非均一多个体混联的电池组分布式模型建立系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非均一多个体混联的电池组分布式模型建立系统及方法，本发明专利技术从概率论与数理统计的数学角度入手，考虑了动力电池开路电压、容量、内阻等参数的不一致性，实现了动力电池组参数分布式特征与随机变量概率正态分布之间的联系，符合自然界的基本规律，有效解决因电池单体一致性差异和环境因素所导致的动力电池组模型精度低的难题；本发明专利技术建立在电池单体模型的基础上，从概率论与数理统计的角度，对动力电池组的参数分布式特性进行建模，但对采用的单体建模方法没有限制，因而本发明专利技术具有广泛的适用性和良好的通用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非均一多个体混联的电池组分布式模型建立系统及方法。
技术介绍
随着环境污染日益严重和化石能源大量消耗，电动汽车已成为未来汽车的发展方向。动力电池对电动汽车的动力性、经济性和安全性至关重要，是制约电动汽车规模发展的关键因素。精确的电池模型对动力电池的合理设计和安全运行具有重要意义，是电池荷电状态(SOC)估计、健康状态(SOH)估算和剩余寿命(RUL)预测方法的基础。电池模型发展到现阶段可以按照建模机理的不同划分为表现电池内部特征的电化学模型、简化的电化学模型、热模型等，以及描述电池外部特征的随机模型、神经网络模型、等效电路模型等。其中，电化学模型使用复杂非线性微分方程描述电池内部化学过程；简化的电化学模型用一个降阶方程来表征电池的非线性容量效应及运行时间；热模型主要研究电池的生热、传热过程，可与电化学模型耦合，但这三种模型不能描述电池的I-V特性，不宜用于电气设计与仿真；随机模型主要关注电池的恢复特性，将电池行为描述为一个马尔科夫过程，能够很好地描述电池的脉冲放电特性，但是不适于变电流负载情况；神经网络模型具有良好的非线性映射能力、快速的并行处理能力、较强的自学习和自组织能力等优点，但是需要大量的实验来获取训练数据且模型误差易受训练数据和训练方法的影响；等效电路模型根据电池的物理特性使用不同元器件构成等效电路模型模拟电池的I-V特性，形式简单直观、适宜于电气设计与仿真等。然而，建立一个精确且结构简单的电池模型绝非易事，这是因为电池内部的化学反应涉及化学能、电能、热能等的复杂转换，具有高度的非线性和不确定性。目前上述几种电池建模方法在电池单体模型方面得到了广泛应用，但是，针对的对象主要是电池单体，或者假设所有单体的性能一致，简单地将动力电池组看作是一个按电池单体特性线性放大后的电池单体模型。而实际上，电池组存在不一致性，电池组的不一致性主要是指电池组中包括很多串、并联的电池单体，由于制作工艺的差异，电池单体的输出电压、剩余电量、内阻、容量、自放电率和库伦效率等存在差异，而这种差异导致动力电池组模型并不是简单地将电池单体模型线性放大。实践证明，即使严格控制配料、活浆、涂布、裁剪、辊压等工艺过程，也只是
缩小批量产品之间的标准差，而不能消除单体电池间的不一致性，因此电池组内各个单体电池的性能参数不可能完全一样。现有的单体建模方法未考虑电池组的不一致性，导致电池模型精度低，不能满足现实需求。实际上，相同原材料、同批次的单体电池，开路电压、容量、内阻、循环寿命等性能参数均符合正态分布并且离散程度有限。在相同的电流激励条件下，若考虑组内所有的单体电池，则必有相对的过充过放情况，而且在充放电后期，所有单体的电压分布很复杂，但分布接近马尾曲线。同时，动力电池组中单体电池容量不仅呈正态分布，而且容量最小的单体电压跌落得也最早、最快。实际上，电池单体电压变化过程的一致性渐进也逼近其它性能参数的一致性，如荷电状态SOC等。因此，通过分析动力电池单体参数的正态分布，考虑电池单体串并联和不一致性，可以实现非均一多个体混联的电池组分布式模型系统。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种非均一多个体混联的电池组分布式模型建立系统及方法，本专利技术从概率论与数理统计的数学角度入手，考虑了动力电池开路电压、容量、内阻等参数的不一致性，实现了动力电池组参数分布式特征与随机变量概率正态分布之间的联系，符合自然界的基本规律，有效解决因电池单体一致性差异和环境因素所导致的动力电池组模型精度低的难题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种非均一多个体混联的电池组分布式模型建立系统，包括动力电池组、充放电测试单元、数据存储单元、控制单元和建模单元，其中，所述动力电池组包括了m并n串的动力电池单体，充放电测试单元对动力电池组中的电池单体进行充放电测试，并将测试结果存放入数据存储单元；所述控制单元，根据电池单体的测试参数提取分布式特征并进行概率统计，得到电池单体分布式规律；所述建模单元，根据电池单体分布式规律和电池单体模型，得到电池单体并联模型，考虑当单体并联模块串联时的不一致性，最终建立表征非均一多个体混联的动力电池组分布式模型。所述动力电池组，包括m并n串的动力电池单体，且电池单体材料相同。所述充放电测试单元，包括最大可用容量及内阻测试、复合脉冲充放电测试、HPPC充放电测试、脉冲充放电、不同倍率充放电测试、DST动态特性测试、UDDS测试和多段脉冲放电测试模块。所述测试参数具体包括动力电池组的输出电压、输出电流、电池单体端电压、单体电流和温度的基本数据以及内阻、单体容量、单体SOC、自放电率和库伦效率的过程数据。