一种动力电池一致性计算及校验方法与流程

1.本发明涉及能源计算领域，尤其是涉及一种动力电池一致性计算及校验方法。


背景技术：

2.磷酸铁锂电池因具有高安全性在新能源汽车市场占有率逐年增加，市场对磷酸铁锂电池管理系统要求越来越高。磷酸铁锂电池因具有电压平台区，对于电芯一致性计算难点。
3.现阶段主要电芯一致性计算方法为ocv-soc查表法、单电芯容量实时计算法、dq/dv法。ocv-soc查表法通过静置后的端电压进行ocv-soc（open circuit voltage, ocv;state of charge，soc）查表得到每串电芯的soc，计算每串电芯间soc差异确定电芯间一致性。
4.单电芯容量实时计算法为车载控制器实时计算每串电芯剩余容量，通过每串电芯剩余差异得出电芯间差异，该方法适用不同种类电池，但是对于上百串或者更多串电池包计算每串电芯剩余容量需要消耗大量内存资源，对控制器选择有内存要求，增加车载控制器硬件成本。dq/dv法主要通过获取充电过程中电压数据，进行dq/dv计算出峰谷值与标定峰谷值对比，该方法受温度、电池老化影响比较大。
5.例如，一种在中国专利文献上公开的“电池不一致性的评估方法”，其公开号为cn112924870a，包括计算方法不适用于各类电池，但对数量过多的串电池包计算每串电池电芯剩余容量需要消耗大量内存资源，对车载控制器硬件要求过高的问题。


