多节串联电池芯的均衡保护方法及系统与流程

本发明涉及电池均衡保护，尤其涉及一种多节串联电池芯的均衡保护方法及系统。

背景技术：

1、多节串联电池芯的均衡保护主要用于管理和优化电池组的性能，特别是在大规模储能系统、电动汽车和可再生能源系统中。在这些应用中，多个电池单元串联以达到所需的高电压和容量。由于电池单元的内在差异，如制造工艺、化学特性、使用条件和老化过程，不同单元之间的电压和状态会逐渐产生不一致。这种不一致如果得不到有效控制，可能导致整个电池组性能的下降，甚至引发安全问题，如过充或过放。因此，电池均衡技术成为了确保电池组可靠性和寿命的关键。均衡保护的方法主要分为被动均衡和主动均衡两大类。被动均衡通过在电池电压高的单元上消耗多余能量，以使其与其他单元电压一致，虽然成本低但效率较低；主动均衡则通过将能量从高电压单元转移到低电压单元，保持各单元之间的电压平衡，虽然效率高但系统复杂且成本较高。现代均衡系统还结合了智能控制算法和电池管理系统（bms），实时监控和调整各单元的电压，进一步优化电池组的性能和安全性。然而，传统的一种多节串联电池芯的均衡保护方法存在着对串联电池芯性能衰减分析不精确以及热损失效应评估不准确的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种多节串联电池芯的均衡保护方法及系统，以解决至少一个上述技术问题。

2、为实现上述目的，一种多节串联电池芯的均衡保护方法，所述方法包括以下步骤：

3、步骤s1：对多节串联电池芯进行多节点电池运行状态数据采集，得到多节点电池运行状态数据；对多节点电池运行状态数据进行串联梯度影响分析，得到内阻变化串联梯度影响数据；

4、步骤s2：根据内阻变化串联梯度影响数据进行热损伤增益效应模拟，得到热损伤增益效应数据；根据热损伤增益效应数据进行性能衰减梯度计算，得到热损伤性能衰减梯度数据；

5、步骤s3：根据热损伤性能衰减梯度数据进行串联电池芯均衡介入策略制定，得到电池芯均衡介入策略；

6、步骤s4：基于电池芯均衡介入策略进行自动化固件设计，得到均衡介入策略固件；将均衡介入策略固件嵌入至电池芯管理系统中，以执行电池芯的均衡保护。

7、本发明通过对多节串联电池芯进行运行状态数据的实时采集，包括电压、电流、温度等参数，获取全面的电池工作状态，对采集的数据进行分析，特别关注内阻的变化情况。内阻是电池健康状态的重要指标，其变化可以影响电池的性能和寿命，检测内阻梯度的变化可以帮助及早发现电池中存在的潜在问题或故障迹象，根据内阻梯度数据，可以更准确地评估电池的剩余寿命，避免因未预料的内阻变化导致的意外停机或性能下降，热损伤是电池性能衰减的重要原因之一，模拟分析可以帮助预测在不同工作条件下电池内部温度的变化及其对性能的具体影响，根据模拟结果，可以调整电池的工作参数或工作策略，以最小化热损伤对电池性能的负面影响，确定不同条件下电池性能的衰减速度，为制定合适的维护计划和周期性检查提供依据。通过周期性的性能衰减梯度计算，可以持续优化电池系统的管理策略，延长其可靠工作时间和寿命。根据实时监测的数据，调整电池芯的均衡操作，确保各个电池单元之间的电荷状态和电压水平保持均衡。根据不同工作条件和环境温度，优化均衡介入策略，以最大化电池系统的能量存储效率和功率输出稳定性。通过精确的均衡介入策略，可以避免电池芯之间因电压差异过大而导致的不均衡现象，均衡操作可以减少电池芯的过度充电或过度放电，降低电池系统受损的风险，有效的均衡管理可以延长电池的使用寿命，减少因电池不均衡而导致的性能衰减和提前更换的成本，开发能够根据预设的均衡策略自动调整电池芯状态的算法，对设计的固件进行安全性验证和优化，确保固件可以在各种工作条件下可靠运行，可以实时监测电池芯的工作状态，并根据预设的均衡策略自动调整操作，保持电池系统的稳定性和长期性能，自动化固件设计减少了对人工干预的依赖，提高了管理系统的自主性和响应速度。因此，本发明提供了一种多节串联电池芯的均衡保护方法是对传统的一种多节串联电池芯的均衡保护方法做出的优化处理，解决了传统的一种多节串联电池芯的均衡保护方法存在着对串联电池芯性能衰减分析不精确以及热损失效应评估不准确的问题，提升了对串联电池芯性能衰减分析的精确度，以及对热损失效应评估的准确度。

