一种新能源汽车电池包负载均衡调度方法及系统与流程

本发明涉及电池均衡领域，特别涉及一种新能源汽车电池包负载均衡调度方法。

背景技术：

1、新能源汽车电池包，也常被称为电池组或电池模块，通常由多个电池单体并联或串联组成，每个电池单体有着自身的电压和容量，通过将多个电池单体组合进而为新能源汽车提供足够的行驶动力。

2、受制造工艺、材料特性、使用环境等因素的影响，电池包中各电池单体之间的电化学特性、容量衰减速率和内阻等参数存在差异，这些差异会导致电池单体之间的充放电状态不均衡，从而影响整个电池组的性能和寿命，同时，在电池包的长期使用过程中，经过频繁的充放，电池包容易出现过度充电或过度放电的现象，久而久之导致各个电池单体之间的负载不均衡，影响电池包整体的使用寿命。

3、目前，bms电池系统是实现电池包负载均衡的主流架构，bms电池系统能够通过自身的集成接口与整车进行通讯，通过控制bdu内的继电器动作，实现电池在使用中各项数据的状态监测，保证电池在充放电过程中的正常使用，然而，bms电池系统的均衡策略通常基于电池组的总体需求，忽略了电池个体之间在不同充电周期下充放电性能的状态差异，因此，需要一种高效、准确且自适应的负载均衡调度方法，综合考虑电池单体的状态和特性，结合动态负载的需求，实现对电池包内电池的动态调度，以平衡电池之间的电荷和放电状态，优化整个电池组的性能表现。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种新能源汽车电池包负载均衡调度方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明提供了一种新能源汽车电池包负载均衡调度方法及系统，获取电池包内各个电池单体的电压差数据，根据所述电压差数据计算电池单体的电极偏离度，根据所述电极偏离度筛选出电池包内异常的电池单体，对异常的电池单体进行电压调节，完成负载均衡。所述方法能够实现准确、高效的电池负载均衡，大幅提高新能源电池包的使用寿命以及充放电能效，避免电池单体的电压不均衡而引起电池包的性能下降，利用电极偏离度准确地识别负载异常的电池单体并及时处理，高效地完成各电池单体的负载调度，同时保证电池包在充放电过程的稳定性，使得新能源汽车在各种工况下都能保持优良的电池性能。

3、为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种新能源汽车电池包负载均衡调度方法，所述方法包括以下步骤：

4、s100，获取电池包内各个电池单体的电压差数据；

5、s200，根据所述电压差数据计算电池单体的电极偏离度；

6、s300，根据所述电极偏离度筛选出电池包内异常的电池单体；

7、s400，对异常的电池单体进行电压调节，完成负载均衡。

8、进一步地，步骤s100中，获取电池包内各个电池单体的电压差数据的方法具体为：记电池包内所有电池单体的数量为n，以bat(i)表示n个电池单体中的第i个电池单体，i为序号，i的取值范围为i＝1,2,…,n，创建n个空白的数组vod1[],vod2[],…,vodn[]，以vodi[]表示这n个空白的数组中的第i个数组，将所述第i个电池单体bat(i)的电压差数据写入vodi[]中，从而完成vod1[],vod2[],…,vodn[]的数据写入，以vod1[],vod2[],…,vodn[]作为电池包内的n个电池单体的电压差数据。

9、进一步地，将所述第i个电池单体bat(i)的电压差数据写入vodi[]中的方法为：

10、在电池包充电或放电的过程中任意选取一个长度为m秒的时段t，则时段t内含有m秒，以t(k)表示时段t内的第k秒，t(k)为时刻，k为序号，k的取值范围为k＝1,2,…,m，通过bms电池系统记录n个电池单体两端的瞬时电压大小，记bat(i)的正极一端在时刻t(k)的瞬时电压大小为bat(i,t(k))_an，记bat(i)的负极一端在时刻t(k)的瞬时电压大小为bat(i,t(k))_ca，以vod(i,k)表示所述第i个电池单体bat(i)的电压差数据，则vod(i,k)的值等于bat(i,t(k))_an与bat(i,t(k))_ca的差值的绝对值，且vod(i,k)的对应取值范围为vod(i,1),vod(i,2),…,vod(i,m)，将这m个值vod(i,1),vod(i,2),…,vod(i,m)依次加入数组vodi[]中，完成vodi[]的数据写入；其中，m的具体数值设置为区间[50,80]中的任意一个整数；

