CN103163467A

CN103163467A - 动力电池组的一致性评价方法

Info

Publication number: CN103163467A
Application number: CN2011104217697A
Authority: CN
Inventors: 吴生先
Original assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Current assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明公开了一种动力电池组的一致性评价方法，包括如下步骤：在预设环境温度下，将动力电池组按照预设放电倍率自荷电状态为100％开始放电，且每当荷电状态降低预设荷电状态且经过预设时间后，以预设脉冲放电电流进行脉冲放电，脉冲放电后继续以当前荷电状态进行放电；计算每个单体电池在每当降低预设荷电状态后的脉冲放电过程中的脉冲放电电压降，根据脉冲放电电压降和预设脉冲放电电流计算每个单体电池的直流内阻，并根据每个单体电池的直流内阻计算直流内阻的标准差；将每个单体直流内阻的标准差与标准差阈值进行比较以对动力电池组的一致性进行评估。本发明操作简单方便、评判准确性高且评判过程快捷、稳定可靠。

Description

动力电池组的一致性评价方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种动力电池的一致性评价方法。

背景技术

随着环境污染的日益加剧和能源危机的日趋严重，迫切需要开发节能环保的新能源汽车。其中，电池技术是阻碍新能源汽车进一步发展的瓶颈所在。为了达到一定的电压、功率和能量等级，需要将多个单体电池串联或并联成组使用，但是由于电池在生产和使用过程中存在的不一致性，成组电池在容量利用、安全和循环寿命等方面的性能远不及单只电池，导致动力电池组无法满足整车性能需求。

针对此问题，传统的解决方法是电池在成组使用前，进行严格的一致性筛查，挑选出一致性好的单体电池组成电池组。其次电池组在使用过程中利用外加电路来管理和均衡电池组中的单体电池的充放电状态，通过释放回路把处在较高电压状态的电池的电压降下来从而达到均衡。其中，动力电池组的一致性评价直接影响到电池组的使用性能，并且是电池均衡控制策略的理论基础，因此如何对成组后的动力电池组进行一致性评价是电池成组应用技术中需要解决的主要问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术问题，特别提出一种动力电池组的一致性评价方法，该方法可以操作简单方法且评判准确性高。

为达到上述目的，本发明的实施例提出了一种动力电池组的一致性评价方法，包括如下步骤：在预设环境温度下，将动力电池组按照预设放电倍率自荷电状态为100％开始放电，且每当所述荷电状态降低预设荷电状态且经过预设时间后，以预设脉冲放电电流进行脉冲放电，脉冲放电后，继续以当前荷电状态进行放电，其中，所述动力电池组包括多个单体电池；计算每个所述单体电池在每当降低所述预设荷电状态后的脉冲放电过程中的脉冲放电电压降，根据所述脉冲放电电压降和所述预设脉冲放电电流计算每个所述单体电池的直流内阻，并根据每个所述单体电池的直流内阻计算所述直流内阻的标准差；将每个所述单体直流内阻的标准差与所述标准差阈值进行比较以对所述动力电池组的一致性进行评估。

根据本发明实施例的动力电池组的一致性评价方法，考虑到电池在放电过程中不同荷电状态下的动态变化过程，并且以电池直流内阻作为评价标准有效表示电池之间的内在差异，操作简单方便、评判准确性高且评判过程快捷、稳定可靠。

在本发明的一个实施例中，所述根据每个所述单体电池的直流内阻计算所述直流内阻的标准差，包括如下步骤：

δ = \sqrt{\frac{Σ_{i = 1}^{n} {(R_{i} - \overset{&OverBar;}{R})}^{2}}{n - 1}},

其中，δ为单体电池的标准差，Ri为第i个电池单体的直流内阻，i＝1，2......n，n为所述动力电池组中单体电池的数量，为所有单体电池的直流内阻的平均值。

在本发明的一个实施例中，当所述单体直流内阻的标准差小于所述标准差阈值时，则判断所述动力电池组的一致性良好，否则判断所述动力电池组的一致性差。

在本发明的一个实施例中，所述预设环境温度为0～50摄氏度。

在本发明的一个实施例中，所述预设放电倍率为0.5～3C。

在本发明的一个实施例中，所述预设荷电状态为10％。

在本发明的一个实施例中，所述预设时间为15～40分钟。

在本发明的一个实施例中，所述预设脉冲放电电流为5～10C。

在本发明的一个实施例中，以预设脉冲放电电流进行脉冲放电的脉冲放电时间为5～20秒。

在本发明的一个实施例中，所述标准差阈值为0.0184。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的动力电池组的一致性评价方法的流程框图；

