[发明专利]基于众数原理的电池一致性在线评价方法及检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种评价电池一致性的方法及装置。

技术背景

电池组一般由多只单体电池通过串并联的方式组成，与只使用单只电池的场合不同，整组电池的性能不仅仅取决于电池组内每一只单体电池的性能，还取决于电池组内所有单体电池之间的一致性，电池组的性能包括最大充放电电流、最高储能上限、使用寿命、安全性等主要指标并不取决于性能状态最好的单体电池，而是取决于性能状态最差的单体电池。因此电池组的性能具有“木桶效应”，一致性差的单体电池是电池组的“短板”，成为电池组的性能“瓶颈”，构成电池组的单体电池越多，保持一致性的难度越大，不一致性的恶劣影响越大。

对于电动汽车、电网储能等大规模电池应用场合，电池组基本上都是由上百只甚至几百只单体电池串并联组成，电池的不一致性问题已经成为制约其应用和发展的核心问题之一。准确评价电池的一致性既是分析电池组性能状态和安全状态的客观要求，也是确定哪些电池需要进行均衡维护或者更换的依据。

常规的电池一致性评价方法主要包括以下两种：

1.容量法：测量电池组中所有的单体电池的容量，以容量一致性作为电池的一致性。容量相同或相近的电池则一致性好，反之则差。该方法结果比较准确，但是需要将所有电池都进行测试，工作量大，测试时间长，同时需要将电池从系统中拆分下来单独测试，即所谓的“离线评价”，必须中断电池系统正常工作，不适用于大型电池系统；

2.内阻法：测量电池组中所有单体电池的内阻，以内阻的一致性来表示电池的一致性，容量相同或相近的电池则一致性好，反之则差。该方法的误差比容量法大，同样需要将进行“离线评价”。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提出一种电池一致性的在线评价方法及检测电路。与现有技术的容量法和内阻法不同，本发明以电池电压的一致性作为电池的一致性的评价标准，即“电压法”。通过测量所有电池的电压，并依据众数原理对单体电池电压的分布特点进行统计和分析，计算出所有电池的一致性评价结果。

一种基于众数原理的电池一致性在线评价方法，包括下列步骤：

1）采集电池组每个单体电池的电压；

2）找出所有单体电池电压数据中的最大值和最小值；

3）依据众数原理将最大值和最小值之间的数据区间平均分成N等分数据空间，N用实整数定义，数值大小与电池组中的电池数量有关，一般取5～10。计算所有单体电压数据落在每个等分数据空间中的个数，个数最多的等分数据空间中的单体电压数据称之为众数，该等分数据区间称为众数空间；

4）用“不一致程度”来量化地表示众数空间和非众数空间内电池一致性的好坏，取值范围定义为-1.0～+1.0，不一致性程度用实数分别定义，实数数值的绝对值越大表示对应电池的一致性越差。众数空间的电池不一致程度定义为“0.0”，确定为一致性好，表示电池的电压差异小、一致性高。不一致性程度为负数，表示所对应的非众数空间的单体电池电压数据小于众数空间对应的单体电池电压数据，不一致性程度为正数，表示所对应的非众数空间的单体电池电压数据大于众数空间对应的单体电池电压数据。以众数空间为中点，距离众数空间之间越远的非众数空间内包含的电池的一致性越差；

5）将众数空间内的单体电池电压的平均值作为待均衡电池的均衡目标值，将需要更换的电池的不一致程度的限值定义为“更换设定值”，不一致性程度超过更换设定值的电池确定为更换对象。将需要均衡的电池的不一致程度的限值定义为“均衡设定值”，低于更换设定值但是大于均衡设定值的电池则确定为待均衡电池。

本发明基于众数原理的电池一致性的评价方法的实质性特点是：通过测量所有电池的电压，并依据众数原理对单体电池电压进行统计和分析，计算出众数空间，将众数空间内电池作为一致性评价的基准，而非众数空间内的电池则依据其在此空间内的分布特点，与基准作比较，计算其不一致的程度，由此得出所有电池的一致性评价结果。

为了简单实现基于众数原理的电池一致性在线评价方法，本发明提出了一种继电器阵列切换检测单体电池电压电路，该电路结构如下：

1）继电器阵列切换检测单体电池电压电路包括继电器阵列电路、隔离电路、差分放大电路和控制电路；所述继电器阵列电路包括一组继电器，电压测量直流母线正极和负极；待检测的单体电池与继电器阵列电路中的继电器的一端连接，继电器阵列电路中的继电器的另一端与电压测量直流母线正极和负极连接；电压测量直流母线正极和负极与隔离电路的输入端连接，隔离电路的输出端与差分放大电路的输入端连接。差分放大电路的输出端与控制电路连接；