8、优选地，步骤s1包括以下步骤：

9、步骤s11：利用分布式传感器对多节串联电池芯进行多节点电池运行状态数据采集，得到多节点电池运行状态数据；

10、步骤s12：对多节点电池运行状态数据进行数据清洗，得到多节点电池运行状态清洗数据；

11、步骤s13：根据多节点电池运行状态清洗数据进行内阻变化映射，得到多节点内阻变化映射数据；

12、步骤s14：对多节点内阻变化映射数据进行串联梯度影响分析，得到内阻变化串联梯度影响数据。

13、本发明通过分布式传感器能够实时监测多节串联电池芯的各项运行状态数据，如电压、电流、温度，分布式传感器能够实现对电池芯全面的、实时的数据采集，确保获取的数据准确性和时效性，能够覆盖电池芯的不同位置和多个节点，提供全面的电池运行状态信息，帮助识别潜在问题和优化管理策略；对采集到的原始数据进行清洗和预处理，确保数据质量和一致性，统一数据格式和单位，使得不同数据源之间的对比和分析更加方便和可行，将清洗后的数据用于内阻的变化映射，精确反映电池芯内阻随时间的变化趋势，内阻是评估电池健康状态的关键指标，映射数据可以帮助准确评估电池的寿命和健康状况，提供了预测性维护的依据，根据内阻变化的趋势，可以及时采取措施，避免电池故障和性能下降，基于映射数据，分析电池芯内阻在串联结构中的梯度影响，理解不同节点内阻变化的梯度，有助于制定优化的电池均衡管理策略，确保各节点电池工作在最佳状态，识别出内阻变化较大的节点，提前预警故障，并优化电池的使用和维护策略，延长电池寿命。

14、优选地，步骤s2包括以下步骤：

15、步骤s21：根据内阻变化串联梯度影响数据进行多节点温度变化匹配，得到多节点温度变化数据；

16、步骤s22：根据内阻变化串联梯度影响数据以及多节点温度变化数据进行热损伤增益效应模拟，得到热损伤增益效应数据；

17、步骤s23：对热损伤增益效应数据进行增益效应量化处理，得到热损伤增益效应量化数据；

18、步骤s24：根据热损伤增益效应量化数据进行性能衰减梯度计算，得到热损伤性能衰减梯度数据。

19、本发明利用内阻变化的梯度影响数据，分析不同节点的内阻变化情况，匹配相应的温度变化数据，温度是影响电池性能和寿命的重要因素之一，通过匹配温度数据，可以更准确地评估电池的热管理状态，结合温度变化数据，能够综合考虑内阻变化与温度之间的关系，为后续的热损伤增益效应模拟提供基础；结合内阻变化的梯度影响数据和温度变化数据，进行热损伤增益效应的模拟分析，热损伤是指电池因温度变化而引起的性能衰减和寿命缩短，模拟能够预测出不同节点电池的热损伤程度；根据模拟结果，可以制定更合理的电池使用和管理策略，避免过高温度导致的性能下降和故障风险。将热损伤增益效应的模拟结果进行量化处理，得到具体的数据指标。将模拟结果转化为具体的数据指标，如热损伤程度、预计性能衰减速度等，有助于工程师和管理者理解电池的实际状态和潜在风险。提供量化数据后，可以更精确地进行成本效益分析、维护计划制定等决策，确保电池系统的长期稳定性和经济性。利用热损伤增益效应量化数据，计算出不同节点电池的性能衰减梯度。通过计算不同节点的性能衰减梯度，可以预测出电池在实际使用中的寿命和性能变化趋势。根据梯度数据，制定精细化的维护计划和电池替换策略，最大化电池系统的使用效率和成本效益。

