电池模组内电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端与流程

1.本发明涉及电压一致性的技术领域，特别是涉及一种电池模组内电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端。


背景技术：

2.在储能技术的快速发展过程中，储能安全始终是行业热点问题。如何保障储能电站内所使用的储能电池的安全显得尤为重要，为了保证电池的安全，如果能在日常的运行过程中，对电池内部的运行情况做到一个智能化的监督，对内部的数据进行一个混乱程度的划分。在日常的巡检中，对较混乱的电池加强监督和运维，并配合对应的运维措施，实现对电池运行状况的密切关注，从而避免可能会发生燃烧、爆炸等风险。
3.不管是储能电池还是新能源车用的电池，其一致性变化是电池安全的主要因素。理想情况下，一个电池模组的内的所有电芯的表现应该一致。但是由于生产环境、生产工艺的不同，同一电池模组内的电芯也会存在或大或小的差异。随着电池模组的使用，这种不一致性会加剧。电池模组一旦出现不一致性，就会造成容量减少等问题。严重时会危及电池的安全，造成短路，燃烧、爆炸等风险。
4.然而，现有的电池管理系统(battery management system，bms)无法对电池的一致性程度进行区分，只能进行简单的过压、欠压诊断、压差告警等。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电池模组内电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端，通过将电压数据转换为散点图，基于散点图中极值点的距离实现电池模组内电压一致性的判断，有效提升了电池模组运行的安全性。
6.第一方面，本发明提供一种电池模组内电压一致性监测方法，所述方法包括以下步骤：获取电池模组中各个电芯的电压数据；基于所述电压数据计算每个电芯的电压标准分；计算所述电压标准分的均值和标准差；基于所述均值和所述标准差构建散点图；获取所述散点图中的极值点，所述极值点包括所述散点图中横坐标最大和最小的散点和纵坐标最大和最小的散点；计算相邻两个极值点之间的距离；基于所述距离判断所述电池模组内电压是否存在一致性问题。
7.在第一方面的一种实现方式中，还包括对所述电压数据进行预处理，以基于预处理的电压数据计算所述电压标准分。
8.在第一方面的一种实现方式中，基于所述电压数据计算每个电芯的电压标准分包括以下步骤：
9.计算所述电压数据的均值或中位值μ和标准差σ；
10.计算每个电芯的电压标准分其中vi表示电池模组中第i个电芯的电压。
11.在第一方面的一种实现方式中，基于所述均值和所述标准差构建散点图包括以下步骤：
12.以所述均值和所述标准差为坐标轴构建平面直角坐标系；
13.将每个电芯对应的均值和标准差以散点的形式标注在所述平面直角坐标系上。
14.在第一方面的一种实现方式中，基于所述距离判断所述电池模组内电压是否存在一致性问题包括以下步骤：
15.判断所述距离是否大于预设阈值；
16.当至少存在一个距离大于所述预设阈值时，判断所述电池模组内电压存在一致性问题。
17.在第一方面的一种实现方式中，还包括基于大于预设阈值的距离确定对应的电芯为异常电芯。
18.在第一方面的一种实现方式中，还包括对所述异常电芯进行验证；所述验证包括以下步骤：
19.在所述散点图中去除所述异常电芯对应的散点，并基于剩余的散点获取更新后的极值点；
20.计算更新后的相邻两个极值点之间的距离；
21.当更新后的各个距离均小于所述预设阈值时，验证所述异常电芯的异常性。
22.第二方面，本发明提供一种电池模组内电压一致性监测系统，所述系统包括第一获取模块、第一计算模块、第二计算模块、构建模块、第二获取模块、第三计算模块和判断模块；
23.所述第一获取模块用于获取电池模组中各个电芯的电压数据；
24.所述第一计算模块用于基于所述电压数据计算每个电芯的电压标准分；
25.所述第二计算模块用于计算所述电压标准分的均值和标准差；
26.所述构建模块用于基于所述均值和所述标准差构建散点图；
27.所述第二获取模块用于获取所述散点图中的极值点，所述极值点包括所述散点图中横坐标最大和最小的散点和纵坐标最大和最小的散点；
28.所述第三计算模块用于计算相邻两个极值点之间的距离；
29.所述判断模块用于基于所述距离判断所述电池模组内电压是否存在一致性问题。
30.第三方面，本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的电池模组内电压一致性监测方法。
31.第四方面，本发明提供一种电池模组内电压一致性监测终端，包括：处理器及存储器；
