一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法技术方案

本发明专利技术属于电池管理技术领域，具体为一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法，包括步骤1：建立电压微分函数模型，完成电池有效寿命3000次的循环测试，得到3000组电压的微分值dV1

【技术实现步骤摘要】
一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法


[0001]本专利技术涉及电池管理
，具体为一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法。

技术介绍

[0002]不一致的电芯串并在一起使用，会出现如下问题。
[0003]1)容量损失，电芯单体组成电池组，容量符合“木桶原理”，最差的那颗电芯的容量决定整个电池组的能力。
[0004]为了防止电池过充过放，电池管理系统的逻辑如此设置：放电时，当最低的单体电压达到放电截止电压时，整个电池组停止放电；充电时，当最高单体电压触及充电截止电压时，停止充电。
[0005]拿两只电池串联举例。一只电池容量1C，另外一只容量只有0.9C。串联关系，两只电池通过同样大小的电流。
[0006]充电时，容量小的电池必然先充满，达到充电截止条件，系统不再继续充电。放电时，容量小的电池也必然先放光全部可用能量，系统即刻停止放电。
[0007]这样，容量小的电芯始终在满充满放，容量大的电芯却一直使用部分容量。整个电池组的容量总有一部分处于闲置状态
[0008]2)寿命损失，类似的，电池组的寿命，由寿命最短的那颗电芯决定。很大可能性，寿命最短的电芯，就是那颗容量小的电芯。小容量电芯，每次都是满充满放，出力过猛，很大可能最先到达寿命的重点。一直电芯寿命终结，一组焊接在一起的电芯，也就跟着寿终正寝。
[0009]3)内阻增大，不同的内阻，流过相同的电流，内阻大的电芯发热量相对比较多。电池温度过高，造成劣化速度加快，内阻又会进一步升高。内阻和温升，形成一对负反馈，使高内阻电芯加速劣化。
[0010]上面三个参数，并不完全独立，老化程度深的电芯内阻比较大，容量衰减也更多。分开说明，只是想表述清楚它们各自的影响方向。
[0011]如何应对不一致性
[0012]电芯性能的不一致，都是在生产过程中形成，在使用过程中加深。同一个电池组内的电芯，弱者恒弱，且加速变弱。单体电芯之间参数的离散程度，随着老化程度的加深而加大。
[0013]当前，工程师应对单体电芯不一致，主要从三个方面考虑。单体电池分选，成组后热管理，出现少量不一致时电池管理系统提供均衡功能。
[0014]1)分选
[0015]不同批次的电芯，理论上不放在一起使用。即使相同批次的电芯，也需要经过筛选，把参数相对集中的电芯放在一个电池组里，同一个电池包里。
[0016]分选的目的，是把参数相近的电芯挑选出来。分选方法，被研究了很多年，主要分静态分选和动态分选两大类。
[0017]静态分选，针对电芯的开路电压，内阻，容量等特性参数进行筛选，选取目标参数，引入统计算法，设定筛选标准，最后将同一批次的电芯区分成若干组。
[0018]动态筛选，是针对电芯在充放电过程中表现出来的特性进行筛选，有的选择恒流恒压充电过程，有的选取脉冲冲击充放电过程，有的对比自身的充电和放电曲线之间的关系。
[0019]动静结合分选，用静态筛选做初步分组，在此基础上进行动态筛选，这样划分出来的组别更多，筛选准确性更高，但成本也会相应上升。
[0020]这里就小小体现了一把动力锂电池生产规模的重要性。大规模出货，使得厂家可以进行更精细的分选，得到性能更接近的电池组。如果产量太小，分组过多，一个批次都无法装备一个电池包，再好的方法也无法施展了。
[0021]2)热管理
[0022]针对内阻不一致电芯，产生热量不相同问题。热管理系统的加入，可以调节整个电池组的温差，使之保持在一个较小的范围里。生成热量较多的电芯，依然温升偏高，但不会与其他电芯拉开差距，劣化水平就不会出现明显的差距。
[0023]3)均衡
[0024]电芯单体的不一致，某些电芯端电压，总是超前于其他电芯，最先到达控制阈值，导致整个系统容量变小。为了解决这个问题，电池管理系统BMS设计了均衡功能。
[0025]某一颗电芯率先到达充电截止电压，而其余众电芯电压明显滞后，BMS起动充电均衡功能，或者接入电阻，放掉高电压电芯的部分电量，或者把能量转移走，放到低电压电芯上去。这样，充电截止条件被解除，充电过程重新开始，电池包充入更多电量。但此种方法，受均衡能力的影响，作用有限，存在失效风险。
[0026]直到现在，电芯的不一致性，仍然是行业内研究的重要领域。电芯能量密度再高，遇到不一致性来搅局，电池包能力也会大打折扣，甚至会造成严重的事故和灾害。这是行业的一个巨大痛点之一。
[0027]为此，我们提出一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法解决上述问题。

