一种识别电池组中单体一致的方法及系统与流程

本发明涉及电池测试领域，具体涉及一种识别电池组中单体一致的方法及系统。

背景技术：

蓄电池作为能量储存和转化装置，广泛应用于各种领域。在某些领域如电动汽车、蓄能、电动工具、消费类电子，为了增加可供给能量和提升输出功率，往往需要把电池通过串联或并联的方式形成电池组。电池组中各单体电池之间存在的初始性能不一致性，以及连续的充放电循环导致的单体电池的差异放大，将使某些单体电池容量加速衰减，从而使电池组过早失效。因此电池的组合应用不仅要求单体电池的性能指标达到规定的要求，对参与配组的单体电池性能的匹配也有严格的要求。单体电池的差异主要由以下方面构成：组合封装前单体电池初始性能差异；循环存储中性能变化的不一致导致的性能差异的放大。

在电池组的使用过程中，任何一只电池质量失效都会影响整体性能，使整个电池组损坏。因此，在组合时必须对电池分选，使电池在容量、内阻、充电电压平台、充放电时温升、自放电率、寿命等方面尽量一致。常用的电池分类方法有：容量法、内阻法、特性曲线法。所谓特征曲线法就是比较各单体电池实际充电或放电曲线，然而这种方法很难找到定量化的评价指标。尽管容量法和内阻法可以定量比较，然后即便是认定容量和内阻一致的电池，在实际使用中仍然会出现不一致的情况，也就是说不能简单地把容量和内阻作为评价电池组一致性的指标。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种识别电池组中单体一致的方法及系统，可以高精度、定量化的识别电池组中单体电池的一致性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种识别电池组中单体一致的方法，包括以下步骤，

s1，对电池组中的每一个单体电池进行容量测量，得出容量一致的单体电池；

s2，对每一个容量一致的单体电池进行内阻测量，得出内阻一致的单体电池；

s3，对每一个内阻一致的单体电池进行极化测试，得出极化一致的单体电池，其中，极化一致的单体电池即为电池组中单体一致的识别结果。

本发明的有益效果是：本发明一种识别电池组中单体一致的方法将电池组的一致性分为容量一致性、内阻一致性和极化一致性，单体电池必须同时满足这三个一致才是一致性合格的电池，这样可以高精度、定量化的识别电池组中单体电池的一致性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述电池组中单体电池的数量n≥40，且电池组中的每一个单体电池的类型、规格和外形一致。

采用上述进一步方案的有益效果是：当测量的单体电池的数量n≥40个时，可以有效的进行统计计算。

进一步，所述s1具体为，

s11，分别测量电池组中每一个单体电池的标准容量，并计算每一个单体电池的标准容量相对误差；

s12，为标准容量相对误差设置一个第一阈值，并判断电池组中每一个单体电池的标准容量误差是否在所述第一阈值内，保留标准容量误差在所述第一阈值内的单体电池，同时剔除标准容量误差不在所述第一阈值内的单体电池；

s13，设定标准容量相对误差在所述第一阈值内的单体电池的标准容量相对误差服从第一正态分布，并为所述第一正态分布设置一个第一置信度；

s14，判断标准容量相对误差在所述第一阈值内的单体电池的标准容量相对误差是否在所述第一置信度内，若在，则确定单体电池为容量一致的单体电池，并保留，若不在，则执行s15继续判断；

s15，为标准容量相对误差设置一个第二阈值，并判断标准容量相对误差在所述第一阈值内且在第一置信度外的单体电池的标准容量相对误差是否在所述第二阈值内，若在，则确定单体电池为容量一致的单体电池，并保留，若不在，则确定单体电池为容量不一致的单体电池，并剔除。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置标准容量相对误差第一阈值、第一置信度和第一阈值，可以精确的识别出容量一致的单体电池。

进一步，所述s2具体为，

s21，将容量一致的单体电池的电荷状态调整为soc＝50％，并分别测量每一个容量一致的单体电池的交流内阻，且计算每一个容量一致的单体电池的交流内阻相对误差；

s22，为交流内阻相对误差设置一个第三阈值，并判断每一个容量一致的单体电池的交流内阻误差是否在所述第三阈值内，保留交流内阻误差在所述第三阈值内的单体电池，同时剔除交流内阻误差不在所述第三阈值内的单体电池；

s23，设定交流内阻相对误差在所述第三阈值内的单体电池的交流内阻相对误差服从第二正态分布，并为所述第二正态分布设置一个第二置信度；

s24，判断交流内阻相对误差在所述第三阈值内的单体电池的交流内阻相对误差是否在所述第二置信度内，若在，则确定单体电池为内阻一致的单体电池，并保留，若不在，则执行s25继续判断；

s25，为交流内阻相对误差设置一个第四阈值，并判断交流内阻相对误差在所述第三阈值内且在第二置信度外的单体电池的交流内阻相对误差是否在所述第四阈值内，若在，则确定单体电池为内阻一致的单体电池，并保留，若不在，则确定单体电池为内阻不一致的单体电池，并剔除。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置交流内阻相对误差第三阈值、第二置信度和第四阈值，可以精确的识别出内阻一致的单体电池。