所述控制单元，根据测试参数对电池参数的分布式特征进行概率统计与数据分析，得到电池参数的正态分布规律和一致性评价体系；得到的电池单体分布式规律，是指根据所述的电池单体模型和所述的电池单体参数分布式规律，得到的与电池单体模型有关参数的分布式规律。一种非均一多个体混联的电池组分布式模型建立系统及方法，具体包括：(1)针对研究对象动力电池组的具体类别，选取代表性动力电池单体；(2)对动力电池单体进行充放电测试，采集动力电池组的过程数据和基本数据；(3)根据测试得到的数据和采用的电池单体模型，运用数理统计方法分析电池参数分布式规律和一致性评价体系；(4)忽略外界影响因素，分析电池模型参数的分布规律；(5)考虑外界因素的影响，分析电池单体模型参数的分布规律对电池组模型参数分布规律的耦合影响关系，获得电池参数一致性统计规律；(6)考虑电池单体之间的不一致性，建立电池单体并联模型，进而考虑电池单体并联模块串联时的不一致性问题，基于获得的电池参数一致性统计规律，建立非均一多个体混联的电池组分布式模型。所述步骤(2)中，依据颁布的有关动力电池测试国家标准，对动力电池单体进行充放电测试，包括最大可用容量及内阻测试、复合脉冲充放电测试、HPPC充放电测试、脉冲充放电、不同倍率充放电测试、DST动态特性测试、UDDS测试和多段脉冲放电测试，通过电池组充放电测试，获取电池测试的基本数据，包括电池组的输出电压、输出电流、电池单体端电压和温度，以及内阻、单体容量、单体SOC、自放电率和库伦效率的过程数据。所述步骤(3)中，通过脉冲放电实验，得到电池单体电压的响应曲线，计算脉冲放电过程中电池的端电压，结合电池单体的测试参数，分析不同SOC下、电池模型不同参数的正态分布，得到动力电池的参数分布式规律和建立电池的一致性评价体系。所述步骤(4)中，根据电池单体的参数分布规律，进行确信度检验，确认控制参数或策略。所述步骤(5)中，若影响某一随机变量的随机因素很多，且这些因素的影响又可叠加，但每个因素独自的影响都不能起决定性作用，则该随机变量服从正态分布。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术公开了一种非均一多个体混联的电池组分布式模型建立系统及方法，基于电池单体参数分布式规律和一致性评价体系，有效解决了因动力电池组一致性差异和环境因素导致的模型误差等问题，克服了现有电池建模技术存在的不足，具有较高的实用价值；(2)与大自然各事物广泛存在正态分布这一现象类似，动力电池因其特殊的材料和化学特性，相同原材料、同批次的单体电池，开路电压、容量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非均一多个体混联的动力电池组分布式模型建立系统，其特征是：包括动力电池组、充放电测试单元、数据存储单元、控制单元和建模单元，其中：所述动力电池组包括了m并n串的动力电池单体，充放电测试单元对动力电池组中的电池单体进行充放电测试，并将测试结果存放入数据存储单元；所述控制单元，根据电池单体的测试参数提取分布式特征并进行概率统计，得到电池单体分布式规律；所述建模单元，根据电池单体分布式规律和电池单体模型，得到电池单体并联模型，考虑当单体并联模块串联时的不一致性，最终建立表征非均一多个体混联的动力电池组分布式模型。

【技术特征摘要】
1.一种非均一多个体混联的动力电池组分布式模型建立系统，其特征是：包括动力电池组、充放电测试单元、数据存储单元、控制单元和建模单元，其中：所述动力电池组包括了m并n串的动力电池单体，充放电测试单元对动力电池组中的电池单体进行充放电测试，并将测试结果存放入数据存储单元；所述控制单元，根据电池单体的测试参数提取分布式特征并进行概率统计，得到电池单体分布式规律；所述建模单元，根据电池单体分布式规律和电池单体模型，得到电池单体并联模型，考虑当单体并联模块串联时的不一致性，最终建立表征非均一多个体混联的动力电池组分布式模型。2.如权利要求1所述的一种非均一多个体混联的动力电池组分布式模型建立系统，其特征是：所述动力电池组，包括m并n串的动力电池单体，且电池单体材料相同。3.如权利要求1所述的一种非均一多个体混联的动力电池组分布式模型建立系统，其特征是：所述充放电测试单元，包括最大可用容量及内阻测试、复合脉冲充放电测试、HPPC充放电测试、脉冲充放电、不同倍率充放电测试、DST动态特性测试、UDDS测试和多段脉冲放电测试模块。4.如权利要求1所述的一种非均一多个体混联的动力电池组分布式模型建立系统，其特征是：所述测试参数具体包括动力电池组的输出电压、输出电流、电池单体端电压、单体电流和温度的基本数据以及内阻、单体容量、单体SOC、自放电率和库伦效率的过程数据。5.如权利要求1所述的一种非均一多个体混联的动力电池组分布式模型建立系统，其特征是：所述控制单元，根据测试参数对电池参数的分布式特征进行概率统计与数据分析，得到电池参数的正态分布规律和一致性评价体系，得到的电池单体分布式规律，是指根据所述的电池单体模型和所述的电池单体参数分布式规律，得到的与电池单体模型有关参数的分布式规律。6.一种非均一多个体混联的动力电池组分布式模型的建模方法，其特征是：具体包括：(1)针对研究对象动力电池组的具体类别，选取代表性动力电池单体；(2)对动力电池单体进行充...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，张奇，商云龙，段彬，李泽元，周忠凯，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37