到，代表每个电池单体距离完全放完电的容量差异；利用其SODT包含均衡度SOD与可用容量差异detaSOH综合影响的原理，实现SOD剥离估算，解决了电池单体之间衰老程度不一致引发的错误均衡问题。结合充电数据能可靠求解SOD的特点，以及充电数据难以维持恒流充电导致通用性差的特点，设计出利用充电数据更新detaSOH的方法，并结合放电数据通用性强的特点，实现了可靠性和通用性兼具的均衡度定量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的电池系统各单体电池容量均衡度识别方法的流程图；
图2为本发明提供的电池系统各单体电池容量均衡度识别方法的另一流程图；
图3为本发明容量数据与电压数据dQ/dV～V的平滑与微分处理的示意图；
图4为本发明利用峰位差ΔV进行均衡度计算处理的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种电池系统各单体电池容量均衡度识别方法及系统，用以能解决现有技术方案不考虑电池容量一致性导致过度均衡的问题，可避免错误均衡并提高均衡度识别的精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1和图2所示，本发明提供的电池系统各单体电池容量均衡度识别方法，包括以下步骤：
S1：根据电池放电数据计算各电池单体之间的可放电容量差异。
SODT的定义为个各电池单体之间可放电容量差异，代表电池系统满电状态后(即当前的不均衡状态下)各个单体可放电容量差异，以可放电容量最大单体为基准可放电容量，其他电池的SODT计算方法为用基准可放电容量值减去自身的可放电容量，并除以额定容量。
计算公式为：[Qd基准电池-Qd(i)]/Qn；其中，Qd基准电池表示基准电池的放电容量，Qd(i)表示第i个电池单体的放电容量，Qn代表电池单体的额定容量。
S2：当充电数据满足恒流充电的条件时，利用充电数据计算各个电池单体容量充电均衡度。
通过检索充电数据，搜索合适的充电数据段，当充电数据段满足恒流充电的条件时，利用充电数据可较准确判定SOD的特点，对初始的SOD(即充电均衡度)进行计算。
(1)搜集最高单体电压Vmax、最低单体电压Vmin在充电过程的时间与电流数据，并利用这些数据转换为容量Q数据。
(2)将步骤(1)搜集到的Vmax、Vmin间对应的容量Q数据进行平滑处理，并做容量微分处理，同时，对dQ/dV与V进行作图处理，如图3所示。
(3)完整的磷铁锂电池的充电容量微分曲线包含有3个峰值，依据电压从高到低依次命名为P1、P2和P3，对步骤(2)所得到的dQ/dV～V图中所出现的峰值进行P1～P3的归类。
(4)根据步骤(3)的峰值归类，对同类峰进行峰位差的计算，并求出dQ/dVmax与dQ/dVmin的峰位差ΔV。
(5)如图4所示，利用步骤(4)得到的峰位差ΔV值进行均衡度的计算：
SOD充电＝ΔQ/Q系统 (1)
ΔQ＝YC-YB (2)
XB＝XA+ΔV (3)
其中，YB、YC分别代表B、C点的容量值，XA、XB分别代表A、B点的电压值，Q系统则代表电池系统的额定容量，A点为Vmin～Q曲线上最后一个点，C点为Vmax～Q曲线上最后一个点，B点为Vmax～Q(平滑处理)曲线上XB＝XA+ΔV处的点。
S3：当所述各个电池单体容量充电均衡度中的最大值小于设定阈值时，根据各个电池单体容量充电均衡度和各电池单体之间的可放电容量差异计算各个电池单体之间的可用容量差异。
当判断各个电池单体容量充电均衡度小于a％时，代表此时整个电池系统均衡度较好，此时通过公式(4)对SODT进行调整，即可得到精准的detaSOH。
detaSOH＝SODT-SOD充电 (4)
max(SOD充电)<a％的条件，代表可使采用充电数据进行SOD计算时结果准确度较高的约束条件，a优选5～10，并可以根据场景不同将a更改为其他阈值，当a更改为100时，代表不做约束，代表所有计算结果均具备较高可靠性。
S4：根据各个电池单体之间的可用容量差异和各电池单体之间的可放电容量差异，计算各个电池单体容量均衡度。
当接收到detaSOH更新的值后对初值及历史值进行更新，结合公式(5)执行SOD更新：SOD＝SODT-detaSOH(5)。
SOD计算结束时，当其最小值非0时，可对SOD进行处理，处理方法为SOD’＝SOD-min(SOD)，其中SOD’代表处理后更新的数组，min(SOD)代表SOD数组中的最小值，数组与数值相减代表数组中每个数值减去min(SOD)。