11、将vodi[]中的序号i从i＝1遍历至i＝n，完成vod1[],vod2[],…,vodn[]的数据写入。

12、本步骤的有益效果为：将电压差数据以数组的形式存储，能够降低电池单体在负载分析过程中数据处理的复杂性，以索引的方式完成数据的快速访问和计算，提高负载分析的处理效率，同时，以良好的数据支持电池负载均衡的实现过程，使得bms电池系统能够更准确地完成电池的实时状态评估。

13、进一步地，步骤s200中，根据所述电压差数据计算电池单体的电极偏离度的方法具体为：

14、s201，读取电池包内的n个电池单体的电压差数据vod1[],vod2[],…,vodn[]，设置变量j，变量j的取值范围为j＝1,2,…,n，从j＝1开始遍历变量j，以vodj[]表示变量j在vod1[],vod2[],…,vodn[]中所对应的第j个数组，从j＝1开始遍历变量j，转至s202；

15、s202，筛选出数组vodj[]内的离态数据段，将数组vodj[]内的离态数据段以数组odsj[]存储，以ods(j,r)作为数组odsj[]内的第r个元素，r为序号，r的取值为r＝1,2,…,rj，rj为数组odsj[]内所有元素的数量，以eled(j)表示n个电池单体中的第j个电池单体bat(j)的电极偏离度，转至s203；

16、eled(j)的计算方法为：计算数组vodj[]的峰度，将数组vodj[]的峰度的绝对值作为第一系数，将第一系数乘以数组vodj[]内所有元素的总和再加1作为第二系数，以第一系数除以第二系数所得到的数作为第三系数，将数组vodj+1[]内的最大值依次减去数组odsj[]内的每个元素，从而得到rj个偏离元素，将这rj个偏离元素累加后乘以第三系数作为n个电池单体中的第j个电池单体bat(j)的电极偏离度，具体表示为：

17、

18、式中，qr(j)为数组vodj[]的峰度，|qr(j)|为对qr(j)取绝对值，sum(vodj[])表示数组vodj[]内所有元素的总和，qw(j)表示数组vodj+1[]内的最大值，vodj+1[]表示变量j+1的值在vod1[],vod2[],…,vodn[]中所对应的第j+1个数组；其中，qw(n)为数组vod1[]内的最大值(当qw(j)中的j遍历至j＝n时qw(j)＝qw(n))；

19、s203，如果变量j的值小于n，则将变量j的值增加1，并转至s202；如果变量j的值大于或等于n(当变量j遍历至j＝n时，表示n个电池单体的电极偏离度的计算完成)，则转至s204；

20、s204，以eled(1),eled(2),…,eled(n)作为bat(1),bat(2),…,bat(n)的电极偏离度。

21、本步骤的有益效果为：在电池的充放电过程中，由于电流分布、充电速率等参数的差异，导致电池包在使用过程中各电池单体的负载出现不均衡现象，同时，各个电池单体其自身的内阻、电容量、自放电率会存在微小的差异，这些差异在新能源汽车的长期使用过程中被相对放大，进而也会导致负载不均衡现象的出现，负载不均衡会大幅影响电池包的使用寿命，同时造成电池包的可用电量下降，引发电压波动、电池过热等安全问题，本步骤的方法通过利用离态数据段计算电池单体的电极偏离度，电极偏离度反映了对应的电池单体的负载稳定程度，对负载异常的电池单体进行电压调整，以及时平衡其充放电负载，提高电池包的使用寿命，如果只是简单地对于电压高的电池单体进行降压或对电压低的电池单体进行升压，对于电池单体较多的电池包会造成调度混乱，频繁的升降压也会对电池包的正常寿命产生大幅影响，因此，以电极偏离度作为电池包调度的数据基准，能够精确地平衡各个电池的负载状态，避免无效的调度而加速电池老化，提高电池包的整体使用性能和使用寿命。

22、进一步地，筛选出数组vodj[]内的离态数据段的方法具体为：

23、s2021，以vod(j,k)表示数组vodj[]内的第k个元素，k为序号，k的取值范围为k＝1,2,…,m，m为数组vodj[]内所有元素的数量，设置变量k1，变量k1与序号k的取值范围相同，从k1＝1开始遍历变量k1，以vod(j,k1)表示变量k1在数组vodj[]内所对应的第k1个元素，vod(j,k1)的值随变量k1的值变化而变化；

