一种锂离子电池组可用能量计算方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池组可用能量计算方法。该方法包括如下步骤：S1、检测待测锂离子电池组(均分为n个电池组)中各锂离子电池单体的容量和中值电压，S2、求出任意一个电池组Yj的容量的分布函数；S3、根据分布函数求出Yj的期望值EYj和方差Var(Yj)；S4、计算n个电池组的总容量Qsum的临界值Tn；S5、最后求得n个电池组的总能量En即为待测锂离子电池组可用能量。该方法利用对于同一批次的新锂离子电池或锂离子电池使用工况相同时，锂离子电池参数(容量)往往服从正态分布，因此，通过锂离子电池单体参数(容量)分布计算锂离子电池单体成组后的锂离子电池组可用能量，有利于锂离子电池制造厂商或锂离子电池使用者评价不同电压等级下的锂离子电池成组后的表现。

Method for calculating available energy of lithium ion battery set

The invention relates to a method for calculating the available energy of a lithium ion battery pack. The method comprises the following steps: S1, detecting lithium ion batteries (divided into n batteries) in the lithium ion battery monomer capacity and median voltage, S2, calculate the distribution function of an arbitrary battery capacity of Yj; S3, according to the distribution function for the expected value of Yj EYj and the variance of Var (Yj); the critical value of Tn total capacity of Qsum S4, calculates n battery; total energy En S5, finally obtained n battery is a lithium ion battery to measure the available energy. The method for using the same batch of new lithium ion battery or lithium ion battery conditions are the same, the lithium ion battery parameters (capacity) tend to obey the normal distribution, therefore, the lithium ion battery monomer distribution parameters (capacity) set of available energy lithium ion cell calculation of lithium ion battery monomer group, a for lithium ion batteries or lithium ion battery manufacturer user evaluation of lithium-ion battery group under different voltage level after the performance.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池组可用能量计算方法
本专利技术涉及新能源车辆的电池管理领域，具体说是一种锂离子电池组可用能量计算方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池材料和电池制造技术飞速发展。国内外电池厂家不断地生产出大容量、高比能量和高安全性的电池，使得锂离子电池在电动汽车、储能和轨道交通等领域得到广泛的应用。尽管锂离子电池制造工艺上的进步在一定程度上减小了电池出厂时的差异，但锂离子电池在大规模串联成组后，由于电池的木桶效应，锂离子电池的不一致性使得锂离子电池组的实际可用能量远小于锂离子电池单体的能量。同样，锂离子电池组在使用过程中，电池老化的不一致使得锂离子电池参数的不一致加剧，造成锂离子电池组的能量利用率迅速衰减。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池组可用能量计算方法，该方法利用对于同一批次的新锂离子电池或锂离子电池使用工况相同时，锂离子电池参数(容量)往往服从正态分布，因此，通过锂离子电池单体参数(容量)分布计算锂离子电池单体成组后的锂离子电池组可用能量，有利于锂离子电池制造厂商或锂离子电池使用者评价不同电压等级下的锂离子电池成组后的表现。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种锂离子电池组可用能量计算方法，包括如下步骤：S1、分别检测待测锂离子电池组中N个锂离子电池单体的容量和中值电压，其中，待测锂离子电池组由N个锂离子电池单体串联成组，且平均分n个电池组；S2、求出任意一个电池组的容量Yj(j＝1,2,……n)的分布函数FY(y)，y代表锂离子电池单体的容量；S3、根据Yj的分布函数FY(y)(具体为通过数值模拟的方法)求出Yj的期望值EYj和方差Var(Yj)；S4、根据式(17)计算n个电池组的总容量Qsum的临界值Tn：式(17)中，φ为标准正态分布的分布函数；α为置信区间；S5、将Tn代入式(10)中的Qsum，求得En即为待测锂离子电池组可用能量(即待测锂离子电池组最大可用能量的理论值)：En＝Uav·Qsum(10)；式(10)中，Uav为待测锂离子电池组中所有锂离子电池单体的中值电压均值。在上述技术方案基础上，步骤S2中，任意一个电池组的容量Yj(j＝1,2,……n)的分布函数FY(y)表示为：FY(y)＝P(Y1≤y)＝1-(1-F(y))N/n(11)；Yj的密度函数fY(y)为：fY(y)＝F'Y(y)＝N(1-F(y))N/n-1f(y)/n(12)；式(11)和(12)中，F(y)为锂离子电池单体容量的分布函数；f(y)为锂离子电池单体容量的概率密度函数：式(1)中，μ和σ2分别为锂离子电池单体的容量的均值和方差。