[发明专利]一种基于主成分法的电池一致性评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池一致性评价方法。

背景技术

在电动汽车的产业化过程中，动力电池的性能是影响整车性能的关键因素之一。由于电动汽车对电池电压要求较高，电池在实际应用中需要串联使用。而电池在串联使用中，各单体电池之间会存在不一致的问题。这种电池的不一致性不仅会降低电池组的使用水平，影响电动汽车整车的性能，而且还可能产生大量的热量引起电池燃烧或爆炸。传统意义上，对于电池是否一致，一般通过电压或者容量判断。电池之间的性能差异是日积月累的结果，是逐渐变化的。电池的外电压与直流内阻、工作电流、极化电压、等多种因素密切相关。单纯从电压或者容量差异来对电池组一致性进行判断，不能有效地描述电池间的性能差异。在电动汽车动力电池系统中，电池一致性不仅仅表现在电压和容量上，还包括温度、SOH、SOP、老化速度等问题上。这些因素互相关联，互相影响，任何一个因素都会影响到整个电池组的使用性能。因此对动力蓄电池一致性特征参数进行分析，利用主成分法进行电池一致性价研究，建立电池一致性多参数评价模型，为锂离子动力蓄电池配组提供相关理论与应用基础，可以解决电池一致性评价仅靠电压单参数的不科学性问题。

国内目前对于电池一致性评价的专利主要还是通过电压或者容量来判断，如专利201010167696.9“电池组一致性评价方法”，通过开路电压的方式判断电池一致性。这种方式不能全面有效的评价电池一致性状态。电池一致性不仅仅表现在电压和容量上，仅仅凭借电压或者容量来评价电池一致性是不科学的。

发明内容

本发明的目的是针对传统电池一致性评价方法仅仅依靠电池电压差异来对电池一致性进行判断的不科学性问题，提出一种基于主成分法的电池一致性评价方法。本发明能够实现电池一致性特征参数之间的解耦，能够有效地描述电池间的性能差异，为锂离子动力蓄电池配组提供相关理论与应用基础。

本发明首先利用电池一致性特征参数构造电池主成分，对构造的电池主成分中的电池一致性特征参数标准化，计算标准化参数矩阵的相关系数矩阵；然后计算特征值与特征向量，计算贡献率及累计贡献率，计算电池主成分和电池综合主成分，取累计贡献率大于85％的电池主成分作为评价电池一致性的电池综合主成分，最后利用电池综合主成分构造一致性评价函数，对电池一致性进行评价。

具体步骤如下：

第一步，利用电池一致性特征参数x₁,x₂,…,x_p构造电池主成分；

将电池一致性特征参数x₁,x₂,…,x_p组合成一组互不相关的电池主成分z₁,z₂…z_n，其中n为电池节数，p为电池一致性参数个数，每一节电池可以构造n个主成分，构造出的一节电池第i个主成分如下所示：

z_i＝l_i1x₁+l_i2x₂+…+l_ipx_p i＝1,2,...,n (1)

其中l_n1、l_n2…..l_np为主成分载荷；z_n为电池的第n个主成分，n为电池节数，p为电池一致性参数个数。

第二步，对构造的电池主成分中的电池一致性特征参数标准化，构造标准化参数矩阵；

对于n节电池，电池一致性特征参数构成n组p维数据空间，电池一致性特征参数可以用矩阵表示为：

由于各个特征值的量纲不同，须消除量纲的影响。消除量纲的方法是对电池一致性特征参数进行标准化，方法如下所示：

其中，x_ij为电池一致性特征参数；为标准化电池一致性特征参数；为电池一致性特征参数平均值，即s_j为为电池一致性参数标准差，即p为电池一致性参数个数。

第三步，计算标准化参数矩阵的相关系数矩阵；

相关系数矩阵如下所示：

其中，R代表相关系数矩阵；r_ij为标准化电池一致性特征参数的相关系数，i,j＝1,2,…p；r_ij＝r_ji，计算公式如下：

第四步，计算特征值与特征向量；