技术实现思路

[0028]本部分的目的在于概述本专利技术的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0029]鉴于现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0030]因此，本专利技术的目的是提供一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法，基于机器学习算法，实现对电池组系统中的所有电芯全生命阶段的动态预估，以及电芯稳态控制算法，并结合本专利技术的单体电芯控制模块实现对所有单个电芯的生命健康状态预估和控制的动态调节，以确保系统中所有电芯在全生命周期的任意过程中，始终处于最佳的稳态的工作状态，进而绝对的防止电芯的过充过放过温等问题的发生，实现电芯寿民的延长，实现电池组的利用率最大化。
[0031]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
[0032]一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法，其包括包括如下步骤：
[0033]步骤1：建立电压微分函数模型，完成电池有效寿命3000次的循环测试，得到3000组电压的微分值dV1
……
dV3000，对改数集按照3000次顺序进行分布排列，形成电压微分函数曲线；
[0034]步骤2：通过对电芯的多次循环，实现步骤1中的数据采集和数据分析；可获得电芯的全身命周期(举例：3000次寿命)下的VL值，根据电芯的自身衰减，VL值会逐步减小；实验采集得到以下f(VL)函数曲线，多次采集学习后，生成标准模型；
[0035]步骤3：电芯生命稳态管理，将步骤2中标准模型植入电芯管理模块中，通过对管理芯片构建二次编译代码；可根据任意循环次数进行电芯保护阀值的二次智能编译。
[0036]作为本专利技术所述的一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法的一种优选方案，其中：所述步骤1中测试方法具体为：假定常温下，电芯标准工况下充电(恒流、0.5C),对电芯每次的充放电进行数据采集，采集对象：电芯电压；采集频率：10ms/次；实验中可观测到：恒流模式下，每单位时间，电压均会按照规律逐步升高；直到电芯饱和后；
[0037]假定：第Sn次采样，对应电压Vn；
[0038]第Sn
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立电压微分函数模型，完成电池有效寿命3000次的循环测试，得到3000组电压的微分值dV1
……
dV3000，对改数集按照3000次顺序进行分布排列，形成电压微分函数曲线；步骤2：通过对电芯的多次循环，实现步骤1中的数据采集和数据分析；可获得电芯的全身命周期(举例：3000次寿命)下的VL值，根据电芯的自身衰减，VL值会逐步减小；实验采集得到以下f(VL)函数曲线，多次采集学习后，生成标准模型；步骤3：电芯生命稳态管理，将步骤2中标准模型植入电芯管理模块中，通过对管理芯片构建二次编译代码；可根据任意循环次数进行电芯保护阀值的二次智能编译。2.根据权利要求1所述的一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法，其特征在于：所述步骤1中测试方法具体为：假定常温下，电芯标准工况下充电(恒流、0.5C),对电芯每次的充放电进行数据采集，采集对象：电芯电压；采集频率：10ms/次；实验中可观测到：恒流模式下，每单位时间，电压均会按照规律逐步升高；直到电芯饱和后；假定：第Sn次采样，对应电压Vn；第Sn
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1次采样，对应电压Vn
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1；(Vn
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Vn
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1)为第Sn次采样对前一次采样值电压增量：为：ΔV/.ΔS.以上：在电芯的工作范围内，每步进一个单位时间，电芯的电压变化曲线可微分，通过微分，电压的变化dV，dV＝ΔV/.ΔS。3.根据权利要求1所述的一种对电池系统进行全生命周期内的稳态管理和控制方法，其特征在于：通过soh生命预测算法以及电芯生命稳态管理算法，实现对单体电芯的全生命周期的SOH动态预测以及最优稳态管理，进而实现电芯安全性的倍增，利用率最大化等特点；有效解决电池组系统中因单体电...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡静，
申请(专利权)人：西安合能电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：