图2为根据本发明实施例的荷电状态值为50％下的脉冲放电过程中的单体电池的电压电流-时间曲线；以及

图3为根据本发明实施例的动力电池在各个单体电池的直流内阻的标准差-SOC曲线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

由动力电池的基本原理可知，电池的特性不仅与电池的容量、工作电压、内阻相关，在使用过程中也与电池的SOC(State of Charge，荷电状态)密切相关。本发明提出的动力电池组的一致性评价方法在进行电池组一致性评价时，对不同SOC状态下进行各单体电池直流内阻的比较，从而可以得到对电池组的一致性的准确评价。

下面参考图1至图3描述根据本发明实施例的动力电池组的一致性评价方法。

如图1所示，本发明实施例提供的动力电池组的一致性评价方法，包括如下步骤：

步骤S101，在预设环境温度下，将动力电池组按照预设放电倍率自荷电状态为100％开始放电，且每当荷电状态降低预设荷电状态且经过预设时间后，以预设脉冲放电电流进行脉冲放电，脉冲放电后继续以当前荷电状态进行放电。其中。动力电池组中包括有多个单体电池。

在本发明的一个实施例中，预设环境温度可以为0～50摄氏度。在该预设环境温度下，将动力电池组按照预设放电倍率从SOC(State of Charge，荷电状态)为100％开始放电。其中，预设放电倍率为0.5～3C。

每当动力电池组的荷电状态降低预设荷电状态，即放电预设荷电状态后，且经过预设时间后，设置一个脉冲放电过程。其中，预设荷电状态可以为10％，预设时间为15～40分钟。脉冲放电过程为以预设脉冲放电电流I进行的脉冲放电过程。在本发明的一个示例中，预设脉冲放电电流I为5～10C。其中，脉冲放电过程的放电时间可以为5～20秒。

在经过一个脉冲放电过程后，动力电池在当前荷电状态的基础上继续放电。当动力电池组的荷电状态又降低预设荷电状态且经过预设时间后，再经历一个脉冲放电过程，如此循环直至放电完成。

步骤S102，计算每个单体电池在每当降低预设荷电状态后的脉冲放电过程中的脉冲放电电压降，根据脉冲放电电压降和预设脉冲放电电流计算每个单体电池的直流内阻，并根据每个单体电池的直流内阻计算所述直流内阻的标准差。

在步骤S101的放电过程中，计算动力电池组中的每个单体电池的每当降低预设荷电状态后的脉冲放电过程中的脉冲放电电压降ΔVi。图2为动力电池组在SOC为50％下的脉冲放电过程中的电压-时间曲线。如图2所示，在脉冲放电开始时，单体电池出现一个跳跃式的电压降。该电压降是由电池的欧姆电阻引起的压降。随后，电压出现缓慢下降，这部分缓慢下降是由极化内阻引起的压降。

然后根据上述计算到的脉冲放电电压降ΔVi和预设脉冲放电电流I计算相应的各个单体电池的直流内阻Ri。

Ri＝ΔVi/I，

其中，ΔVi为动力电池组中第i个单体电池的脉冲放电电压降，Ri为动力电池组中第i个单体电池的直流内阻，i＝1，2......n，n为所述动力电池组中单体电池的数量。

脉冲过程中的直流内阻可以同时反映电池的欧姆电阻和极化的影响，即由直流内阻体现电池的内在差异。从而，通过比较不同的SOC状态下的直流内阻，可以准确地判断各个单体电池的一致性。

根据计算得到的各个单体电池的直流内阻Ri，单位为欧姆Ω，计算所有单体电池的平均直流内阻

然后，根据各个单体电池的直流内阻Ri以及平均直流内阻

计算动力电池组的直流内组的标准差δ。

δ = \sqrt{\frac{Σ_{i = 1}^{n} {(R_{i} - \overset{&OverBar;}{R})}^{2}}{n - 1}}

其中，δ为单体电池的标准差，Ri为第i个电池单体的直流内阻，i＝1，2......n，n为动力电池组中单体电池的数量，

为所有单体电池的直流内阻的平均值。

图3为单体电池在不同的SOC状态下的直流内阻的标准差δ。从图中可以看出，当SOC位于0～70％时，直流内阻的标准差变化不大，即电池的内在差异不大。当SOC位于70％～100％时，直流内阻的标准差变化较大，即当SOC高压70％时，电池的内阻差异变化明显。