32.所述存储器用于存储计算机程序；
33.所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电池模组内电压一致性监测终端执行上述的电池模组内电压一致性监测方法。
34.如上所述，本发明的电池模组内电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端，具有以下有益效果：
35.(1)基于电池模组内各个电芯的电压数据，能够利用少量数据实现电池模组内电压一致性的判断，有效提升了电池模组运行的安全性；
36.(2)能够对影响电池模组的一致性的电芯进行准确定位；
37.(3)适用各种不同型号、不同厂家、不同工况下的电池，应用范围广，且适用于电池的全生命周期；
38.(4)相较于bms的压差判断更加有效，并且可以量化一致性的程度；
39.(5)除了适用于单个电池模组，还适用于串联工况的多个电池模组，以判断串联模式的不同电池模组间的电芯的一致性情况，避免了拆包等复杂操作；
40.(6)当应用于电池簇中多个串联的电池模组时，将每个电池模组视为一个点，筛选异常的电池模组，从而有助于对整个电池簇中电池模组的均衡；并且本发明可以拓展到电池模组内的温度探头的一致性情况，只是拓展到温度探头时的阈值可能需要调整一下。
附图说明
41.图1显示为本发明的电池模组内电压一致性监测方法于一实施例中的流程图；
42.图2显示为本发明中电芯的正常电压数据于一实施例中的随时间变化示意图；
43.图3显示为图2的正常电压数据于一实施例中的散点图；
44.图4显示为图3的散点图对应的极值点之间的距离的示意图；
45.图5显示为本发明中电芯的异常电压数据于一实施例中的随时间变化示意图；
46.图6显示为图5的异常电压数据于一实施例中的散点图；
47.图7显示为图6的散点图对应的极值点对应的距离的示意图；
48.图8显示为本发明的电池模组内电压一致性监测系统于一实施例中的结构示意图；
49.图9显示为本发明的电池模组内电压一致性监测终端于一实施例中的结构示意图。
具体实施方式
50.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
51.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
52.本发明的电池模组内电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端通过将电芯电压转换为散点图，并基于散点图的分析实现电池模组内电压一致性的准确判断，并能够对影响电池模组的一致性的电芯进行准确定位，从而实现了电池模组的可靠监测，有效提升了电池模组运行的安全性。
53.如图1所示，于一实施例中，本发明的电池模组内电压一致性监测方法包括以下步骤：
54.步骤s1、获取电池模组中各个电芯的电压数据。
55.具体地，所述电池模组为单个电池模组或者彼此串联的电池模组。对于串联电池模组而言，由于每个电芯的内阻相等，在电池进行充放电时，每个电芯的电压随时间的变化曲线原则上是一致的。如果电芯的电压变化的一致性出现问题，那么可认为电池模组内存在内阻异常的电芯。因此，为了及时发现电池模组内部的故障，提升电池模组运行的安全性，需要监控电池模组内部每个电芯的电压随时间的变化。其中，采集一个电池模组在日常工况下各个电芯的电压随时间变化值，即得到各个电芯随时间变化的电压数据。
56.优选地，所述电压数据可以是实时电压数据，也可以是历史电压数据。
57.为了提升所述电压数据的有效性，于一实施例中，还需对所述电压数据进行预处理，以基于预处理的电压数据进行后续处理。其中，所述预处理包括对所述电压数据进行异常值删除和去重。
58.步骤s2、基于所述电压数据计算每个电芯的电压标准分。
59.具体地，基于所述电压数据计算每个电芯的电压标准分包括以下步骤：
60.21)计算所述电压数据的均值或中位值μ和标准差σ。
61.其中，针对预设时间长度，计算对应的电压数据的均值或中位值μ和标准差σ。
62.22)计算每个电芯的电压标准分其中vi表示电池模组中第i个电芯的电压。
63.步骤s3、计算所述电压标准分的均值和标准差。
64.具体地，对于每个电芯，计算各个预设时间长度对应的电压标准分的均值和标准差，从而能够将多个数值的电压标准分整合到一个数值上，以一个数值来代表整个电芯。
65.步骤s4、基于所述均值和所述标准差构建散点图。
66.具体地，对于每个电池模组中的各个电芯，根据对应的电压标准分的均值和标准差绘制散点，从而得到散点图，以根据所述散点图来判断电池模组内的电压一致性状态。
67.于一实施例中，基于所述均值和所述标准差构建散点图包括以下步骤：
68.41)以所述均值和所述标准差为坐标轴构建平面直角坐标系。
