一种基于电压跟踪的锂离子电池组能量最大化利用方法、系统、电子装置以及计算机可读存储介质与流程

本发明属于电动汽车与储能系统能量优化控制领域，具体涉及一种基于带遗忘因子的电压加权平均排序技术的低效电池筛选与基于电压跟踪技术的电池组能量最大化利用方法。

背景技术：

1、随着电动汽车和储能系统的快速发展，锂离子电池作为主要的能量存储方式已经得到了广泛的应用。电池的能量密度和循环寿命等级不断提高，为电动汽车的续航里程和储能系统的稳定性提供了更高的性能和可靠性。

2、单体电池的可用能量有限，通常采用串并联的方式构成电池组来进行使用。然而，尽管电池技术取得了长足的进步，但电池单体之间的不一致性问题仍然是一个严重的挑战。这种不一致性可能是由制造过程中的差异、外部环境的影响以及长期使用过程中的老化等因素导致的。这种不一致性会导致电池组中部分单体的电压、容量或内阻等参数出现差异，从而降低了整个电池组的能量利用效率。

3、在实际应用中，电池组的能量最大化利用对于延长电池寿命、提高电动汽车和储能系统的经济性能至关重要。因此，迫切需要针对电池系统不同的老化状态设计高效节能的电池组能量最大化利用算法。算法需要能够根据电池组的实际情况，动态调整电池单体之间的充放电优化策略，以提高电池组整体的最大能量，减少不一致性带来的能量损失，提升系统能量效率和经济性能。

4、解决电池组不一致性问题，提高能量利用率是实现电动汽车和储能系统可持续发展的关键。当电池组由于老化等问题出现电池单体之间的参数差异，会影响电池组整体的能量性能与功率性能，部分参数差异例如电池内阻之间的差异无法通过优化控制消除，但部分参数差异例如容量差异与荷电状态差异，可以通过控制算法将其影响控制在较小的程度，以提高电池组可用能量。然而，优化控制算法的设计对电池组能量最大化利用的效率有很大影响，不合理的控制算法不仅会增加电池系统硬件需求，提高电池模组生产成本，也可能无法实现优化利用策略，影响电池组能量效率，甚至导致电池系统的不稳定，对电池组的性能和安全产生负面影响。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，对于电池组不同的老化状态与不一致性差异，使用动态自适应的电池能量最大化控制方法，针对电池组不同的老化状态与离散参数，实现离群电池数目的动态选择。针对不同电池体系，不同老化状态的电池组，实现基于能量最大化利用方法设计。

2、基于此，提出一种基于电压跟踪技术的锂离子电池组能量最大化利用方法。该方法跟踪电池组的电压性能指标，以电池单体电压的加权平均值为筛选手段，以电池组的加权总和电压为优化目标，针对筛选出的离群电池进行充电优化与放电优化，提高电池组最大可用能量，提升全生命周期经济性能，为电动汽车和储能系统带来持续的性能提升。

3、第一方面，一种基于电压跟踪的锂离子电池组能量最大化利用方法，包括下述步骤：

4、对电池组进行恒流充电；

5、当电池单体电压达到充电上限电压时，记录电池组总电压和所有电池单体在充电结束时刻的端电压，其中代表电池编号；

6、记录连续多次充电截止时刻的电池组总电压与每支电池单体的结束时刻端电压，针对每支电池计算带遗忘因子的加权平均端电压值；

7、计算电池组的整体电压平均值、标准差与归一化标准差；

8、将归一化标准差映射至待筛选电池数量，即为离群电池；

9、分别对电压排序最高的支电池进行放电优化，对电压排序最低的支电池进行充电优化；

10、判断此次电池组能量最大化调整是否有效，根据判断结果进行下一次充电优化与放电优化。

11、所述计算带遗忘因子的加权平均端电压值具体为：

12、电池单体端电压的加权平均值通过如下公式计算：

13、 ；

14、其中，为0到1之间的遗忘因子，为电池编号，为距离最近一次电池组充满状态的充电次数，最新一次充满电的状态时，前一次，以此类推。

15、通过如下公式计算电池组的整体电压平均值:

16、。

17、通过如下公式计算标准差与归一化标准差:

18、 。

19、通过如下公式计算待筛选电池数量：

20、；

21、其中，a，b和c为常量参数，控制了公式将归一化标准差映射至电池数量的行为，确定的取值后将电池单体按照加权平均端电压进行排序，选择排序最高的支电池与排序最低的支电池。

22、需要指出的是，为了防止所述放电优化与充电优化调整时出现过充或者过放，对排序最高的电池进行放电优化时，对每支电池放出标称容量的一定比例作为本次调整值，对排序最低的电池进行充电优化时，对每支电池充入标称容量的一定比例作为本次调整值。

23、优选的，对排序最高的电池进行放电优化时，对每支电池放出标称容量的1%作为本次调整值，对排序最低的电池进行充电优化时，对每支电池充入标称容量的1%作为本次调整值。

24、需要指出的是，所述判断此次电池组能量最大化调整是否有效，根据判断结果进行下一次充电优化与放电优化具体为：

25、调整结束后等待下一次电池组的充满时刻，记录下一时刻电池组的总容量，如果存在，则表示此次电池组能量最大化调整有效，此时对之前选定的电池进行下一次充电优化与放电优化；

26、在不更改已选择电池单体编号的情况下持续以上优化过程，直至，表示此次优化未提高电池组充满时刻电压，代表当前优化策略失效，重新进行电压排序与电池数量筛选工作，进行下一次电池组能量最大化优化。

27、第二方面，提供一种锂离子电池组能量最大化充电系统，包括由电压跟踪模块、电池算法模块、超级电容模块组成的电池管理系统（bms）；

28、所述电压跟踪模块用于当电池单体电压达到充电上限电压时，记录电池组总电压和所有电池单体在充电结束时刻的端电压，其中代表电池编号；

29、所述电池算法模块用于针对每支电池计算带遗忘因子的加权平均端电压值；计算电池组的整体电压平均值、标准差与归一化标准差；将归一化标准差映射至待筛选电池数量；分别对电压排序最高的支电池进行放电优化，对电压排序最低的支电池进行充电优化；判断此次电池组能量最大化调整是否有效，根据判断结果进行下一次充电优化与放电优化。

30、所述超级电容模块用于进行放电调整与充电调整。

31、第三方面，提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

32、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

33、本发明的有益效果：

34、本发明提供的针对电动汽车或储能系统中的锂离子电池组的能量最大化利用方法及系统，采用了一系列创新的策略和技术，旨在有效降低电池单体之间的不一致性，从而提高整个电池组的能量利用率和性能稳定性。

35、首先，本发明定义了转换点电压并引入了带遗忘因子的电池单体加权转换点电压排序方法。通过考虑电池历史状态信息的权重，该方法可以更准确地反映电池单体的实际状态；通过排序，可以快速识别出电压较高和较低的离群电池单体，为后续的优化控制提供依据。其次，本发明采用了动态调整电池数量的策略。通过根据电池单体端电压的离散度，结合预设的常量参数，动态选择需要进行优化调整的离群电池数量，这种灵活的策略可以根据电池组的实际情况，调整充放电策略，最大程度地降低电池单体之间的不一致性以最大化利用电池组能量。此外，本发明的控制系统还能够动态监测电池单体状态，并根据实时情况调整电池组内离群单体，避免部分电池单体的过度放电或过度充电。通过避免不均衡状态的持续存在，本发明能够提高电池系统的最大可用能量与能量利用效率，并减少电池老化程度，延长电池使用寿命。上述创新策略和技术，本发明能够降低电池组的不一致性，减少能量效率低下的情况，显著提高电动汽车或储能系统的电池组能量性能，提高整个系统的经济性能并且降低电池系统的运营成本，由此用户将能够获得更高的使用价值和更低的总体成本，同时享受更长的电池寿命和更可靠的能量存储。本发明可以为电动汽车行业和储能系统领域带来了重要的技术突破并推动电池能量利用的最大化和可持续发展。