[发明专利]磷酸铁锂电池系统容量不均衡度的大数据提取计算方法

说明书

本发明公开的是一种磷酸铁锂电池系统容量不均衡度的大数据提取计算方法，包括以下具体步骤：设置筛选条件、筛选电压和电量值、得到电压‑电量曲线、得到电压‑电量采集数据的折线拟合曲线、对折线拟合曲线进行光滑拟合处理并得到磷酸铁锂电池的电压‑∆电量/∆电压曲线、根据磷酸铁锂电池的电压‑∆电量/∆电压曲线计算得到不同电池的不均衡程度ΔSOC值，完成容易不均衡度的计算。本发明不仅可以稳定该求导曲线呈现出的M形双峰特征，而且可以在关键特征参数精度不降低的前提下减少大数据处理的计算量。

技术领域

本发明涉及的是新能源客车电池系统领域，更具体地说是一种磷酸铁锂电池系统容量不均衡度的大数据提取计算方法。

背景技术

新能源汽车的动力电池系统由若干个电芯通过串并联组成，该系统的性能受电芯一致性影响。新能源汽车动力电池系统经历长时间使用后，电池单体之间因温度、自放电率、容量衰减速率、库仑效率等不同会导致电池单体之间的SOC出现不一致现象，即容量不均衡。该种不均衡现象会使电池系统可用容量减少，利用效率降低，使车辆行驶里程减少，且是造成系统显示SOC在正常范围内却发生电芯欠压报警的主要原因。

目前的电池管理系统中，通常采用各单体中的最高/最低单体之间压差来判断容量不均衡。然而对于磷酸铁锂电池体系而言，因其电压平台较平，动态压差主要由单体之间极化差异引起，静态压差主要由电池制造不一致差异导致，加上电压值采样误差的存在，单体压差法无法准确反馈容量差异。即使BMS带有均衡功能，也常因均衡电流小、均衡作用时间短、均衡策略不够优化，无法保证电池系统处于均衡状态，且经常在电池系统已经出现容量不均衡后，压差并未达到报警值，致使容量不均衡长期存在，限制了电池系统容量的高效利用，减短了车辆行驶里程。

因而，将压差应用于磷酸铁锂体系作为判断容量不均衡的方法存在缺陷，而现有电池管理系统又无法有效的抑制电池系统不均衡状态的恶化，所以，搭载磷酸铁锂电池的新能源车辆需要一种更精准的利用大数据提取容量不均衡程度数据特征的方法，为电池系统保养维护提供量化参考指标，使其能够及时的恢复均衡状态，提升电池系统整个生命周期的使用能效，延长车辆行驶里程。

另一方面，因为上述原因，大量新能源汽车在电池系统报废的时候仍然有相当一部分电芯的电量仍旧拥有可观的可使用电量，直接按照电量衰减最大的电芯参数进行判断电池系统可用性，报废整个电池系统的电芯的做法存在巨大的资源浪费。

本申请人在研究中发现，单个磷酸铁锂电池系统模块由许多电芯单体构成系统的能源存储主体，这些单体在充放电工况下存在工作电压不一致的情况，而在一个完整的充电过程中，因为单体间存在电压不一致，这样电压高的单体会先被充满电，从而触发电池管理系统的充电截止动作，这时电压低的单体因为充电截止而没有充满电，见说明书附图1，可以看到低电压单体和高电压单体的充电曲线，该低电压单体1的充电曲线不完整，没有最后一段电压显著升高而充电电量小幅增加的这一段。

本申请人在于2019年4月26号申请的中国专利一种磷酸铁锂电池系统容量不均衡程度的估算方法（申请号为：201910345220.0）该方案中公开了因充电曲线的电压平台较平，很难直接提取充电压差特征，但是如果对上述曲线进行滤波光滑处理后的曲线求导数，得出的特征波峰可以较为准确的表征单体的充电压差。如说明书附图2，该磷酸铁锂电池在充电过程中，对电压-电量曲线求导会出现两个明显的特征波峰，经过大量实验证明：后一个波峰的峰值点，可以作为表征单体充电电压的特征点。这样，通过容量微分曲线变化，可以实现电池特性信息的提取，再通过一系列数据处理，可以实现不同电芯之间SOC差值的估算。

在计算出每个单体后一个电压-电量求导曲线波峰的电压后，将完成100%充电的标准单体的波峰电压和没有完成充电的欠压单体的波峰电压进行相减，可以得出需要参照回调的电压∆V，即将∆V映射到标准单体的电压-电量曲线中，可以预测出欠压单体实际少充了多少电量。如说明书附图3所示，∆V通过电压-电量曲线被映射为∆Q，从而计算出低压单体没有被充满的电量占100%电量的比例。