20、优选地，步骤s22包括以下步骤：

21、步骤s221：根据多节点温度变化数据进行不同节点间的热容量存储效率计算，得到热容量存储效率数据；

22、步骤s222：基于热容量存储效率数据进行不同节点间的热传递系数计算，得到节点热传递系数；

23、步骤s223：根据热容量存储效率数据以及节点热传递系数进行节点热敏感度量化处理，得到节点热敏感度量化数据；

24、步骤s224：根据节点热敏感度量化数据以及节点热传递系数进行节点热损伤影响范围程度评估，得到节点热损伤影响范围数据；

25、步骤s225：根据节点热损伤影响范围数据对内阻变化串联梯度影响数据进行内阻失效概率计算，得到内阻失效概率数据；

26、步骤s226：根据节点热损伤影响范围数据以及内阻失效概率数据进行热损伤增益效应模拟，得到热损伤增益效应数据。

27、本发明根据多节点温度变化数据，计算不同节点的热容量存储效率，热容量存储效率反映了每个节点对热量的吸收和释放能力，帮助确定节点在温度变化时的表现，根据计算结果，可以调整热管理策略，确保节点在工作时的温度控制在安全和有效的范围内；基于热容量存储效率数据，计算不同节点之间的热传递系数，热传递系数反映了节点之间热量传递的速率和效率，帮助评估系统内部的热流动情况。根据传递系数，可以设计更有效的热管理系统，减少热耦合导致的效率损失和热损伤风险。结合热容量存储效率和热传递系数，对节点的热敏感度进行量化处理。通过量化热敏感度，确定在系统中哪些节点对温度变化特别敏感，会导致性能下降或损坏。根据结果，可以有针对性地加强或优化热管理措施，提高系统的稳定性和可靠性。根据热敏感度量化数据和热传递系数，评估节点热损伤对系统的影响范围。确定热损伤如何在系统中扩散，可能影响到的其他节点或系统部件，根据评估结果，制定预防和应对策略，减少热损伤对整个系统性能和可靠性的负面影响。利用节点热损伤影响范围数据，计算内阻在不同条件下的失效概率。内阻变化直接影响电池的性能和寿命，失效概率计算能够帮助预测电池系统在长期使用中的稳定性和可靠性。根据失效概率，优化电池的维护计划和更换策略，延长电池系统的寿命并降低维护成本。结合节点热损伤影响范围数据和内阻失效概率，模拟系统中热损伤对性能的增益效应。通过模拟，可以预测系统在不同温度和使用条件下的性能衰减趋势，提前采取措施避免潜在问题。根据模拟结果，优化电池系统的设计和管理策略，确保系统在各种环境下的稳定性和可靠性。

