动力电池配组方法研究_张剑锋

２ 多个单体电池之间的差异评价
当有多个单体电池要进行配组时，必须要对多个单体电
池之间的差异进行评价。这种评价方法还是基于两个单体电 的特性可以进行比较。在此可以采用质心的方法去衡量多个 量 ｘｍ＝ ［ｘｍ１， ｘｍ２， ｘｍ３ …… ｘｍｎ］， 可知 ｑ 个单体电池的质心为：
池之间的差异评价为基础。多个单体电池之间在相同条件下
D =d x−x （４） 当电池数量为 ｎ 时，首先利用式 ３ 求出这 ｎ 电池在多维 然后利用式 ４ 可以得到距离最大的点， 将该 空间中的质心 ｘ， 点去掉后重新求出 ｎ-１ 个电池在多维空间中的质心 ｘ， 然后再
依次类推可以得到需 利用公式 （４）可以得到距离最大的点， 要数量的电池。
２０１２．１１ Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．１１
x x X = x
也可以表示成：
式中： ｘｉｊ（ｉ ＝１， ２， … ， ｍ； ｊ ＝１， ２， … ， ｎ）为第 ｉ 个样品的第 ｊ 个指 第 ｉ 个样品 Ｘｉ， 为矩阵尤的第 ｉ 行所描述， 所以任何两个样品 中的第 ｋ 行与第 ｌ 行的相似程度来描述［３］。
标的观测数据 （即第 ｉ 个样品充放电曲线上的第 ｊ 个采样点）。 在同一充放电倍率下 Ｘｋ 与 Ｘｌ 之间的相似性， 可以通过矩阵 Ｘ 由图 １ 可以看出两个单体电池在以相同倍率充电的情况
如果考虑电池在不同充放电倍率下的影响因子 Ｋｉ， 则两
个单体电池在多种不同充放电倍率下的总体差异度评价 Ｄｋｌ。 1 （２） D = d ∑ = K p ２０１２．１１ Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．１１
１６５７
Á Â Á Á Á Â Ã Á Â Ã Ä
研 究 与 设 计
昊１
x x
x
x x x
单体电池之间的相对差异。由电池 ｍ 的充放电曲线的特征向
两个单体电池之间的差异可以表示为 Ｄｋｌ （ｋ 表示一个单体电 池的编号， ｌ 表示另一个单体电池的编号）， 那么多个单体电池 由于距离是标量， 无方 中两两之间的差异可以用矩阵 Ｄ 表示。 （其中 ｎ 为电池数量）。
向性，因此该矩阵是一个对称矩阵，并且 Ｄ１１ ＝Ｄ２２＝…＝ Ｄｎｎ ＝０
标轴上， 如图 ２ 所示。
图２
电池放电至 ２．７５ Ｖ 的容量
综合考虑两个放电容量参数 Ｃ２ 和 Ｃ１ 进行配组，按照前
面的思路， 类似地， 分别以容量参数 Ｃ２ 和容量参数 Ｃ１ 作为横 纵坐标轴， 将电池标注在平面坐标上， 如图 ３ 所示。
x=
1 ∑ q
=
x
（３）
D
D
D
D D D
文章编号： １００２－０８７ Ｘ（２０１２）１１－１６５７－０２
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ
（１．Ｈｕｂｅｉ Ｅｎｔｒｙ－Ｅｘｉｔ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｑｕａｒａｎｔｉｎｅ Ｂｕｒｅａｕ， Ｗｕｈａｎ Ｈｕｂｅｉ ４３００５０， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｗｕｈａｎ Ｌａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏ． Ｌｔｄ．， Ｗｕｈａｎ Ｈｕｂｅｉ ４３００７９， Ｃｈｉｎａ）
Á Â Á Á Â Â Á Â Ã Á
４ 实例分析
情况。
两个单体电池的充电曲线
有由 ７ 个同类型锂二次电池组成的一批目标电池，按照
现在来分析其配组 同一种测试方实测得到放电容量如下表 １，
如果不考虑放电容量参数 Ｃ１，仅依据单个放电容量参数
Ｃ２ 进行配组。为了直观， 现将所有的容量参数 Ｃ２ 标注在单坐
ｘｍ＝ ［ｘｍ１， ｘｍ２， ｘｍ３ …… ｘｍｎ］。 对于一组待分类的单 特征向量为：
体电池可以将一簇充放电曲线转化为原始数据阵：
收稿日期： ２０１２－０４－０８ 作者简介： 张剑锋 （１９６３—）， 男， 湖北省人， 高级工程师， 主要研 究方向为机电检验。
d = (∑ = x ห้องสมุดไป่ตู้ x
由式（１）可以看出 ｄｋｌ 的值越小表示电池 ｋ 和电池 ｌ 在这一充放 电倍率下二者性能越接近。
下各自电压随时间变化的曲线是存在差异的 。 图 １ 中实线表 示电池 ｋ 的充电曲线， 虚线表示电池 ｌ 的充电曲线。两个电池 把两个电池放在 ｎ 维空间下进行衡量的话，则每个电池可以 表示成 ｎ 维空间中的一个点，两个电池的差异就可以用空间 下的两个点的距离 ｄｋｌ 来表示［４］。
分别表示为 ｘｋ＝（ｘｋ１， ｘｋ２， ｘｋ３， …， ｘｋｎ）， ｘｌ＝（ｘｌ１， ｘｌ２， ｘｌ３， …， ｘｌｎ）。 如果
