一種基于聚類算法的鋰離子電池串聯(lián)成組方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于聚類算法的鋰離子電池串聯(lián) 成組方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動(dòng)汽車的發(fā)展和推廣對(duì)于減少?gòu)U氣排放和節(jié)省汽油開(kāi)銷有非常重要的意義，目 前盡管國(guó)家和政府對(duì)電動(dòng)汽車出臺(tái)了不限行、易搖號(hào)、享受補(bǔ)貼等非常實(shí)用的鼓勵(lì)政策，但 電動(dòng)汽車高昂的成本和售價(jià)依然成為限制發(fā)展的重要因素。其中重要原因是動(dòng)力鋰離子電 池成本較高且技術(shù)革新帶來(lái)的成本下降速度較慢；此外，電動(dòng)汽車在安全穩(wěn)定性、電池壽命 等方面的不成熟也成為阻礙發(fā)展的重要因素。
[0003] 電池壽命是消費(fèi)者對(duì)于電動(dòng)汽車購(gòu)買決策中的重要因素，其中電池成組技術(shù)的研 究發(fā)展是延長(zhǎng)電池壽命的重要因素。在當(dāng)前的動(dòng)力電池技術(shù)水平下，電動(dòng)汽車電池包必須 由多塊動(dòng)力電池通過(guò)一定的串并聯(lián)構(gòu)成，由于電池單體在容量、內(nèi)阻、電壓等參數(shù)上存在差 異，使電池包的性能達(dá)不到單體電池的性能，在長(zhǎng)期使用中性能將會(huì)越來(lái)越差，電池包壽命 相較于單體壽命明顯縮短，而現(xiàn)有鋰離子電池成組方法存在無(wú)法兼顧多個(gè)參數(shù)一致性的問(wèn) 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于聚類算法的鋰離子電池的串聯(lián)成組方 法，其技術(shù)方案如下：
[0005] 步驟1 :使用單體電池測(cè)試設(shè)備測(cè)試和計(jì)算各電池的基本參數(shù)電池容量、歐姆內(nèi) 阻、10s內(nèi)阻和平臺(tái)電壓；
[0006] 所述電池容量采用恒流恒壓充電，恒流放電的測(cè)試方法；
[0007] 所述歐姆內(nèi)阻和10s內(nèi)阻的獲取采用復(fù)合脈沖電流法，具體過(guò)程如下
[0008] 步驟101 :電池測(cè)試設(shè)備連接電池后靜置10s，5A恒流充電至50% S0C，靜置h，6A 恒流放電l〇s，靜置60s，4A恒流充電10s，靜置60s ;
[0009] 步驟102 :選取持續(xù)10s的6A恒流放電部分的數(shù)據(jù)，分別找出10ms時(shí)的電壓變化 值A(chǔ)UJP 10s時(shí)的電壓變化值A(chǔ)U2，使用歐姆定律求得相應(yīng)直流內(nèi)阻，分別為歐姆內(nèi)阻和 l〇s內(nèi)阻；
[0010] 所述平臺(tái)電壓指恒流充放電過(guò)程中平臺(tái)期的電池電壓，平臺(tái)電壓數(shù)據(jù)由上述電池 容量測(cè)試過(guò)程中的恒流放電部分通過(guò)測(cè)試設(shè)備的控制軟件直接讀取；
[0011] 步驟2 :將電池容量、歐姆內(nèi)阻、10s內(nèi)阻和平臺(tái)電壓作為一致性指標(biāo)來(lái)對(duì)電池串 聯(lián)成組進(jìn)彳丁綜合考慮；
[0012] 步驟3 :確定了上述成組參數(shù)指標(biāo)后，使用層次分析法分析計(jì)算得到電池容量、歐 姆內(nèi)阻、10s內(nèi)阻和平臺(tái)電壓之間的權(quán)重比；
[0013] 步驟4:將測(cè)量得到的電池?cái)?shù)據(jù)使用中間值法歸一化并按此權(quán)重加權(quán)處理，使用 聚類算法將多塊單體電池劃分為不同的組別，然后將同組別的單體電池串聯(lián)成組。
[0014] 所述步驟1中電池容量其測(cè)試方法為電池測(cè)試設(shè)備連接電池后靜置10s，5A恒流 充電直到電壓上升至3. 65V，3. 65V恒壓充電直到電流下降至0. 5A，靜置lh，5A恒流放電至 電壓下降至2. 5V，靜置lh ;此過(guò)程循環(huán)3次，取第三次循環(huán)的放電容量作為電池容量數(shù)據(jù)。