69.其中，以所述均值为横轴，标准差为纵轴构建平面直角坐标系。或者，以所述均值为纵轴，标准差为横轴构建平面直角坐标系。
70.42)将每个电芯对应的均值和标准差以散点的形式标注在所述平面直角坐标系上。
71.其中，基于电池模组中每个电芯的电压标准差的均值和标准差，在所述平面直角坐标系中绘制与所述电芯一一对应的散点，从而得到所述散点图。
72.步骤s5、获取所述散点图中的极值点，所述极值点包括所述散点图中横坐标最大和最小的散点和纵坐标最大和最小的散点。
73.具体地，在所述散点图中确定极值点，其中所述极值点包括所述散点图中横坐标最大和最小的散点和纵坐标最大和最小的散点。当某一散点同时满足横坐标最大/最小和纵坐标最大/最小时，极值点为三个。当两个散点同时满足横坐标最大/最小和纵坐标最大/最小时，极值点为两个。当不存在某一散点同时满足横坐标最大/最小和纵坐标最大/最小时，极值点为四个。需要说明的是，当极值点的个数为两个时，表明电池模组内部的电压一
致性很好。故本发明不考虑该情形。本发明主要针对极值点为三个或四个的情形。
74.步骤s6、计算相邻两个极值点之间的距离。
75.具体地，当所述极值点的个数为三个时，两两相邻的极值点之间可计算出三个距离。当所述极值点的个数为四个时，对于任意一个极值点，存在两个相邻的极值点和一个相对的极值点。此时，仅需计算该极值点与相邻的两个极值点之间的距离，从而得到四个距离值。优选地，构建所述极值点的外接多边形，所述外接多边形的各个边长即为相邻两个极值点之间的距离。
76.需要说明的是，所述距离可根据所述极值点在所述平面直角坐标系上的坐标，通过计算欧氏距离获取。
77.步骤s7、基于所述距离判断所述电池模组内电压是否存在一致性问题。
78.具体地，基于所述距离判断所述电池模组内电压是否存在一致性问题包括以下步骤：
79.71)判断所述距离是否大于预设阈值。
80.其中，所述预设阈值优选为3，其中，3是指所述平面直角坐标系的横坐标的3个单位长度。通过所述距离的大小可以判断数据的离散程度，离散程度反应电池模组内电压的不一致性情况。当所有距离都很小时，说明电池模组内部的电压分布都比较集中，一致性较好；当出现某一个距离很大时，说明电池模组内的电压一致性较差，出现了较为明显的离群点。其中，所述距离需与所述预设阈值进行比较。
81.72)当至少存在一个距离大于所述预设阈值时，判断所述电池模组内电压存在一致性问题；否则判断所述电池模组内电压不存在一致性问题，属于正常的电池模组。
82.于一实施例中，本发明的电池模组内电压一致性监测方法还包括基于大于预设阈值的距离确定对应的电芯为异常电芯。其中，根据距离大于预设阈值的极值点，确定对应的电芯，从而确定其为异常电芯，进而可以确定异常电池模组。具体地，对于距离大于预设阈值的两个极值点，判断每个极值点与另一侧相邻的极值点之间的距离是否大于所述预设阈值；若是，则判断该极值点对应的电芯为异常电芯；若否，则判断该极值点对应的电芯为正常电芯。也就是说，若一个极值点对应的两个距离均大于所述预设阈值，则判断所述极值点对应的电芯为异常电芯。
83.优选地，本发明的电池模组内电压一致性监测方法还包括对所述异常电芯进行验证；所述验证包括以下步骤：
84.在所述散点图中去除所述异常电芯对应的散点，并基于剩余的散点获取更新后的极值点；
85.计算更新后的相邻两个极值点之间的距离；
86.当更新后的各个距离均小于所述预设阈值时，验证所述异常电芯的异常性。
87.下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的电池模组内电压一致性监测方法。
88.对于如图2所示的正常电压数据，各个电芯的电压随时间变化的走势一致。经分析后得到图3所示的散点图，其中颜色较深的四个点为极值点。基于上述极值点可得图4所示的相邻两个极值点的连线。通过计算得到所述连线的距离分别为1.584121、2.06818、0.5647017，可知每个距离均小于3，可判断该电池模组内电压一致性良好。
89.对于如图5所示的异常电压数据，各个电芯的电压随时间变化的走势不一致，存在
偏离现象。经分析后得到图6所示的散点图，其中颜色较深的四个点为极值点。基于上述极值点可得图7所示的相邻两个极值点的连线。通过计算得到所述连线的距离分别为3.134987、3.872313、0.94066，可知存在有距离均大于3的情形，可判断该电池模组内电压一致性异常。
90.本发明实施例所述的电池模组内电压一致性监测方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
