一种聚合物锂电池组一致性检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种聚合物锂电池组一致性检测方法及系统，包括电容传感器、数据采集器及图像成像器，测量待测聚合物锂电池组电容传感器电极间的电容值，采用电容层析成像图像重构算法将电容值重构出聚合物锂电池组内部介电常数分布，建立聚合物锂电池组内部介电常数分布与一致性的标准关系曲线，将标准关系曲线与待测聚合物锂电池组内部介电常数分布进行对比，得到待测聚合物锂电池组的一致性。本发明专利技术具有非侵入、响应速度快及操作方便等优点。

Method and system for detecting consistency of polymer lithium battery group

The invention discloses a polymer lithium battery consistency detection method and system, including capacitive sensor, data collector and image forming apparatus, measuring capacitor electrode capacitance sensor lithium polymer battery and the value of the capacitance value reconstruction of polymer lithium battery group internal dielectric constant distribution using image reconstruction algorithm for electrical capacitance tomography the establishment of standard curve, polymer lithium battery internal dielectric constant distribution and consistency, the standard curve and the measured polymer lithium battery group internal dielectric constant distribution compared to measure the consistency of polymer lithium battery. The invention has the advantages of non invasion, fast response, convenient operation, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物锂电池组一致性检测方法及系统
本专利技术涉及电池检测领域，具体涉及一种聚合物锂电池组一致性检测方法及系统。
技术介绍
从各种电子产品、通讯设备、自动化仪器仪表和各种电动工具到电动自行车、电动汽车，甚至到航天、航空等军事领域，无不与锂电池紧密相连，因具有能量密度高、质量轻、安全性能好等其他储能电池不可比拟的优势，锂电池的未来发展前景十分广阔。锂电池包括传统金属壳锂电池和聚合物锂电池两大类，聚合物锂电池由于比能量密度高更具发展前景。众所周知，在现有的动力电池技术水平下，必须使用多个单体电池进行串并联组合来满足使用要求。由于同一类型、同一规格、同一型号电池间在电压、内阻、容量等方面的参数值存在差别，即电池性能存在不一致性，使电池组的性能、寿命和安全性在经过一定的充放电循环之后会有不同程度的下降，表现为容量衰减的加速和电池组内单体一致性的差别变大，导致整组提前失效，并可能引发安全问题，严重影响其应用。电池组各单体一致性的水平，决定了电池组在运输和存储过程的保质期，以及使用时的容量发挥。因此，如何保证电池组内各单体电池的一致性是保证电池组性能的关键。目前，国内外用于电池组一致性检测的主要方法有两种：组装前根据在恒流放电下测试的内阻、电压和容量对电池单体进行一致性分类筛选，该方法只能反应电池单体在该环境和条件下在电压、容量和内阻的一致性，不能反映高电压、大容量的电池组运行时的一致性，随着使用环境和条件的改变,其一致性也会发生明显改变；通过电池管理系统监控电池组的状态，并对电池进行必要的均衡处理，这类方法大多是基于电池间外电压差异进行一致性评价，不能有效指示电池间的内在差异。由此可见，电池组使用的环境复杂，电池多并联和串联使用，且电流变化频繁，现有单体电池一致性检测方法无法适应对电池一致性的需求。
技术实现思路
为解决上述存在的问题与缺陷，本专利技术提供了一种基于电容层析成像的聚合物锂电池组一致性检测方法及系统。本专利技术采用如下技术方案：一种聚合物锂电池组一致性检测方法，包括：测量待测聚合物锂电池组电容传感器电极间的电容值；采用电容层析成像图像重构算法将电容值重构出聚合物锂电池组内部介电常数分布；建立聚合物锂电池组内部介电常数分布与一致性的标准关系曲线；将标准关系曲线与待测聚合物锂电池组内部介电常数分布进行对比，得到待测聚合物锂电池组的一致性。所述采用电容层析成像图像重构算法，具体为：ECT线性化物理模型为C＝SG(1)其中，C∈Rm为电容值归一化向量，S∈Rm×n为灵敏度矩阵，G∈Rn为归一化的图像灰度值向量，利用共轭梯度算法进行求解；对于一个s×t维，n电极的平面阵列，第i极板上的电荷量qi由式(2)给出其中，V为该激励电极和检测电极的电势差，Cij为极板间的互电容，设内部不一致的被测物与一致的被测物的介质分布情况分别为ε0(x，y)和ε1(x，y)，在相同的电压激励下，二者在电极i上测的电荷量之差Δqi为其中，分别为介质分布情况为ε0(x，y)和ε1(x，y)时电容的测量值，为了衡量Δq值的大小，引入向量的二范数概念，则k值越大，越容易得到内部介电常数的差异k＝||Δq||2＝||(Δq1,Δq2,…,Δqn)||2(4)。