28、优选地，对内阻变化串联梯度影响数据进行内阻失效概率计算包括以下步骤：

29、对节点热损伤影响范围数据进行不同节点间的影响范围差值计算，得到影响范围差值数据；

30、根据影响范围差值数据对内阻变化串联梯度影响数据进行热交互内阻影响修正，得到内阻变化串联修正数据；

31、根据影响范围差值数据以及内阻变化串联修正数据进行节点内阻失效极限计算，得到节点内阻失效极限数据；

32、利用交叉验证法对节点内阻失效极限数据进行数据交叉分割验证，得到内阻失效极限分割验证数据；

33、基于大数定律对内阻失效极限分割验证数据进行内阻失效概率计算，得到内阻失效概率数据。

34、本发明根据节点热损伤影响范围数据，计算不同节点之间的影响范围差值，分析不同节点间的热损伤传播特性，确定各节点在温度变化下的影响程度，影响范围差值数据为后续步骤中的热交互影响修正提供关键信息；利用影响范围差值数据，对内阻变化串联梯度影响数据进行热交互修正，考虑不同节点之间热损伤影响范围的差异，修正内阻变化的梯度数据，使其更接近实际工作环境中的情况。修正后的数据更能反映实际内阻变化的概率，为下一步的失效极限计算提供更精确的输入，结合影响范围差值数据和修正后的内阻变化数据，计算各节点内阻失效的极限条件。根据计算结果，确定在给定条件下，每个节点内阻失效的可能性。这一步骤能够帮助评估系统在不同环境下的内阻管理能力和稳定性。使用交叉验证法对节点内阻失效极限数据进行验证，确保数据的准确性和可靠性。通过数据分割验证，验证内阻失效极限模型在不同数据集上的适用性，增强计算结果的可信度。交叉验证可以帮助减少由于样本偏差或模型过拟合导致的预测误差，提高内阻失效概率计算的准确性。根据内阻失效极限分割验证数据，应用大数定律进行内阻失效概率的最终计算。计算不同条件下内阻失效的概率，提供系统内阻管理策略制定的依据。基于计算结果，优化内阻管理的预防和维护策略，延长系统的使用寿命并提高稳定性。

35、优选地，步骤s24包括以下步骤：

36、步骤s241：对热损伤增益效应量化数据进行不同节点热损伤增量幅度计算，得到热损伤增量幅度数据；

37、步骤s242：根据热损伤增量幅度数据进行节点间机械应力变化分析，得到节点机械应力变化数据；

38、步骤s243：根据热损伤增量幅度数据以及节点机械应力变化数据进行温度应力耦合效应分析，得到温度应力耦合效应数据；

39、步骤s244：基于温度应力耦合效应数据进行节点寿命退化效应分析，得到节点寿命退化效应数据；

40、步骤s245：根据温度应力耦合效应数据以及节点寿命退化效应数据进行性能衰减梯度计算，得到热损伤性能衰减梯度数据。

41、本发明使用数据量化不同节点的热损伤增量幅度。这些数据基于实际或模拟的热损伤数据，反映节点在操作中可能面临的热损伤程度。根据热损伤增量幅度数据，分析不同节点之间机械应力的变化情况。这包括考虑到热膨胀或结构变形等因素，评估热损伤对节点结构强度的潜在影响。结合热损伤增量幅度数据和节点机械应力变化数据，分析温度和机械应力之间的复杂交互作用。确定温度变化如何导致内部应力的增加或减少，进而影响节点的稳定性和性能。基于温度应力耦合效应数据，评估节点在长期使用中出现的寿命退化情况。这包括考虑到材料疲劳、结构变形和性能衰减等因素。结合温度应力耦合效应数据和节点寿命退化效应数据，计算节点性能随时间的衰减梯度。基于计算结果，预测系统在不同操作条件下的长期稳定性和性能保持情况。

42、优选地，步骤s3包括以下步骤：

43、步骤s31：根据热损伤性能衰减梯度数据以及内阻变化串联梯度影响数据进行介入状态识别，得到电池芯介入状态识别数据；

44、步骤s32：根据电池芯介入状态识别数据、热损伤性能衰减梯度数据以及内阻变化串联梯度影响数据进行串联电池芯均衡介入策略制定，得到电池芯均衡介入策略。

45、本发明通过分析热损伤性能衰减梯度数据和内阻变化串联梯度影响数据，识别电池芯当前的介入状态。输出识别结果，这些结果反映了电池芯在特定操作条件下的健康状态和性能衰减程度。根据电池芯的介入状态识别数据、热损伤性能衰减梯度数据和内阻变化串联梯度影响数据，制定适当的均衡介入策略。确保各个电池芯在串联系统中的电荷和放电均衡，以提高电池组的整体性能和寿命。通过分析热损伤性能衰减梯度和内阻变化数据，实现对电池芯状态的精确识别，从而及时发现电池芯的健康问题和性能下降趋势。根据识别的电池芯状态数据制定均衡策略，确保每个电池芯都能够均衡充放电，从而延长整个电池系统的寿命和稳定性。通过实施精准的介入状态识别和均衡策略，降低了电池系统因电池芯不均衡而可能引发的性能损失和安全风险，提升了系统的可靠性和能量利用效率。