后再进行数学抽象， 实现电池性能的综合评价和比较， 将电池 性能的定性分析转化成定量分析，为电池组的综合性能最优 配组提出了一种可以实际操作的简单方法。
(
)
参考文献：
［１］ 王绕．电动车电池一致性配组技术［Ｊ］．电器工业， ２００２， ６：１５－１７． ［２］ 张宾， 林成涛， 陈全世 ． 动力锂离子电池离散特性分析与建模 ［Ｊ］． 电池工业， ２００８， １３（２）：１０３－１０８． ［３］ 张尧庭．多元统计分析引论［Ｍ］．北京： 科学出版社， １９８２． ［４］ 方开泰， 潘恩沛．聚类分析［Ｍ］．北京： 地质出版社， １９８２．
ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｆｅｎｇ１， ＹＥ Ｗｅｎ－ｊｉｅ２， ＨＵ Ｚｈｅｎｇ－ｑｕｎ１， ＤＩＮＧ Ｚｈｉ－ｙａｏ１， ＬＩＵ Ｍｅｎｇ１， ＬＩＡＮＧ Ｈａｏ１
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃｅｌｌｓ ｈａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃｅｌｌｓ． Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ， ａｎ ｅａｓｙ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｉｔ ｏｆｆｅｒｅｄ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｂａｔｔｅｒｙ； ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ； ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ 目前， 动力电池使用愈来愈广泛， 单体电池必须通过串 ／ 并联形成一个电池组才能满足应用所需的容量和电压等要 质量再好， 若配组后同组内各单 求。单体电池的性能再优良， 体电池特性不一致或者组合封装时初始状态不一致 ［１］， 都会导 致各单体电池的性能不能得到充分发挥，发生单体电池间的 相互 “ 牵制 ” 或 “ 拖后腿 ” 现象， 使电池组整体特性急剧衰退 和部分电池的加速损坏。每个单体电池的特性参数有很多， 容 量、 内阻 、 充放电曲线等 ， 随着放电电流增大 ， 单体电池极化过 程的不一致性加剧， 电池组的整体离散度将会恶化 ［２］。如何评 价多个单体电池之间的差异以及不同单体电池如何进行最优 配组， 发挥电池组的最优性能是本文研究的重点。
１ 两个单体电池之间差异评价
首先如何评价单体电池的性能是本文的基础 。 本文先以 电压为例来分析说明。在不同的充放电倍率下， 单体电池的电 压是不同的。假设不同充放电倍率下对其单体电池的影响因 （其中 ｐ 为充放电倍率的种类数）， 影响因子 Ｋｐ 可以 子为 Ｋｐ 根据放电倍率对电池性能的影响程度取不同的值 。假设有 ｍ 个电池样品， 采用 ｐ 种充放电倍率， 每种充放电倍率时每个样 品测得 ｎ 项指标（变量） （ｎ 为某种倍率下电池充放电曲线上的 关键采样点数），因此单体电池 ｍ 的充放电曲线可以转化为
D D D= D
３ 多个电池的配组方法
多个电池进行配组时，两个电池之间的最大差异决定了 电池组的性能，也就是说在一个电池组的性能由性能最差的 后再在余下的电池中挑出差异最大的，依次类推得到需要的 证电池组的性能最优。 然 那个电池决定。因此在配组时必须先挑出差异最大的那个，
电池组数量时， 即可完成电池的配组。这样的配组结果能够保
x x X = x

)
（１）
研 究 与 设 计
图１
式 （２）还可以用来评价电池不同的特性在总体上的差异， 关键就在如何去确定不同特性对总体评价的影响因子 。 如电 阻的影响因子是 ０．３， 则总的评价为三者影响因子与各自评价 积的总和。 电压影响因子是 ０．５， 内 池在充放电时容量的影响因子是 ０．２，
图３
电池放电至 ３．６ Ｖ 和 ２．７５ Ｖ 时的容量
如果要在这 ７ 个电池中挑选出 ３ 个电池组成一个电池
组， 则采用本文第 ３ 部分的方法可以很快得到 ４＃， ５＃， ６＃ 配组 时性能最优。如果 ４ 个电池配成一个电池组， 则 ３＃， ４＃， ５＃， ６＃
最优。
５ 结论
采用数学方法对影响电池的性能的关键点进行提取， 然
动力电池配组方法研究
张剑锋 １， 叶文杰 ２， 胡正群 １， 丁志尧 １， 刘
蒙 １， 梁
（１．湖北出入境检验检疫局， 湖北 武汉 ４３００５０； ２．武汉蓝电电子有限公司， 湖北 武汉 ４３００７９）
摘要： 单体电池的一致性对电池组的性能有重要影响， 采用定量分析法研究了多个单体电池之间的差异评价方法 。在此 基础上提出了一种易于实现的电池配组方法， 并结合实例进行分析 。 关键词： 电池； 差异评价； 配组 中图分类号： ＴＭ ９１２ 文献标识码： Ａ
１６５８