步骤S103，将每个单体直流内阻的标准差与标准差阈值进行比较以对动力电池组的一致性进行评估。

将步骤S102中计算得到的动力电池组的直流内组的标准差δ与标准差阈值进行比较。当单体直流内阻的标准差δ小于所述标准差阈值时，则判断动力电池组具有良好的一致性，否则判断动力电池组的一致性较差。

在本发明的一个示例中，标准差阈值可以为0.0184。

下面以由8节电池组成的动力电池组对动力电池组的一致性进行评判。

具体地，动力电池组包括8节单体电池，分别为单体1～单体8。在预设环境温度为20摄氏度下，将该动力电池组按照预设放电倍率为1C倍率从荷电状态为100％开始进行放电。每当放电10％SOC后，搁置30分钟。然后，设置一个脉冲放电过程。其中，该脉冲放电过程的脉冲放电电流I为56A(7C)，脉冲放电时间为10秒。在该脉冲放电过程结束后，继续放电，重复上述过程直至放电完成。计算脉冲放电过程始末的电压降ΔVi，i＝1，2......8。各级该电压降ΔVi和脉冲放电电流I计算各个单体电池在不同SOC状态下的直流内阻Ri。

根据各个单体电池的不同SOC状态下的直流电阻计算直流内阻的平均值，然后根据该直流内阻的平均值和各个单体电池的不同SOC状态下的直流电阻计算不同SOC状态下的直流内阻的标准差，如表1所示。

表1

从表1中可以看出，当SOC在10～100％范围内，直流内阻R的标准差δ均小于标准差阈值0.0184，从而可以判断该动力电池组具有良好的一致性。

根据本发明实施例的动力电池组的一致性评价方法，考虑到电池在放电过程中不同荷电状态下的动态变化过程，并且以电池直流内阻作为评价标准有效表示电池之间的内在差异，关注了电池在不同荷电状态下的动态效应，且得到对电池组一致性的准确评价。本发明操作简单方便、评判准确性高且评判过程快捷、稳定可靠。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

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可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，″计算机可读介质″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***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读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，计算机可读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介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，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***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他们的组合来实现：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。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种动力电池组的一致性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

在预设环境温度下，将动力电池组按照预设放电倍率自荷电状态为100％开始放电，且每当所述荷电状态降低预设荷电状态且经过预设时间后，以预设脉冲放电电流进行脉冲放电，脉冲放电后继续以当前荷电状态进行放电，其中，所述动力电池组包括多个单体电池；

计算每个所述单体电池在每当降低所述预设荷电状态后的脉冲放电过程中的脉冲放电电压降，根据所述脉冲放电电压降和所述预设脉冲放电电流计算每个所述单体电池的直流内阻，并根据每个所述单体电池的直流内阻计算所述直流内阻的标准差；

将每个所述单体直流内阻的标准差与所述标准差阈值进行比较以对所述动力电池组的一致性进行评估。

2.如权利要求1所述的一致性评价方法，其特征在于，所述根据每个所述单体电池的直流内阻计算所述直流内阻的标准差，包括如下步骤：

δ = \sqrt{\frac{Σ_{i = 1}^{n} {(R_{i} - \overset{&OverBar;}{R})}^{2}}{n - 1}},

其中，δ为单体电池的标准差，Ri为第i个电池单体的直流内阻，i＝1，2......n，n为所述动力电池组中单体电池的数量，

为所有单体电池的直流内阻的平均值。

3.如权利要求2所述的一致性评价方法，其特征在于，当所述单体直流内阻的标准差小于所述标准差阈值时，则判断所述动力电池组的一致性良好，否则判断所述动力电池组的一致性差。

4.如权利要求1所述的一致性评价方法，其特征在于，所述预设环境温度为0～50摄氏度。

5.如权利要求1所述的一致性评价方法，其特征在于，所述预设放电倍率为0.5～3C。

6.如权利要求1所述的一致性评价方法，其特征在于，所述预设荷电状态为10％。

7.如权利要求1所述的一致性评价方法，其特征在于，所述预设时间为15～40分钟。

8.如权利要求1所述的一致性评价方法，其特征在于，所述预设脉冲放电电流为5～10C。

9.如权利要求1所述的一致性评价方法，其特征在于，以预设脉冲放电电流进行脉冲放电的脉冲放电时间为5～20秒。

10.如权利要求1所述的一致性评价方法，其特征在于，所述标准差阈值为0.0184。