46、优选地，步骤s31包括以下步骤：

47、步骤s311：根据热损伤性能衰减梯度数据以及内阻变化串联梯度影响数据进行不同节点间的节点热损伤深度计算，得到节点热损伤深度数据；

48、步骤s312：根据节点热损伤深度数据以及内阻变化串联梯度影响数据进行串联节点线路影响权重评估，得到节点线路影响权重评估数据；

49、步骤s313：根据节点热损伤深度数据以及内阻变化串联梯度影响数据进行不同节点间的串联结构承载区间计算，得到串联结构承载区间；

50、步骤s314：利用预设的节点极限状态识别模型对节点线路影响权重评估数据以及串联结构承载区间进行介入状态识别，得到电池芯介入状态识别数据。

51、本发明使用热损伤性能衰减梯度数据和内阻变化串联梯度影响数据，计算不同节点之间的热损伤深度。这些数据反映了电池系统中各个节点（例如电池芯）在特定条件下的热损伤程度。输出节点热损伤深度数据，这些数据对于后续步骤的串联节点线路影响权重评估和串联结构承载区间计算至关重要。根据节点热损伤深度数据和内阻变化串联梯度影响数据，评估串联节点线路的影响权重。这一评估帮助确定各节点在串联系统中的重要性和影响程度。生成节点线路影响权重评估数据，用于后续的介入状态识别和电池芯均衡介入策略制定。利用节点热损伤深度数据和内阻变化串联梯度影响数据，计算不同节点间的串联结构承载区间。这些区间定义了电池系统在当前工作状态下的承载能力和安全边界。输出串联结构承载区间数据，用于评估电池系统当前的工作状态和安全性能。基于预设的极限状态识别模型，对节点线路影响权重评估数据和串联结构承载区间进行综合分析和评估。输出电池芯的介入状态识别数据，这些数据指示了电池芯当前的健康状态和运行条件下的介入需求。

52、优选地，步骤s32包括以下步骤：

53、步骤s321：根据电池芯介入状态识别数据、热损伤性能衰减梯度数据以及内阻变化串联梯度影响数据进行高风险区域识别，得到串联节点高风险区域数据；

54、步骤s322：利用sarsa算法对串联节点高风险区域数据进行环境状态感知，得到高风险环境状态感知数据；

55、步骤s323：根据高风险环境状态感知数据对热损伤性能衰减梯度数据以及内阻变化串联梯度影响数据进行节点功耗输出调整，得到节点功耗输出调整数据；

56、步骤s324：根据高风险环境状态感知数据以及节点功耗输出调整数据行串联电池芯均衡介入策略制定，得到电池芯均衡介入策略。

57、本发明结合电池芯介入状态识别数据、热损伤性能衰减梯度数据和内阻变化串联梯度影响数据，系统能够精确识别电池系统中存在潜在高风险的串联节点区域。这些区域由于热损伤或内阻变化而面临性能下降或安全风险。输出具体的高风险区域数据，为后续的环境状态感知和调整提供基础。sarsa算法用于对串联节点高风险区域数据进行环境状态感知。这意味着系统不仅仅检测到高风险区域，还能够实时评估当前环境对这些区域造成的影响。输出高风险环境状态感知数据，这些数据反映了电池系统在不同工作环境条件下的风险水平和响应需求。根据高风险环境状态感知数据，系统调整热损伤性能衰减梯度数据和内阻变化串联梯度影响数据中的节点功耗输出。这种调整涉及降低或增加特定节点的负载，以减少高风险区域的进一步恶化。输出调整后的节点功耗输出数据，这些数据为电池系统的稳定性和安全性提供了更加精细的管理手段。利用高风险环境状态感知数据和节点功耗输出调整数据，制定适应性强的电池芯均衡介入策略。这些策略旨在在不同的环境条件下，通过调整电池芯之间的功耗分配，实现系统的均衡和优化。输出具体的电池芯均衡介入策略，这些策略有助于防止高风险区域的进一步恶化，延长电池系统的寿命和稳定性。