24、初始化一个变量k2(用于筛选离态数据段的指针)，k2的初始值设置为0，设置一个空白的数组ddsj[](用于存放离态数据段)，设置一个空白的数组suf[](用于返回遍历)，转至s2022；

25、s2022，将vodj(j,k1)加入数组ddsj[]中，计算离态跃度，将k2的值更新为离态跃度的值，同时将k2的值加入数组suf[]中，转至s2023；

26、其中，离态跃度的计算方法为：将vodj(j,k1)的值加上vodj(j,k1+1)的值作为第一分子，将vodj(j,k1+2)的值作为第一分母，将第一分子除以第一分母后得到的数再进行向上取整，进而得到离态跃度；

27、s2023，如果变量k1的值小于m-2且变量k2的值小于或等于1，则将变量k1的值增加1，并转至s2022；如果变量k1的值小于m-2且变量k2的值大于1，则将变量k1的值增加k2，并转至s2022；如果如果变量k1的值大于或等于m-2(防止计算离态跃度时出现数组末端溢出)，则转至s2024；

28、s2024，如果数组ddsj[]内所有元素的数量小于m/2，则将变量k1的值设置为suf(1)的值，suf(1)为数组suf[]中的首位元素，同时清空数组suf[]并转至s2022；如果数组ddsj[]内所有元素的数量等于或大于m/2，则保存数组ddsj[]，并将数组ddsj[]内的所有元素作为数组vodj[]内的离态数据段。

29、本步骤的有益效果为：由于电池单体的电压差数据过多，如果将其全部引入至负载调度分析，会导致数据处理量级大幅升高，同时也无法有效地反映电池单体的健康状态和负载均衡情况，因此，为解决该问题，本步骤的方法通过筛选出数组内的离态数据段，离态数据段能够直接地作为反映电池单体的负载稳定程度的数据来源，以离态跃度作为筛选指标，能够在海量数据中快速定位出所有离态数据段，进而大幅减少数据处理的复杂性和计算负载，为负载调度分析提供更有价值的数据支持。

30、进一步地，步骤s300中，根据所述电极偏离度筛选出电池包内异常的电池单体的方法为：在电池包内的n个电池单体bat(1),bat(2),…,bat(n)中，将电极偏离度大于偏离极值的电池单体记为异常的电池单体；

31、其中，偏离极值的计算方法为：将n个电极偏离度eled(1),eled(2),…,eled(n)以数组eled[]存储，以n1表示n除以2后进行向上取整所得到的值，以数组eled[]的前n1个元素的平均值作为第一权重，以数组eled[]的第n1+1个元素至第n个元素的平均值作为第二权重，记偏离极值为第一权重和第二权重的平均值。

32、进一步地，步骤s400中，对异常的电池单体进行电压调节，完成负载均衡的方法具体为：通过bms电池系统的主动均衡技术对电池单体的电压进行升高或降低，以维持电池包内各电池单体的负载平衡。

33、可选地，步骤s400中，对异常的电池单体进行电压调节，完成负载均衡的方法还可以为：当异常的电池单体的电压值高于当前时刻电池包内所有电池单体的平均电压，则利用bms电池系统，对连接至异常的电池单体的其中一个电阻进行放电，使得该异常的电池单体的电压降低至当前时刻所有电池单体的平均电压；当异常的电池单体的电压值低于当前时刻所有电池单体的平均电压，则通过bms电池系统限制该异常的电池单体的放电速率，以防止异常的电池单体的电压持续降低。

34、本发明还提供了一种新能源汽车电池包负载均衡调度系统，所述一种新能源汽车电池包负载均衡调度系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种新能源汽车电池包负载均衡调度方法中的步骤，所述新能源汽车电池包负载均衡调度系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、移动电话、手提电话、平板电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

35、数据获取单元，用于获取电池包内各个电池单体的电压差数据；

36、数据计算单元，用于根据所述电压差数据计算电池单体的电极偏离度；

37、异常筛选单元，用于根据所述电极偏离度筛选出电池包内异常的电池单体；

38、均衡调节单元，用于对异常的电池单体进行电压调节，完成负载均衡。

39、本发明的有益效果为：所述方法能够实现准确、高效的电池负载均衡，大幅提高新能源电池包的使用寿命以及充放电能效，避免电池单体的电压不均衡而引起电池包的性能下降，利用电极偏离度准确地识别负载异常的电池单体并及时处理，高效地完成各电池单体的负载调度，同时保证电池包在充放电过程的稳定性，使得新能源汽车在各种工况下都能保持优良的电池性能。