一种多电池单体均衡方法

一种多电池单体均衡方法
【技术领域】
[0001]本专利属于新能源汽车的电池管理系统领域，特别是涉及电池管理系统均衡控制方面。
【背景技术】
[0002]电动汽车是未来汽车产业重要的发展方向。锂电池具有比能量和比体积大、工作电压等级高、无记忆效应、自放电率低、无污染等优点，锂电池逐渐成为电动汽车的首选动力源。为了增加电动汽车的续航里程，保持电动汽车锂电池性能良好，并优化锂电池的电性能，对电池系统进行有效全面的监控和管理是非常有必要的，电动汽车使用的BMS(BatteryManagement System)主要有以下几个功能:电池均衡，电池参数检测，电池状态估计，在线故障诊断，电池安全控制与报警，充电控制等。
[0003]电池组均衡技术是锂电池管理系统的关键任务之一，如何准确的检测出电池组中需均衡的电池是电池组均衡技术所面临的难题。在已有的专利中也曾有对锂电池管理系统均衡控制的描述，如名为一种锂电池管理系统均衡控制方法的专利号(专利号为201010267200.5)，该专利将过充(电压偏高)的电池进行识别并放电的方法来达到电池的一致性。该专利通过电池组中电池间的电压差值决定是否对电池进行均衡，此类方案判断条件过于单一，均衡判断过程中，由于电池的直流内阻、极化电压和容量等存在差异，均衡判断的结果会随着电池组工作状况的变化而改变，出现不稳定的问题。
[0004]为了能准确，实时的识别电池组中需均衡的电池单体，提高电池组的可用容量，本发明提出了一种多电池单体均衡方法。与已有的电池管理系统均衡控制方法相关专利比较，本发明锂电池管理系统均衡控制方法将异常点检测应用于多个电池单体中的不均衡单体的识别中，通过信息特征分析，准确检测出电池组中需均衡的电池，并通过电阻放电方式进行均衡，改善电池组的一致性问题，提高电池组的可同容量，大幅提高动力电池组的整体性能，有效的延长电池组的使用寿命，大大降低整车的使用和维护成本。

