本發(fā)明屬于電池管理，具體涉及基于模型參數(shù)模糊綜合評價的鋰電池組不一致性評估方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著新能源汽車和儲能系統(tǒng)的快速發(fā)展，鋰離子電池作為核心儲能單元，在提升能源利用效率方面發(fā)揮著重要作用。然而，由多個單體電池串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成的電池組在實際運行中面臨著嚴重的不一致性問題，成為限制其性能、壽命和安全性的關(guān)鍵瓶頸。電池組的不一致性主要來源于制造過程中的初始差異(如單體電池的容量、內(nèi)阻等參數(shù)的偏差)以及運行過程中的環(huán)境差異(如溫度分布不均、充放電電流分布等)，這些差異會隨著使用時間的增加而進一步放大。不一致性對電池組的影響是多方面的。一方面，它會導致電池組的實際容量受限于性能最差的單體，從而顯著降低系統(tǒng)的能量利用率；另一方面，不一致性會加劇單體電池間的不均勻退化，縮短電池組整體的使用壽命。此外，不一致性還可能導致局部單體出現(xiàn)過充、過放等極端情況，從而引發(fā)熱失控，增加系統(tǒng)的安全風險。

2、因此，亟需新的不一致性評估方法，能夠綜合分析電池組中所有電池單體的多維參數(shù)，構(gòu)建高精度的動態(tài)評估模型。該方法應全面、精準評估電池組當前不一致性的狀態(tài)，從而為電池組設(shè)計優(yōu)化、管理策略制定以及維護提供科學依據(jù)。這不僅有助于提升系統(tǒng)的能量利用效率，還能延長電池組的使用壽命并顯著提高運行安全性，滿足現(xiàn)代儲能和新能源汽車系統(tǒng)的高性能需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了基于模型參數(shù)模糊綜合評價的鋰電池組不一致性評估方法，采用如下的技術(shù)方案：包括建模、參數(shù)辨識、電池組不一致性評估。

2、在一優(yōu)選的實施方式中，步驟1：建立一階rc等效電路模型來描述鋰電池的行為和特性,它包含一個開路電壓源vocv、一個歐姆電阻r0和一個rc網(wǎng)絡；rc網(wǎng)絡由極化電阻r1和極化電容c1組成；

3、根據(jù)電路原理，建立系統(tǒng)模型如下：

4、vt＝vocv+v1+r0i?(1)

5、其中v1表示極化電壓，定義如下：

6、

7、步驟2：對模型進行參數(shù)辨識，具體步驟如下：

8、采用帶遺忘因子的遞推最小二乘算法(ffrls)對建立的一階rc等效電路模型進行參數(shù)辨識，從而得到鋰電池的歐姆內(nèi)阻r0、極化內(nèi)阻r1和極化電容c1；為了滿足rls算法的形式，需要對系統(tǒng)模型進行離散化，首先，極化電壓方程離散化如下：

9、

10、其中δt表示采樣時間；定義電壓差如下：

11、

12、由于δv(k-1)＝vt(k-1)-vocv(k-1)，所以可以進一步得到：

13、

14、由于δt很小，所以vocv(k)≈vocv(k-1)，所以上式可轉(zhuǎn)換為：

15、

16、定義：

17、

18、一階rc等效電路模型參數(shù)求解如下：

19、

20、其中θ＝[θ1,θ2,θ3,θ4]；

21、然后通過采集到的電池單體的電流和電壓數(shù)據(jù)再利用ffrls算法進行參數(shù)辨識，具體步驟如下：

22、待辨識系統(tǒng)的輸入輸出模型可表示為：

23、v(k)＝xt(k)θ+e(k)?(9)

24、其中v(k)為電池端電壓的第k次采樣值，e(k)為系統(tǒng)的測量誤差；

25、算法的流程如下：

26、1、初始化遺忘因子λ、協(xié)方差矩陣p、參數(shù)矩陣θ、誤差矩陣e；

27、2、計算增益：

28、

29、3、更新協(xié)方差矩陣：

30、

31、4、計算誤差：

32、e(k)＝v(k)-xt(k)θ(k-1)?(12)

33、5、更新參數(shù)矩陣：

34、θ(k)＝θ(k-1)+k(k)e(k)?(13)

35、6、根據(jù)式8計算模型參數(shù)；

36、7、步驟3：電池組不一致性評價，具體步驟如下：

37、步驟3-1：由采集到的電池數(shù)據(jù)再根據(jù)步驟1和2計算出電池組中所有電池單體歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容；并分別計算它們的極差系數(shù)、標準差系數(shù)、變異系數(shù)、平均絕對偏差和基尼系數(shù)這五大指標；其中極差系數(shù)r的計算公式如下：

38、r＝xmax-xmin?(14)

39、其中xmax代表電池組中所有電池單體參數(shù)(歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容)的最大值，xmin代表電池組中所有電池單體參數(shù)(歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容)的最小值；

40、標準差系數(shù)σ的計算公式如下：

41、

42、其中，xi為電池組中所有電池的單體參數(shù)(歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容)，為電池組中所有電池單體參數(shù)(歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容)的平均值，n為組成電池組的電池單體的數(shù)量；

43、變異系數(shù)cv的計算公式如下：

44、

45、其中，σ表示電池組中所有電池的單體參數(shù)(歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容)標準差，為電池組中所有電池單體參數(shù)(歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容)的平均值；