所述建立聚合物锂电池组内部介电常数分布与一致性的标准关系曲线，具体为：对一致性良好标准件电池组进行检测，根据电池组内部不同取点位置介电常数值绘制介电常数曲线，采用电池组最大可用容量和初始荷电状态介电常数差异对上述曲线进行修正得到具有良好一致性的电池组的介电常数曲线用于评价电池组的一致性。一种实现聚合物锂电池组一致性检测方法的装置，包括电容传感器，包括印制在绝缘FPC基板的敏感电极面阵列；数据采集器，用于测量电容传感器电极间的电容值；图像成像器：用所测量电容值进一步得到聚合物锂电池组内部介电常数分布，并根据聚合物锂电池组内部介电常数分布与一致性的关系曲线，将聚合物锂电池组内部介电常数分布转换成相应的聚合物锂电池组一致性。所述敏感电机面阵列横向或纵向设置于电池组表面，所述电极为矩形金属片。所述数据采集器由DDS信号发生器、电极选通电路、电容/电压转换电路、可编程增益电路及模数转换电路；所述DDS信号发生器、电极选通电路、电极面阵列、电容/电压转换电路、可编程增益电路及模数转换电路依次连接。本专利技术的有益效果：该测量方法通过电容层析成像技术进行聚合物锂电池组一致性实时评估工作，优于传统电池单体一致性检测方式，解决现有电池组一致性检测方法难以检测使用状态下的电池组难题，为电池组寿命预测、负载控制等提供依据，具有非侵入、响应速度快、操作方便等优点。附图说明图1是本专利技术方法的工作流程图；图2是本专利技术的原理示意图；图3是本专利技术的结构连接图；图4是本专利技术的数据采集器的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1-图4所示，一种聚合物锂电池组一致性检测方法，包括如下步骤：步骤一测量待测聚合物锂电池组电容传感器电极间的电容值；步骤二采用电容层析成像图像重构算法将电容值重构出聚合物锂电池组内部介电常数分布，具体为：ECT线性化物理模型为C＝SG(1)其中，C∈Rm为电容值归一化向量，S∈Rm×n为灵敏度矩阵，G∈Rn为归一化的图像灰度值向量。利用共轭梯度算法进行求解，其特点是收敛速度快，成像精度高。对于一个s×t维，n电极的平面阵列，第i极板上的电荷量qi由式(2)给出其中，V为该激励电极和检测电极的电势差，Cij为极板间的互电容。设内部不一致的被测物与一致的被测物的介质分布情况分别为ε0(x，y)和ε1(x，y)。在相同的电压激励下，二者在电极i上测的电荷量之差Δqi为其中，分别为介质分布情况为ε0(x，y)和ε1(x，y)时电容的测量值。为了衡量Δq值的大小，可引入向量的二范数概念k＝||Δq||2＝||(Δq1,Δq2,…,Δqn)||2(4)可见，k值越大，越容易得到ε0(x，y)和ε1(x，y)二者分布情况差异。步骤三建立聚合物锂电池组内部介电常数分布与一致性的标准关系曲线；具体为：对一致性良好标准件电池组进行检测，根据电池组内部不同取点位置介电常数值绘制介电常数曲线，采用电池组最大可用容量和初始荷电状态介电常数差异对上述曲线进行修正得到具有良好一致性的电池组的介电常数与一致性的标准关系曲线，用于评价电池组的一致性。将标准关系曲线与待测聚合物锂电池组内部介电常数分布进行对比，得到待测聚合物锂电池组的一致性。实现本专利技术检测方法的检测装置，包括：电容传感器，包括印制在绝缘FPC基板的敏感电极面阵列，所述敏感电极面阵列横向或纵向设置于电池组表面，所述电极为矩形金属片。数据采集器，用于测量电容传感器电极间的电容值，所述数据采集器由DDS信号发生器、电极选通电路、电容/电压转换电路、可编程增益电路及模数转换电路；所述DDS信号发生器、电极选通电路、电极面阵列、电容/电压转换电路、可编程增益电路及模数转换电路依次连接。图像成像器：用所测量电容值进一步得到聚合物锂电池组内部介电常数分布，并根据聚合物锂电池组内部介电常数分布与一致性的关系曲线，将聚合物锂电池组内部介电常数分布转换成相应的聚合物锂电池组一致性。上述电容传感器的结构参见图3，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物锂电池组一致性检测方法，其特征在于，包括：测量待测聚合物锂电池组电容传感器电极间的电容值；采用电容层析成像图像重构算法将电容值重构出聚合物锂电池组内部介电常数分布；建立聚合物锂电池组内部介电常数分布与一致性的标准关系曲线；将标准关系曲线与待测聚合物锂电池组内部介电常数分布进行对比，得到待测聚合物锂电池组的一致性。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物锂电池组一致性检测方法，其特征在于，包括：测量待测聚合物锂电池组电容传感器电极间的电容值；采用电容层析成像图像重构算法将电容值重构出聚合物锂电池组内部介电常数分布；建立聚合物锂电池组内部介电常数分布与一致性的标准关系曲线；将标准关系曲线与待测聚合物锂电池组内部介电常数分布进行对比，得到待测聚合物锂电池组的一致性。2.根据权利要求1所述的一种聚合物锂电池组一致性检测方法，其特征在于，所述采用电容层析成像图像重构算法，具体为：ECT线性化物理模型为C＝SG(1)其中，C∈m为电容值归一化向量，S∈Rm×n为灵敏度矩阵，G∈Rn为归一化的图像灰度值向量，利用共轭梯度算法进行求解；对于一个s×t维，n电极的平面阵列，第i极板上的电荷量qi由式(2)给出其中，V为该激励电极和检测电极的电势差，Cij为极板间的互电容，设内部不一致的被测物与一致的被测物的介质分布情况分别为ε0(x，y)和ε1(x，y)，在相同的电压激励下，二者在电极i上测的电荷量之差Δqi为其中，分别为介质分布情况为ε0(x，y)和ε1(x，y)时电容的测量值，为了衡量Δq值的大小，引入向量的二范数概念，则k值越大，越容易得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪晓斌，谢烁熳，许维蓥，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44