【发明内容】

[0005]本发明提出的一种多电池单体均衡方法:
[0006](I)采用单体电池的特征参数(电压，SOC等)作为判断电池是否需要均衡的依据；对电池组中电池单体的属性值运用ζ-score标准化方法进行预处理；求取电池单体的异常度，每一节单体的异常度为该单体与电池组中其他所有单体的欧式距离之和。
[0007](2)若电池组中电池单体异常度的极差小于设定阀值，则电池单体都属于正常类。
[0008](3)若电池组中电池单体都属于正常类，则该正常类不需放电均衡。
[0009](4)若电池组中电池单体异常度的极差大于设定阀值，则将电池组中的电池单体进行归类，电池组分为正常类和异常类。获取正常类和异常类:根据每一节电池单体的异常度对所有单体进行排序，并求取相邻单体之间的异常度差值，将具有最大差值的两节单体作为初始聚类中心；然后根据误差平方和准则，对电池组中所有单体进行动态聚类，待所有单体归类完毕，统计各类中单体的数目，把数量小的类归为异常类，数量大的类归为正常类。
[0010](5)若电池组分为正常类和异常类，判断异常类是否分为异常类I和异常类2。在正常类中选取一个电池单体，异常类中选取一个电池单体，该电池单体属于异常类2。计算异常类中剩余电池单体与选取的电池单体之间的距离，若异常类中某一节电池单体与异常类中选取的电池单体之间的距离大于该电池单体与正常类中选取的电池单体之间的距离，则该电池单体属于异常类1，否则该电池单体属于异常类2。分别统计异常类1、异常类2中电池单体的个数。若异常类1、异常类2中电池单体个数都小于异常类中电池单体总数，则异常类分为异常类I和异常类2，否则异常类不分为异常类I和异常类2。
[0011](6)若电池组分为正常类和异常类，并且异常类分为异常类I和异常类2，异常类I中最大异常度的电池单体所有属性值均大于0，则异常类I为需均衡类，异常类2和正常类不需放电均衡，否则异常类2为需均衡类，异常类I和正常类不需放电均衡。
[0012](7)若电池组分为正常类和异常类，并且异常类不分为异常类I和异常类2，异常类中最大异常度的电池单体所有属性值均大于0，则异常类为需均衡类，正常类不需放电均衡，否则正常类为需均衡类，异常类不需放电均衡。
[0013](8)对需均衡类中的所有电池单体通过电阻放电的方式进行均衡。
【附图说明】
[0014]图1为本发明提出的一种多电池单体均衡方法总体设计框图；
[0015]图2为本发明中电池组分为正常类和异常类的流程图；
[0016]图3为本发明中获取需放电均衡类的流程图。
【具体实施方式】
[0017]图1为一种多电池单体均衡方法总体设计框图，采集动力电池系统中各电池特征参数(电压，SOC等)，不均衡电池单体识别模块对多个电池进行信息特征分析，识别出需均衡的电池单体，均衡控制对需均衡的电池单体通过电阻放电的方式进行均衡。
[0018]图2为电池组分为正常类和异常类的流程图:首先，采集电池组中所有电池的特征数据；其次，对电池组中电池单体的属性值运用Ζ-score标准化方法进行预处理；再次，求取电池单体的异常度，每一节单体的异常度为该单体与电池组中其他所有单体的欧式距离之和；然后，根据每一节电池单体的异常度对所有单体进行排序，并求取相邻单体之间的异常度差值，将具有最大差值的两节单体作为初始聚类中心；最后，根据误差平方和准则，对电池组中所有单体进行动态聚类，待所有单体归类完毕，统计各类中单体的数目，把数量小的类归为异常类，数量大的类归为正常类。
[0019]图3为电池组分为异常类和正常类后，获取需放电均衡类的流程图。
[0020](I)判断异常类是否分为异常类I和异常类2:在正常类与异常类中各选取一个电池单体，计算异常类中剩余电池单体与选取的电池单体之间的距离，若异常类中某一节电池单体与异常类中选取的电池单体之间的距离大于该电池单体与正常类中选取的电池单体之间的距离，则该电池单体属于异常类1，否则该电池单体属于异常类2。分别统计异常类1、异常类2中电池单体的个数。若异常类1，异常类2中电池单体个数都小于异常类中电池单体个数，则异常类分为异常类I和异常类2，否则异常类不分为异常类I和异常类2。
[0021](2)若异常类分为异常类I和异常类2，并且异常类I中最大异常度的电池单体所有属性值均大于0，则异常类I为需放电均衡类，异常类2和正常类为不需放电均衡类，否则异常类2为需放电均衡类，异常类I和正常类为不需放电均衡类。
[0022](3)若异常类不分为异常类I和异常类2，并且异常类中最大异常度的电池单体所有属性值均大于0，则异常类为需放电均衡类，正常类为不需放电均衡类，否则正常类为需放电均衡类，异常类为不需放电均衡类。
【主权项】
1.一种多电池单体均衡方法，其特征在于: (1)采用单体电池的特征参数(电压，SOC等)作为判断电池是否需要均衡的依据；对电池组中电池单体的属性值运用Z-Score标准化方法进行预处理；求取电池单体的异常度，每一节单体的异常度为该单体与电池组中其他所有单体的欧式距离之和。 (2)若电池组中电池单体异常度的极差小于设定阀值，则电池单体都属于正常类。 (3)若电池组中电池单体都属于正常类，则该正常类不需放电均衡。 (4)若电池组中电池单体异常度的极差大于设定阀值，则将电池组中的电池单体进行归类，电池组分为正常类和异常类。获取正常类和异常类:根据每一节电池单体的异常度对所有单体进行排序，并求取相邻单体之间的异常度差值，将具有最大差值的两节单体作为初始聚类中心；然后根据误差平方和准则，对电池组中所有单体进行动态聚类，待所有单体归类完毕，统计各类中单体的数目，把数量小的类归为异常类，数量大的类归为正常类。 (5)若电池组分为正常类和异常类，判断异常类是否分为异常类I和异常类2。在正常类中选取一个电池单体，异常类中选取一个电池单体，该电池单体属于异常类2。计算异常类中剩余电池单体与选取的电池单体之间的距离，若异常类中某一节电池单体与异常类中选取的电池单体之间的距离大于该电池单体与正常类中选取的电池单体之间的距离，则该电池单体属于异常类1，否则该电池单体属于异常类2。分别统计异常类1、异常类2中电池单体的个数。若异常类1、异常类2中电池单体个数都小于异常类中电池单体总数，则异常类分为异常类I和异常类2，否则异常类不分为异常类I和异常类2。 (6)若电池组分为正常类和异常类，并且异常类分为异常类I和异常类2，异常类I中最大异常度的电池单体所有属性值均大于0，则异常类I为需均衡类，异常类2和正常类不需放电均衡，否则异常类2为需均衡类，异常类I和正常类不需放电均衡。 (7)若电池组分为正常类和异常类，并且异常类不分为异常类I和异常类2，异常类中最大异常度的电池单体所有属性值均大于0，则异常类为需均衡类，正常类不需放电均衡，否则正常类为需均衡类，异常类不需放电均衡。 (8)对需均衡类中的所有电池单体通过电阻放电方式进行均衡。
【专利摘要】本发明提出一种多电池单体均衡方法。采用单体电池的特征参数(电压，SOC等)作为判断电池是否需要均衡的依据；对电池组中电池单体的属性值运用z-score标准化方法进行预处理；求取电池单体的异常度，每一节单体的异常度为该单体与电池组中其他所有单体的欧式距离之和；根据每一节电池单体的异常度对所有单体进行排序，并求取相邻单体之间的异常度差值，将具有最大差值的两节单体作为初始聚类中心；然后根据误差平方和准则，对电池组中所有单体进行动态聚类，待所有单体归类完毕，统计各类中单体的数目，把具有最少单体个数的类归为异常，数量较大的类归为正常；对异常类和正常类进行再次判断，输出需均衡的单体，并对需均衡的单体通过电阻进行放电。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN104882914
【申请号】CN201410069602
【发明人】朴昌浩, 曹菊, 张艳, 苏岭
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月28日