本专利技术的有益效果如下：1.本专利技术利用统计学方法，通过获取某一批次锂离子电池的参数分布特性，可计算出在一定置信区间下，任意电压等级下锂离子电池组的可用能量。2.本专利技术中所提供的锂离子电池组可用能量的计算方法，并非针对某一特定的已知所有锂离子电池单体参数的电池组进行可用能量计算，而是根据大量锂离子电池单体的参数分布特性，计算在锂离子电池单体随机成组情况下，锂离子电池组最大可用能量的理论值。3.本专利技术不仅适用于新的锂离子电池，也适用于梯次利用锂离子电池再成组的锂离子电池组可用能量计算。4.本专利技术适用于不同类型的锂离子电池，影响本专利技术计算结果的是中锂离子电池的容量分布参数，而与锂离子电池的类型无关。附图说明本专利技术有如下附图：图1为锂离子电池单体的容量测试结果直方图；图2为n个电池组的总能量En与电池组数n的关系图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术所述的一种锂离子电池组可用能量计算方法，可实现同一类型锂离子电池随机组合情况下的锂离子电池组可用能量的计算。实施例1一、首先，针对某一批次同一类型锂离子电池单体，对锂离子电池单体进行容量测试和中值电压测试，确定所有锂离子电池单体的容量和中值电压。容量测试和中值电压测试的具体测试方法如下：(1)以0.05C(C表示为电流大小的比率，若锂离子电池额定容量为60Ah，则1C＝60A)倍率对锂离子电池单体进行恒流放电，当锂离子电池单体电压到达放电截止电压时，放电停止；(2)静置2h；(3)以0.05C倍率对锂离子电池单体进行恒流充电，当锂离子电池单体电压到达充电截止电压时，充电停止，此阶段锂离子电池单体充电容量记为Qc；(4)静置2h；(5)以0.05C倍率对锂离子电池单体进行恒流放电，当锂离子电池单体电压到达放电截止电压时，放电停止；此阶段锂离子电池单体放电容量记为Qd；(6)静置2h；(7)以0.05C倍率对锂离子电池单体恒流充电，当充电容量等于Qc/2时停止充电；(8)静置2h；(9)测量锂离子电池单体电压V，即为锂离子电池单体的中值电压；(10)通常情况下，Qc和Qd非常接近，可以认为Qc＝Qd，因此，锂离子电池单体的容量为Q＝Qc＝Qd，锂离子电池类型不同，锂离子电池的充电截止电压和放电截止电压也不同，进行容量测试时，充电截止电压和放电截止电压的参数通常由电池厂提供。二、锂离子电池组可用能量计算方法的推导若有N个锂离子电池单体，锂离子电池单体在上述容量测试中的容量为Qi(i＝1,…,N)，锂离子电池单体容量的均值和方差分别为μ、σ2。若锂离子电池单体容量服从正态分布，则锂离子电池单体容量的概率密度函数f(y)为：锂离子电池单体容量的分布函数为F(y)。当N个锂离子电池单体串联成组时，锂离子电池组的容量QN为：N个锂离子电池单体串联成组时，锂离子电池组的能量EN为：式(3)中，Umi表示为第i个锂离子电池单体的中值电压。设将N个锂离子电池单体平均分为n个电池组，则每个电池组的锂离子电池单体数量为N/n个。第j个电池组的容量可表示为：n个电池组的总能量En可表示为：式(5)中，Uavj表示为第j个电池组中锂离子电池单体的中值电压平均值。考虑如下情况，在由大量锂离子电池单体样本中随机选出特定数量的锂离子电池单体串联成组，若串联的锂离子电池单体数量越多，串联电池组中锂离子电池单体中值电压的平均值就会越接近于整个锂离子电池单体样本的中值电压平均值。由于所有的锂离子电池单体服从相同的分布，则每一个电池组当中的Uavj相同。设每一个电池组当中的Uavj均为Uav，因此，n个电池组的总能量可表示为：设：因此：设：则：En＝Uav·Qsum(10)需要指出的是，Yj(j＝1,…,n)是一组独立同分布的数，因此，Yj的分布函数FY(y)可表示为：Yj的密度函数fY(y)为：fY(y)＝F'Y(y)＝N(1-F(y))N/n-1f(y)/n(12)设Yj的期望值和方差分别为EYj和Var(Yj)，EYj和Var(Yj)数值可由Yj的分布函数FY(y)通过数值模拟的方法求出。假设在置信区间为α条件下有一临界值Tn使得：即：可推导出：根据中心极限定理可得：因此，在置信区间为α条件下：式(17)中，Tn是输出数据，其余参数为输入数据；将根据式(17)求得的Tn代入式(10)中的Qsum，求得En，即为锂离子电池组可用能量。三、下面针对上述锂离子电池组可用能量计算方法，结合实际数据说明其有益效果。1、锂离子电池组可用能量计算按照步骤一的方法对同一批次的95块磷酸铁锂电池单体的容量和中值电压进行测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池组可用能量计算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、分别检测待测锂离子电池组中N个锂离子电池单体的容量和中值电压，其中，待测锂离子电池组由N个锂离子电池单体串联成组，且平均分n个电池组；S2、求出任意一个电池组的容量Yj(j＝1,2,……n)的分布函数FY(y)，y代表锂离子电池单体的容量；S3、根据Yj的分布函数FY(y)求出Yj的期望值EYj和方差Var(Yj)；S4、根据式(17)计算n个电池组的总容量Qsum的临界值Tn：

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池组可用能量计算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、分别检测待测锂离子电池组中N个锂离子电池单体的容量和中值电压，其中，待测锂离子电池组由N个锂离子电池单体串联成组，且平均分n个电池组；S2、求出任意一个电池组的容量Yj(j＝1,2,……n)的分布函数FY(y)，y代表锂离子电池单体的容量；S3、根据Yj的分布函数FY(y)求出Yj的期望值EYj和方差Var(Yj)；S4、根据式(17)计算n个电池组的总容量Qsum的临界值Tn：式(17)中，φ为标准正态分布的分布函数；α为置信区间；S5、将Tn代入式(10)中的Qsum，求得En即为待测锂离子电池组可用能量：E...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟，姜研，张婧妍，谢枫，张玉峰，张彩萍，孙丙香，龚敏明，刁伟萍，
申请(专利权)人：北京交通大学，中车长春轨道客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11