进一步，在s21中，将容量一致的单体电池的电荷状态调整为soc＝50％的方法为，将容量一致的单体电池所带电荷放完后充入标准容量一半的电量，并静置2小时。

采用上述进一步方案的有益效果是：保证单体电池的稳定性，提高测量的精度。

进一步，所述交流内阻为，采用频率大于1000赫兹的交流电来测量容量一致的单体电池的电流和电压降得到的内欧姆电阻。

采用上述进一步方案的有益效果是：用高频的交流电测得内阻为单体电池的内欧姆电阻，它不包括电化学反应的极化电阻和扩散电阻，可以为精确测量单体电池的交流内阻提供条件。

进一步，所述s3具体为，

s31，将内阻一致的单体电池的电荷状态调整为soc＝50％，并通过极化测试分别计算出每一个内阻一致的单体电池的极化电压，并计算出每一个内阻一致的单体电池的极化电压相对误差；

s32，为极化电压相对误差设置一个第五阈值，并判断每一个内阻一致的单体电池的极化电压误差是否在所述第五阈值内，保留极化电压误差在所述第五阈值内的单体电池，同时剔除极化电压误差不在所述第五阈值内的单体电池；

s33，设定极化电压相对误差在所述第五阈值内的单体电池的极化电压相对误差服从第三正态分布，并为所述第三正态分布设置一个第三置信度；

s34，判断极化电压相对误差在所述第五阈值内的单体电池的极化电压相对误差是否在所述第三置信度内，若在，则确定单体电池为极化一致的单体电池，并保留，若不在，则执行s35继续判断；

s35，为极化电压相对误差设置一个第六阈值，并判断极化电压相对误差在所述第五阈值内且在第三置信度外的单体电池的极化电压相对误差是否在所述第六阈值内，若在，则确定单体电池为极化一致的单体电池，并保留，若不在，则确定单体电池为极化不一致的单体电池，并剔除。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置极化电压相对误差第五阈值、第三置信度和第六阈值，可以精确的识别出极化一致的单体电池。

进一步，在s31中，通过极化测试分别计算出每一个内阻一致的单体电池的极化电压包括以下步骤，

s311，测量每一个内阻一致的单体电池的开路电压uocv；

s312，记录每一个内阻一致的单体电池3c放电后第10秒的瞬时电压ut，则，每一个内阻一致的单体电池的极化电压up＝uocv-ut。

进一步，在s31中，将内阻一致的单体电池的电荷状态调整为soc＝50％的方法为，将内阻一致的单体电池所带电荷放完后充入标准容量一半的电量，并静置2小时。

采用上述进一步方案的有益效果是：保证单体电池的稳定性，提高测量的精度。

基于上述一种识别电池组中单体一致的方法，本发明还提供一种识别电池组中单体一致的系统。

一种识别电池组中单体一致的系统，包括容量测量模块、内阻测量模块和极化测试模块，

所述容量测量模块，其用于对电池组中的每一个单体电池进行容量测量，得出容量一致的单体电池；

所述内阻测量模块，其用于对每一个容量一致的单体电池进行交流内阻测量，得出交流内阻一致的单体电池；

所述极化测试模块，其用于对每一个交流内阻一致的单体电池进行极化测试，得出极化一致的单体电池，其中，极化一致的单体电池即为电池组中单体一致的识别结果。

本发明的有益效果是：本发明一种识别电池组中单体一致的系统将电池组的一致性分为容量一致性、内阻一致性和极化一致性，单体电池必须同时满足这三个一致才是一致性合格的电池，这样可以高精度、定量化的识别电池组中单体电池的一致性。

附图说明

图1为本发明一种识别电池组中单体一致的方法的整体流程图；

图2为本发明一种识别电池组中单体一致的方法中判断容量一致性的流程图；

图3为本发明一种识别电池组中单体一致的方法中判断内阻一致性的流程图；

图4为本发明一种识别电池组中单体一致的方法中判断极化一致性的流程图；

图5为本发明一种识别电池组中单体一致的方法中正态分布曲线和置信度的关系图；

图6为本发明一种识别电池组中单体一致的系统的机构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种识别电池组中单体一致的方法，包括以下步骤，

s1，对电池组中的每一个单体电池进行容量测量，得出容量一致的单体电池；

s2，对每一个容量一致的单体电池进行内阻测量，得出内阻一致的单体电池；

s3，对每一个内阻一致的单体电池进行极化测试，得出极化一致的单体电池，其中，极化一致的单体电池即为电池组中单体一致的识别结果。

在本具体实施例中，本发明主要适用于锂离子电池，也可用于检测其他电池。用于检测的电池必须是同一类型的电池，也就是电池内材料组成一致，而且电池的规格和外形必须一样，最好是同一批生产的电池；同时所述电池组中单体电池的数量n≥40，否则无法做有效统计计算。