技术实现要素：

6.本发明是为了克服现有技术中，单电芯容量实时算法对数量过多的串电池包计算每串电池电芯剩余容量需要消耗大量内存资源，对车载控制器硬件要求过高，且受电池温度、电池老化状态影响较大的问题，提供一种动力电池一致性计算及校验方法。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种动力电池一致性计算及校验方法，利用磷酸铁锂电池存在两个平台区的特性，充电过程中相同时间内平台区电压增量与非平台区电压增量存在较大差异，计算电芯一致性差异。
8.磷酸铁锂电池充电过程中，处于非平台区的电压增量增长速率较快，且在soc中间区域（20%＜soc＜80%）内，电池的ocv变化极小，电池整体处于平台区，且存在两个平台区，中间存在一个ocv变化较大区；而在soc的两端区间（soc＜10%或soc＞90%），ocv的变化率较大，锂电池的ocv-soc曲线整体呈现中间平台区平坦，头尾两端陡峭的样子；通过实际的电池容量剩余电量计算与ocv-soc曲线进行一致性差异对比，减少整体方案受电池温度、电池老化的影响，提高一致性计算的准确性。
9.作为优选，动力电池一致性的计算方法包括以下步骤：步骤sa1：计算充电过程中每串电芯
△
t时间内电压增量达到vste时充电容量
qchg；步骤sa2：对比不同电芯间qchg的差异值，得到各电芯间一致性差异。
10.通过计算不同电芯充电过程中滑窗时间
△
t电压增量满足阈值时的充电容量进行一致性计算，方法简单可靠，不受电芯老化因素影响。
11.作为优选，所述校验方法包括以下步骤：步骤sb1：获取当前动力电池组内的各项数据；步骤sb2：通过当前电池组内电芯的各项数据与设定阈值进行对比，若满足阈值条件，则进行后续步骤；若不满足，则重新进行步骤sb1；步骤sb3：通过步骤sb2的阈值对比，得出电池各电芯间容量差异，反映出电芯一致性情况。
12.进一步的，步骤sb1中当前动力电池组内的各项数据包括当前动力电池组内的最高温度tmax、最低温度tmin、每串电芯的电压vi、当前各电芯充电状态。
13.进一步的，当前各电芯充电状态包括各电芯中的最大充电功率、最小充电功率和起始充电电压。
14.进一步的，步骤sb2包括以下步骤：步骤sb21：设定当前动力电池组内最高温度阈值tset1、最低温度阈值tset2，最大功率阈值powerset1、最低功率阈值powerset2，电芯起始电压vstar；步骤sb22：将当前电池组内各电芯的数据与设定阈值进行比对，若各项数据满足条件tmax＜tset1，tmin＞tset2，powerset1＞充电功率＞powerset2，vi＞vstar，则进行后续步骤；若有一项数据不满足，则进行步骤sb1；步骤sb23：计算每串电芯滑窗时间
△
t电压增量vaddi，
△
t=t1-t2，t1为前一个记录时间，t2为当前时间，vadd=v2-v1，v1为t1对应电压，v2为t2对应电压；步骤sb24：设定电压增量阈值为vaddset，若vaddi＞vaddset，则记录当前充电容量qchgi并执行下一步骤，若不满足上述条件，则返回步骤sb1；步骤sb25：判断所有电芯电压增量，若所有串电芯均满足vaddi＞vaddset，则执行下一步骤，若不满足上述条件，则返回步骤sb1；步骤sb26：计算qchgmin=min(qchgi)，qchgdiffi= qchgi
‑ꢀ
qchgmin, qchgdiffi为第i串电芯比最高容量电芯小的容量，执行步骤sb3。
15.其中，i代表电芯串数，i=1，2，3
……
n，n为总串数；通过计算不同电芯充电过程中滑窗时间
△
t电压增量满足阈值时的充电容量进行一致性计算，方法简单可靠，不受电芯老化因素影响。
16.进一步的，电芯起始电压vstar为开始计算时间电压增量的起始电压，防止因电池容量较低或电压变化过大导致对后续计算造成干扰。
17.进一步的，qchgdiffi较小则判断动力电池一致性较好，较大则判断动力电池一致性较差。
18.整体检测过程通过检测电池各个单体电芯的电流、电压、电芯温度、电阻信息，并检测充放电瞬间的电流、电压和温度值及其增长速率，保证充电电压或放电电压均处于阈值最大电压tset1和阈值最小电压tset2之间，且保持温度不超过规定的动力电池正常工作范围阈值，使得动力电池保持在正常工作状态下长期工作，在进行动力电池一致性计算的
过程中保证动力电池的使用寿命，且提高计算结果准确度。
19.进一步的，计算检测过程中记录电池电芯充放电过程中5秒内的电压增长率和温度增长率变化，同时电池的内阻状态一致性正常，则将充放电电流以每10%为梯度进行充放电限制，并对每个梯度的充放电时间进行阈值控制，通过传感器分析电池电芯温度的增长率是否在5秒内迅速超过该电池电芯的理论阈值极限，若在5秒内超过温度增量极限值，则停止放电并发出预警信号，同时隔离电池与整车之间的电力线路连接。
20.连续反馈电池数据信息，保证电池充放电过程安全性，实时上传电池当前数据进入历史数据记录，为后续平台比对提供预警模板，能够在线实时检测电压、电流、电阻、温度和汽车位置gps信息等，并发出预警信息，具有在线预警和止损功能，有效防止电动汽车用动力电池安全性异常的发生，充分挖掘和分析安全异常的影响因素，实用性强。
21.因此，本发明具有如下有益效果：通过计算不同电芯充电过程中滑窗时间
△