[0015] 所述步驟3中使用層次分析法分析計(jì)算得到電池容量、歐姆內(nèi)阻、10s內(nèi)阻和平臺(tái) 電壓之間的權(quán)重比的具體步驟依次為：確定指標(biāo)構(gòu)成、確定兩兩之間比重、構(gòu)造判斷矩陣、 一致性判斷、計(jì)算特征向量，最終得到指標(biāo)權(quán)重。
[0016] 所述步驟4中的聚類算法為k-means法。
[0017] 有益效果
[0018] 本發(fā)明結(jié)合鋰離子電池本身電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和外部電氣特性，基于鋰離子電池各 參數(shù)的測(cè)量和分布，提出了一種基于聚類算法的鋰離子電池的串聯(lián)成組方法，提高了鋰離 子電池多個(gè)參數(shù)的一致性，進(jìn)而延長(zhǎng)了電池模組壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1-按本發(fā)明方法將16只電池聚為4類A、B、C、D的聚類結(jié)果，其中橫縱坐標(biāo)分 別表示權(quán)重較高的容量系數(shù)和平臺(tái)電壓系數(shù)；
[0020] 圖2-聚類組A的串聯(lián)模組的單體放電曲線；
[0021] 圖3-聚類組B的串聯(lián)模組的單體放電曲線；
[0022] 圖4-聚類組C的串聯(lián)模組的單體放電曲線；
[0023] 圖5-聚類組D的串聯(lián)模組的單體放電曲線；
[0024] 圖6-基于聚類算法的鋰離子電池串聯(lián)成組方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0026] 圖6是基于聚類算法的鋰離子電池串聯(lián)成組方法的流程圖。
[0027] 首先，觀察鋰離子單體電池外觀，剔除外觀有缺陷的電池，包括鼓包、變形和極耳 損壞等情況。
[0028] 再按照下述步驟進(jìn)行：
[0029] 步驟1、使用單體電池測(cè)試設(shè)備測(cè)試和計(jì)算各電池容量、歐姆內(nèi)阻、10s內(nèi)阻和平 臺(tái)電壓等基本參數(shù)。
[0030] 電池容量測(cè)試方案為將電池測(cè)試設(shè)備連接電池后靜置10秒，5A恒流充電直到電 壓上升至3. 65V，3. 65V恒壓充電直到電流下降至0. 5A，靜置1小時(shí)，5A恒流放電至電壓下 降至2. 5V，靜置1小時(shí)；此過(guò)程循環(huán)3次，取第三次循環(huán)的放電容量作為電池容量數(shù)據(jù)。
[0031] 歐姆內(nèi)阻和10s內(nèi)阻的獲取采用復(fù)合脈沖電流法，過(guò)程如下
[0032] 步驟（1):電池測(cè)試設(shè)備連接電池后靜置10秒，5A恒流充電至50% S0C，靜置1小 時(shí)，6A恒流放電10秒，靜置60秒，4A恒流充電10秒，靜置60秒；
[0033] 步驟⑵：選取持續(xù)10s的6A恒流放電部分的數(shù)據(jù)，分別找出10ms時(shí)的電壓變化 值A(chǔ)UJP 10s時(shí)的電壓變化值A(chǔ)U2，使用歐姆定律求得相應(yīng)直流內(nèi)阻，分別為歐姆內(nèi)阻和 l〇s內(nèi)阻；
[0034] 平臺(tái)電壓數(shù)據(jù)由上述容量測(cè)試過(guò)程中的恒流放電部分，通過(guò)測(cè)試設(shè)備的控制軟件 直接讀取。
[0035] 步驟2、通過(guò)單體電池等效一階模型得到，電池之間的差異性表現(xiàn)在歐姆內(nèi)阻、極 化內(nèi)阻、最大可用容量和S0C 4個(gè)方面，其中前3個(gè)參數(shù)屬于電池本身固有特性，因此將此 三個(gè)參數(shù)作為成組的三個(gè)指標(biāo)。同時(shí)，由于磷酸鐵鋰電池平臺(tái)電壓非常明顯的特點(diǎn)，將平臺(tái) 電壓也作為一個(gè)成組指標(biāo)，因此確定容量、歐姆內(nèi)阻、l〇s內(nèi)阻和平臺(tái)電壓為串聯(lián)成組的指 標(biāo)。
[0036] 步驟3、使用層次分