如图2所示，所述s1具体为：

s11，分别测量电池组中每一个单体电池的标准容量，并计算每一个单体电池的标准容量相对误差；其中，测量电池标准容量(或称额定容量)的方法需依据国家标准或电池产生企业所制定的方法，所述标准容量相对误差的计算公式为：

s12，为标准容量相对误差设置一个第一阈值，并判断电池组中每一个单体电池的标准容量误差是否在所述第一阈值内，保留标准容量误差在所述第一阈值内的单体电池，同时剔除标准容量误差不在所述第一阈值内的单体电池；在本具体实施例中，第一阈值设为5％。

s13，设定标准容量相对误差在所述第一阈值内的单体电池的标准容量相对误差服从第一正态分布，并为所述第一正态分布设置一个第一置信度；正态分布(normaldistribution)，也称“常态分布”，又名高斯分布(gaussiandistribution)。若随机变量x服从一个位置参数为μ、尺度参数为σ的概率分布，且其概率密度函数为

则这个随机变量就称为正态随机变量，正态随机变量服从的分布就称为正态分布。在此，x为标准容量相对误差，位置参数为μ，σ为标准偏差，根据下列公式计算

代表所采用的样本x1,x2,...,xn的均值。

置信度或称置信间距，是指在某一置信度时，总体参数所在的区域距离或区域长度。置信度又称显著性水平，意义阶段，信任系数等，是指估计总体参数落在某一区间时，可能犯错误的概率。例如95％置信度是指总体参数落在该区间之内，估计正确的概率为95％，而出现错误的概率为5％。如果有所有平均数的68.26％的平均数落在μ上下一个标准误差之间，那么可以推理：所有平均数中有68.26％的平均数加上一个或减去一个标准误差这一间距之内将包含总体参数μ，也就是说有68.26％的机会被包含在任何一个平均数±1标准误差之间，或者说，估计μ在平均数±1标准误之间正确的概率为68.26％。同样的道理可以说：μ在平均数±1.96标准误之间的正确概率为95％，μ在平均数±2.58标准误之间的正确概率为99％，以及其他任何可能的概率。正态分布曲线和置信度的关系如图5所示。

s14，判断标准容量相对误差在所述第一阈值内的单体电池的标准容量相对误差是否在所述第一置信度内，若在，则确定单体电池为容量一致的单体电池，并保留，若不在，则执行s15继续判断；在本具体实施例中，第一置信度设为95％。

s15，为标准容量相对误差设置一个第二阈值，并判断标准容量相对误差在所述第一阈值内且在第一置信度外的单体电池的标准容量相对误差是否在所述第二阈值内，若在，则确定单体电池为容量一致的单体电池，并保留，若不在，则确定单体电池为容量不一致的单体电池，并剔除；在本具体实施例中，第二阈值设为2％，因为根据统计规律只要单体电池的数量足够大总有个别单体电池的标准容量在置信度之外，但这并不代表在置信度外的单体电池就是容量不一致的，所以还需要通过第二阈值进行进一步的判断。

如图3所示，所述s2具体为：

s21，将容量一致的单体电池的电荷状态调整为soc＝50％，并分别测量每一个容量一致的单体电池的交流内阻，且计算每一个容量一致的单体电池的交流内阻相对误差；交流内阻相对误差的计算原理同所述标准容量相对误差的计算原理，只是对象换成交流内阻。

s22，为交流内阻相对误差设置一个第三阈值，并判断每一个容量一致的单体电池的交流内阻误差是否在所述第三阈值内，保留交流内阻误差在所述第三阈值内的单体电池，同时剔除交流内阻误差不在所述第三阈值内的单体电池；在本具体实施例中，第三阈值设为5％。

s23，设定交流内阻相对误差在所述第三阈值内的单体电池的交流内阻相对误差服从第二正态分布，并为所述第二正态分布设置一个第二置信度；在本具体实施例中，第二置信度设为95％；这里的第二正态分布和第二置信度同标准容量相对误差的第一正态分布和第一置信度，只是统计对象换成交流内阻相对误差。

s24，判断交流内阻相对误差在所述第三阈值内的单体电池的交流内阻相对误差是否在所述第二置信度内，若在，则确定单体电池为内阻一致的单体电池，并保留，若不在，则执行s25继续判断；

s25，为交流内阻相对误差设置一个第四阈值，并判断交流内阻相对误差在所述第三阈值内且在第二置信度外的单体电池的交流内阻相对误差是否在所述第四阈值内，若在，则确定单体电池为内阻一致的单体电池，并保留，若不在，则确定单体电池为内阻不一致的单体电池，并剔除；在本具体实施例中，第四阈值设为2％。