58、优选地，本发明还提供了一种多节串联电池芯的均衡保护系统，用于执行如上所述的多节串联电池芯的均衡保护方法，该多节串联电池芯的均衡保护系统包括：

59、串联梯度影响分析模块，用于对多节串联电池芯进行多节点电池运行状态数据采集，得到多节点电池运行状态数据；对多节点电池运行状态数据进行串联梯度影响分析，得到内阻变化串联梯度影响数据；

60、性能衰减梯度计算模块，用于根据内阻变化串联梯度影响数据进行热损伤增益效应模拟，得到热损伤增益效应数据；根据热损伤增益效应数据进行性能衰减梯度计算，得到热损伤性能衰减梯度数据；

61、均衡介入策略制定模块，用于根据热损伤性能衰减梯度数据进行串联电池芯均衡介入策略制定，得到电池芯均衡介入策略；

62、介入策略执行模块，用于基于电池芯均衡介入策略进行自动化固件设计，得到均衡介入策略固件；将均衡介入策略固件嵌入至电池芯管理系统中，以执行电池芯的均衡保护。

63、本发明的有益效果，通过对多节串联电池芯进行运行状态数据的实时采集，包括电压、电流、温度等参数，获取全面的电池工作状态，对采集的数据进行分析，特别关注内阻的变化情况。内阻是电池健康状态的重要指标，其变化可以影响电池的性能和寿命，检测内阻梯度的变化可以帮助及早发现电池中存在的潜在问题或故障迹象，根据内阻梯度数据，可以更准确地评估电池的剩余寿命，避免因未预料的内阻变化导致的意外停机或性能下降，热损伤是电池性能衰减的重要原因之一，模拟分析可以帮助预测在不同工作条件下电池内部温度的变化及其对性能的具体影响，根据模拟结果，可以调整电池的工作参数或工作策略，以最小化热损伤对电池性能的负面影响，确定不同条件下电池性能的衰减速度，为制定合适的维护计划和周期性检查提供依据。通过周期性的性能衰减梯度计算，可以持续优化电池系统的管理策略，延长其可靠工作时间和寿命。根据实时监测的数据，调整电池芯的均衡操作，确保各个电池单元之间的电荷状态和电压水平保持均衡。根据不同工作条件和环境温度，优化均衡介入策略，以最大化电池系统的能量存储效率和功率输出稳定性。通过精确的均衡介入策略，可以避免电池芯之间因电压差异过大而导致的不均衡现象，均衡操作可以减少电池芯的过度充电或过度放电，降低电池系统受损的风险，有效的均衡管理可以延长电池的使用寿命，减少因电池不均衡而导致的性能衰减和提前更换的成本，开发能够根据预设的均衡策略自动调整电池芯状态的算法，对设计的固件进行安全性验证和优化，确保固件可以在各种工作条件下可靠运行，可以实时监测电池芯的工作状态，并根据预设的均衡策略自动调整操作，保持电池系统的稳定性和长期性能，自动化固件设计减少了对人工干预的依赖，提高了管理系统的自主性和响应速度。因此，本发明提供了一种多节串联电池芯的均衡保护方法是对传统的一种多节串联电池芯的均衡保护方法做出的优化处理，解决了传统的一种多节串联电池芯的均衡保护方法存在着对串联电池芯性能衰减分析不精确以及热损失效应评估不准确的问题，提升了对串联电池芯性能衰减分析的精确度，以及对热损失效应评估的准确度。