91.本发明实施例还提供一种电池模组内电压一致性监测系统，所述电池模组内电压一致性监测系统可以实现本发明所述的电池模组内电压一致性监测方法，但本发明所述的电池模组内电压一致性监测系统的实现装置包括但不限于本实施例列举的电池模组内电压一致性监测系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。
92.如图8所示，于一实施例中，本发明的电池模组内电压一致性监测系统包括第一获取模块81、第一计算模块82、第二计算模块83、构建模块84、第二获取模块85、第三计算模块86和判断模块87。
93.所述第一获取模块81用于获取电池模组中各个电芯的电压数据。
94.所述第一计算模块82与所述第一获取模块81相连，用于基于所述电压数据计算每个电芯的电压标准分。
95.所述第二计算模块83与所述第一计算模块82相连，用于计算所述电压标准分的均值和标准差。
96.所述构建模块84与所述第二计算模块83相连，用于基于所述均值和所述标准差构建散点图。
97.所述第二获取模块85与所述构建模块84相连，用于获取所述散点图中的极值点，所述极值点包括所述散点图中横坐标最大和最小的散点和纵坐标最大和最小的散点。
98.所述第三计算模块86与所述第二获取模块85相连，用于计算相邻两个极值点之间的距离。
99.所述判断模块87与所述第三计算模块86相连，用于基于所述距离判断所述电池模组内电压是否存在一致性问题。
100.其中，第一获取模块81、第一计算模块82、第二计算模块83、构建模块84、第二获取模块85、第三计算模块86和判断模块87的结构和原理与上述电池模组内电压一致性监测方法中的步骤一一对应，故在此不再赘述。
101.需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如：x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现。此外，x模块也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程
中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)，一个或多个微处理器(digital signal processor，简称dsp)，一个或者多个现场可编程门阵列(field programmable gate array，简称fpga)等。当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，如中央处理器(central processing unit，简称cpu)或其它可以调用程序代码的处理器。这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称soc)的形式实现。
102.本发明的存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的电池模组内电压一致性监测方法。优选地，所述存储介质包括：rom、ram、磁碟、u盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
103.如图9所示，于一实施例中，本发明的电池模组内电压一致性监测终端包括：处理器91和存储器92。
104.所述存储器92用于存储计算机程序。所述存储器92包括：rom、ram、磁碟、u盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
105.所述处理器91与所述存储器92相连，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电池模组内电压一致性监测终端执行上述的电池模组内电压一致性监测方法。
106.优选地，所述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
107.综上所述，本发明的电池模组内电压一致性监测方法、系统、存储介质及终端基于电池模组内各个电芯的电压数据，能够利用少量数据实现电池模组内电压一致性的判断，有效提升了电池模组运行的安全性；能够对影响电池模组的一致性的电芯进行准确定位；适用各种不同型号、不同厂家、不同工况下的电池，应用范围广，且适用于电池的全生命周期；相较于bms的压差判断更加有效，并且可以量化一致性的程度；除了适用于单个电池模组，还适用于串联工况的多个电池模组，以判断串联模式的不同电池模组间的电芯的一致性情况，避免了拆包等复杂操作。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
108.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。