在s21中，将容量一致的单体电池的电荷状态调整为soc＝50％的方法为，将容量一致的单体电池所带电荷放完后充入标准容量一半的电量，并静置2小时。

所述交流内阻为，采用频率大于1000赫兹的交流电来测量容量一致的单体电池的电流和电压降得到的内欧姆电阻；所谓交流内阻是指用交流电去测量通过电池的电流和电压降，电阻就等于电压降除以电流，交流电的频率大于1000赫兹。用高频交流电测得内阻为电池内欧姆电阻，它不包括电化学反应的极化电阻和扩散电阻。

如图4所示，所述s3具体为：

s31，将内阻一致的单体电池的电荷状态调整为soc＝50％，并通过极化测试分别计算出每一个内阻一致的单体电池的极化电压，并计算出每一个内阻一致的单体电池的极化电压相对误差；极化电压相对误差的计算原理同所述标准容量相对误差的计算原理，只是对象换成极化电压。

s32，为极化电压相对误差设置一个第五阈值，并判断每一个内阻一致的单体电池的极化电压误差是否在所述第五阈值内，保留极化电压误差在所述第五阈值内的单体电池，同时剔除极化电压误差不在所述第五阈值内的单体电池；在本具体实施例中，第五阈值设为10％，因为极化电压的相对误差或标准偏差通常比标准容量和交流内阻的大几倍，也就是说，极化一致性是一项更加严苛的标准，直接反映了与电池内动力学相关的微观性能差别是否在一定范围内，所以这里选取10％作为第五阈值(第五阈值大于第一、三阈值)。

s33，设定极化电压相对误差在所述第五阈值内的单体电池的极化电压相对误差服从第三正态分布，并为所述第三正态分布设置一个第三置信度；在本具体实施例中，第三置信度设为95％；这里的第三正态分布和第三置信度同标准容量相对误差的第一正态分布和第一置信度，只是统计对象换成极化电压相对误差。

s34，判断极化电压相对误差在所述第五阈值内的单体电池的极化电压相对误差是否在所述第三置信度内，若在，则确定单体电池为极化一致的单体电池，并保留，若不在，则执行s35继续判断；

s35，为极化电压相对误差设置一个第六阈值，并判断极化电压相对误差在所述第五阈值内且在第三置信度外的单体电池的极化电压相对误差是否在所述第六阈值内，若在，则确定单体电池为极化一致的单体电池，并保留，若不在，则确定单体电池为极化不一致的单体电池，并剔除；在本具体实施例中，第六阈值设为5％。

在s31中，通过极化测试分别计算出每一个内阻一致的单体电池的极化电压包括以下步骤，

s311，测量每一个内阻一致的单体电池的开路电压uocv；

s312，记录每一个内阻一致的单体电池3c放电后第10秒的瞬时电压ut，则，每一个内阻一致的单体电池的极化电压up＝uocv-ut。

在s31中，将内阻一致的单体电池的电荷状态调整为soc＝50％的方法为，将内阻一致的单体电池所带电荷放完后充入标准容量一半的电量，并静置2小时。

本发明的方法把单体电池的一致性分为容量一致性、内阻一致性和极化一致性，单体电池必须同时满足这三个一致，才是一致性合格的电池。检测时按照容量一致、交流内阻一致和极化一致依次测量，不能颠倒顺序。这样可以高精度、定量化的识别电池组中单体电池的一致性。

基于上述一种识别电池组中单体一致的方法，本发明还提供一种识别电池组中单体一致的系统。

如图6所示，一种识别电池组中单体一致的系统，包括容量测量模块、内阻测量模块和极化测试模块，

所述容量测量模块，其用于对电池组中的每一个单体电池进行容量测量，得出容量一致的单体电池；

所述内阻测量模块，其用于对每一个容量一致的单体电池进行交流内阻测量，得出交流内阻一致的单体电池；

所述极化测试模块，其用于对每一个交流内阻一致的单体电池进行极化测试，得出极化一致的单体电池，其中，极化一致的单体电池即为电池组中单体一致的识别结果。

本发明一种识别电池组中单体一致的系统将电池组的一致性分为容量一致性、内阻一致性和极化一致性，单体电池必须同时满足这三个一致才是一致性合格的电池，这样可以高精度、定量化的识别电池组中单体电池的一致性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。