t电压增量满足阈值时的充电容量进行一致性计算，方法简单可靠，不受电芯老化因素影响；电容计算及检测校验过程保持电池工作环境，在进行动力电池一致性计算的过程中保证动力电池的使用寿命，提高计算结果准确度；只需要较少的内存即可计算大量电芯数据，对车载控制器的硬件要求较低，降低整体方案的实施成本，提高方案适用性。
附图说明
22.图1是磷酸铁锂ocv-soc曲线；图2是本发明的计算及校验方法流程。
具体实施方式
23.下面结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步具体的描述。
24.本发明是为了克服现有技术中，单电芯容量实时算法对数量过多的串电池包计算每串电池电芯剩余容量需要消耗大量内存资源，对车载控制器硬件要求过高，且受电池温度、电池老化状态影响较大的问题，提供一种动力电池一致性计算及校验方法。
25.如图1所示，磷酸铁锂电池充电过程中，处于非平台区的电压增量增长速率较快，且在soc中间区域（20%＜soc＜80%）内，电池的ocv变化极小，电池整体处于平台区，且存在两个平台区，中间存在一个ocv变化较大区；而在soc的两端区间（soc＜10%或soc＞90%），ocv的变化率较大，锂电池的ocv-soc曲线整体呈现中间平台区平坦，头尾两端陡峭的样子；通过实际的电池容量剩余电量计算与ocv-soc曲线进行一致性差异对比，减少整体方案受电池温度、电池老化的影响，提高一致性计算的准确性。
26.动力电池一致性的计算方法包括以下步骤：步骤sa1：计算充电过程中每串电芯
△
t时间内电压增量达到vste时充电容量qchg；步骤sa2：对比不同电芯间qchg的差异值，得到各电芯间一致性差异。
27.通过计算不同电芯充电过程中滑窗时间
△
t电压增量满足阈值时的充电容量进行一致性计算，方法简单可靠，不受电芯老化因素影响。
28.如图2所示，校验方法包括以下步骤：步骤sb1：获取当前动力电池组内的各项数据；步骤sb2：通过当前电池组内电芯的各项数据与设定阈值进行对比，若满足阈值条件，则进行后续步骤；若不满足，则重新进行步骤sb1；步骤sb3：通过步骤sb2的阈值对比，得出电池各电芯间容量差异，反映出电芯一致性情况。
29.步骤sb1中当前动力电池组内的各项数据包括当前动力电池组内的最高温度tmax、最低温度tmin、每串电芯的电压vi、当前各电芯充电状态。
30.当前各电芯充电状态包括各电芯中的最大充电功率、最小充电功率和起始充电电压。
31.步骤sb2包括以下步骤：步骤sb21：设定当前动力电池组内最高温度阈值tset1=55℃、最低温度阈值tset2=0℃，最大功率阈值powerset1=7kw、最低功率阈值powerset2=2kw，电芯起始电压vstar=10mv；步骤sb22：将当前电池组内各电芯的数据与设定阈值进行比对，若各项数据满足条件tmax＜55℃，tmin＞0℃，7kw＞充电功率＞2kw，vi＞10mv，则进行后续步骤；若有一项数据不满足，则进行步骤sb1；步骤sb23：计算每串电芯滑窗时间
△
t=120s情况下的电压增量vaddi，
△
t=t1-t2，t1为前一个记录时间，t2为当前时间，vadd=v2-v1，v1为t1对应电压，v2为t2对应电压；步骤sb24：设定电压增量阈值为vaddset，若vaddi＞10mv，则记录当前充电容量qchgi并执行下一步骤，若不满足上述条件，则返回步骤sb1；步骤sb25：判断所有电芯电压增量，若所有串电芯均满足vaddi＞vaddset，则执行下一步骤，若不满足上述条件，则返回步骤sb1；步骤sb26：计算qchgmin=min(qchgi)，qchgdiffi= qchgi
‑ꢀ
qchgmin, qchgdiffi为第i串电芯比最高容量电芯小的容量，执行步骤sb3。
32.其中，i代表电芯串数，i=1，2，3
……
n，n为总串数；通过计算不同电芯充电过程中滑窗时间
△
t电压增量满足阈值时的充电容量进行一致性计算，方法简单可靠，不受电芯老化因素影响。
33.电芯起始电压vstar为开始计算时间电压增量的起始电压，防止因电池容量较低或电压变化过大导致对后续计算造成干扰。
34.qchgdiffi较小则判断动力电池一致性较好，较大则判断动力电池一致性较差。
35.整体检测过程通过检测电池各个单体电芯的电流、电压、电芯温度、电阻信息，并检测充放电瞬间的电流、电压和温度值及其增长速率，保证充电电压或放电电压均处于阈值最大电压tset1和阈值最小电压tset2之间，且保持温度不超过规定的动力电池正常工作范围阈值，使得动力电池保持在正常工作状态下长期工作，在进行动力电池一致性计算的过程中保证动力电池的使用寿命，且提高计算结果准确度。
36.计算检测过程中记录电池电芯充放电过程中5秒内的电压增长率和温度增长率变化，同时电池的内阻状态一致性正常，则将充放电电流以每10%为梯度进行充放电限制，并对每个梯度的充放电时间进行阈值控制，通过传感器分析电池电芯温度的增长率是否在5
秒内迅速超过该电池电芯的理论阈值极限，若在5秒内超过温度增量极限值，则停止放电并发出预警信号，同时隔离电池与整车之间的电力线路连接。
37.连续反馈电池数据信息，保证电池充放电过程安全性，实时上传电池当前数据进入历史数据记录，为后续平台比对提供预警模板，能够在线实时检测电压、电流、电阻、温度和汽车位置gps信息等，并发出预警信息，具有在线预警和止损功能，有效防止电动汽车用动力电池安全性异常的发生，充分挖掘和分析安全异常的影响因素，实用性强。
38.以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。