46、平均絕對偏差mad的計算公式如下：

47、

48、其中，xi為電池組中所有電池的單體參數(shù)(歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容)，為電池組中所有電池單體參數(shù)(歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容)的平均值；

49、基尼系數(shù)g的計算公式如下：

50、

51、其中，xi和xj為電池組中所有電池的單體參數(shù)(歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容)，為電池組中所有電池單體參數(shù)(歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻和極化電容)的平均值；

52、步驟3-2：建立鋰電池組不一致性等級；設(shè)定不一致性等級分為“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四個等級，不一致性指標包括步驟3-1中介紹的極差系數(shù)、標準差系數(shù)、變異系數(shù)、平均絕對偏差和基尼系數(shù)五大指標，此范圍可以根據(jù)具體的評估對象和實際需求進行靈活調(diào)整，如表1所示；其中等級“優(yōu)秀”表示一致性性能優(yōu)越，可以正常使用；等級“良好”表示一致性性能等級良好，可以繼續(xù)使用，當處于運維時間節(jié)點時，可進行均衡維護；等級“及格”表示此時儲能電池一致性等級一般，應根據(jù)情況申請進行均衡維護；等級“不及格”表示此時儲能電池一致性很差，應立即停機進行均衡維護；

53、步驟3-3：根據(jù)步驟二中辨識得到的電池組中所有電池單體的歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻、極化電容，利用式(14)-式(18)分別計算電池組中所有電池單體的不一致性指標；

54、步驟3-4：確定不一致性評價因素集u＝{極差系數(shù)，標準差系數(shù)，變異系數(shù)，平均絕對偏差系數(shù)，基尼系數(shù)}、不一致性評價等級集v＝{優(yōu)秀，良好，及格，不及格}及不一致性評價因素權(quán)重集a＝{w1，w2，w3，w4，w5}，其中權(quán)重集可以根據(jù)個人喜好自行設(shè)置，只要滿足w1+w2+w3+w4+w5＝1即可，在這里我們設(shè)置w1＝w2＝w3＝w4＝w5＝0.25；

55、步驟3-5：分別對極差系數(shù)、標準差系數(shù)、變異系數(shù)、平均絕對偏差系數(shù)進行單因素評價得到ri＝{ri1,ri2,ri3,ri4,ri5}，表示電池組中所有電池單體的五個評估指標(極差系數(shù)、標準差系數(shù)、變異系數(shù)、平均絕對偏差系數(shù)、基尼系數(shù))依次在不一致性評估等級(“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”)中所占的比例；

56、步驟3-6：根據(jù)得到的五個單因素評價集構(gòu)造電池組不一致性綜合評價矩陣r，如式19所示，其中r為a行b列，a為電池組不一致性評估指標的個數(shù)，這里設(shè)定為5(極差系數(shù)、標準差系數(shù)、變異系數(shù)、平均絕對偏差系數(shù)、基尼系數(shù))，b代表電池組不一致性評估等級的個數(shù)，這里設(shè)定為4(“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”)；

57、

58、步驟3-7：首先判斷矩陣r中第四列的值，若有任意一項大于0，則電池組不一致性評價等級為“不及格”，若矩陣r中第四列所有項均為0，則基于權(quán)重矩陣a及模糊關(guān)系矩陣r計算矩陣評價b，即b＝a×r＝(b1,b2,b3,b4)，其中b1，b2，b3，b4，b5分別代表一致性性能為“優(yōu)秀”、“良好”、“及格”、“不及格”的概率；

59、步驟3-8：根據(jù)獲得的評價矩陣b計算電池組不一致性程度，計算公式如式(20)所示，其中ω1＝100，ω2＝80，ω3＝60，ω4＝40；

60、μ＝ω1b1+ω2b2+ω3b3+ω4b4?(20)

61、然后對電池組不一致性做出綜合評價確定電池組不一致性評價分數(shù)(40-100)，得到電池組不一致性評價分數(shù)后再根據(jù)表2對照表確定電池組的不一致性評估等級；比如，若矩陣b＝(0.75?0.25?0?0)，則不一致性評價分數(shù)為μ＝0.75×100+0.25×80+0×60+0×40＝95，則電池組不一致性性能等級定義為“優(yōu)秀”。

62、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

63、(1)高精度評估：基于一階rc等效電路模型提取電池關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合遞推最小二乘算法，確保模型參數(shù)辨識的高準確性和可靠性。

64、(2)全面性與多維度分析：通過多維不一致性指標(極差系數(shù)、標準差系數(shù)、變異系數(shù)、平均絕對偏差、基尼系數(shù))綜合評估電池組狀態(tài)，能夠全面反映電池組的不一致性特征。

65、(3)靈活性與動態(tài)適應性：采用模糊綜合評價方法，允許根據(jù)實際需求調(diào)整權(quán)重分配，具備在復雜運行工況下動態(tài)調(diào)整和實時輸出評估結(jié)果的能力。

66、(4)直觀性與實用性：通過不一致性等級劃分(優(yōu)秀、良好、及格、不及格)，實現(xiàn)評估結(jié)果的直觀化，便于應用于電池組管理和優(yōu)化策略制定。

67、(5)廣泛適用性：方法適用于多種電池組配置和運行環(huán)境，為鋰電池組的設(shè)計優(yōu)化、均衡管理和維護提供科學依據(jù)，具有良好的工程應用前景。