本发明设计SODT参数，利用放电数据求解，利用其值包含均衡度SOD与容量不一致detaSOH综合影响的原理，实现SOD剥离估算，解决了电池单体之间衰老程度不一致引发的错误均衡问题。本发明结合充电数据能可靠求解SOD的特点，以及充电数据难以维持恒流充电导致通用性差的特点，设计出利用充电数据更新detaSOH的方法，并结合放电数据通用性强的特点，实现了可靠性和通用性兼具的均衡度定量分析方法。本发明提供的技术方案能解决现有技术方案对均衡度估算精度低、不考虑电池衰老情况导致均衡错误导致均衡效率低以及能量浪费的问题，可提高均衡效。
实施例二
为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供了一种电池系统各单体电池容量均衡度识别系统。
该系统包括：
可放电容量差异计算模块，用于根据电池放电数据计算各电池单体之间的可放电容量差异。
电池单体容量充电均衡度计算模块，用于当充电数据满足恒流充电的条件时，利用充电数据计算各个电池单体容量充电均衡度。
电池单体之间的可用容量差异计算模块，用于当所述各个电池单体容量充电均衡度中的最大值小于设定阈值时，根据各个电池单体容量充电均衡度和各电池单体之间的可放电容量差异计算各个电池单体之间的可用容量差异。
电池单体容量均衡度计算模块，用于根据各个电池单体之间的可用容量差异和各电池单体之间的可放电容量差异，计算各个电池单体容量均衡度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种电池系统各单体电池容量均衡度识别方法，其特征在于，包括：
根据电池放电数据计算各电池单体之间的可放电容量差异；
当充电数据满足恒流充电的条件时，利用充电数据计算各个电池单体容量充电均衡度；
当所述各个电池单体容量充电均衡度中的最大值小于设定阈值时，根据各个电池单体容量充电均衡度和各电池单体之间的可放电容量差异计算各个电池单体之间的可用容量差异；
根据各个电池单体之间的可用容量差异和各电池单体之间的可放电容量差异，计算各个电池单体容量均衡度。
2.根据权利要求1所述的电池系统各单体电池容量均衡度识别方法，其特征在于，采用公式，[Qd基准电池-Qd(i)]/Qn，计算各电池单体之间的可放电容量差异；其中，Qd基准电池表示基准电池的放电容量，Qd(i)表示第i个电池单体的放电容量，Qn代表电池单体的额定容量。
3.根据权利要求1所述的电池系统各单体电池容量均衡度识别方法，其特征在于，当充电数据满足恒流充电的条件时，利用充电数据计算各个电池单体容量充电均衡度，具体包括：
采集最高单体电压Vmax和最低单体电压Vmin在充电过程的时间与电流数据，并转换为容量Q数据；
将Vmax、Vmin以及容量Q数据进行平滑处理，并做容量微分处理，同时，对dQ/dV与V进行作图处理；
对得到的dQ/dV～V图中所出现的峰值进行归类；
根据峰值归类，对同类峰进行峰位差的计算，并求出dQ/dVmax与dQ/dVmin的峰位差ΔV；
利用峰位差ΔV值计算各个电池单体容量充电均衡度。
4.根据权利要求1所述的电池系统各单体电池容量均衡度识别方法，其特征在于，各个电池单体之间的可用容量差异的计算公式为：
detaSOH＝SODT-SOD充电
其中，detaSOH表示各个电池单体之间的可用容量差异，SODT表示各电池单体之间的可放电容量差异，SOD充电表示各个电池单体容量充电均衡度。
5.根据权利要求4所述的电池系统各单体电池容量均衡度识别方法，其特征在于，各个电池单体容量均衡度的计算公式为：
SOD＝SODT-detaSOH
SOD表示各个电池单体容量均衡度。
6.根据权利要求1所述的电池系统各单体电池容量均衡度识别方法，其特征在于，当各个电池单体容量均衡度SOD的最小值非0时，采用公式SOD’＝SOD-min(SOD)对SOD进行处理，min(SOD)表示SOD数组中的最小值。
7.一种电池系统各单体电池容量均衡度识别系统，其特征在于，包括：
可放电容量差异计算模块，用于根据电池放电数据计算各电池单体之间的可放电容量差异；
电池单体容量充电均衡度计算模块，用于当充电数据满足恒流充电的条件时，利用充电数据计算各个电池单体容量充电均衡度；
电池单体之间的可用容量差异计算模块，用于当所述各个电池单体容量充电均衡度中的最大值小于设定阈值时，根据各个电池单体容量充电均衡度和各电池单体之间的可放电容量差异计算各个电池单体之间的可用容量差异；
电池单体容量均衡度计算模块，用于根据各个电池单体之间的可用容量差异和各电池单体之间的可放电容量差异，计算各个电池单体容量均衡度。
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