本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于充電曲線特征kpca聚類的鋰電池篩選方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池基于其重量輕、能量密度大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信裝置、電動(dòng)車輛、軍用電子設(shè)備以及航空航天電子系統(tǒng)等領(lǐng)域。由于電池制造原材料、生產(chǎn)零部件、制作工藝以及使用環(huán)境的差別，在組合成電池組時(shí)將不可避免地出現(xiàn)單體性能差異，并且參與組合的單體電池?cái)?shù)量越多，各單體之間出現(xiàn)差異的可能性就越大。電池組中單體電池的不一致性不僅影響對(duì)電池組荷電狀態(tài)、健康狀況的正確判斷，而且還會(huì)造成電池組容量衰減加劇和壽命降低，甚至可能引發(fā)安全問題。因此，電池成組前嚴(yán)格控制單體電池的一致性尤為重要?，F(xiàn)有的鋰離子電池篩選方法主要依據(jù)電池容量、內(nèi)阻、自放電率等特征參數(shù)對(duì)電池性能進(jìn)行綜合評(píng)定，進(jìn)而篩選出內(nèi)部特征相接近的單體電池。采用這種方法進(jìn)行鋰離子電池篩選存在主要不足是：(1)當(dāng)選取單個(gè)特征參數(shù)來評(píng)定電池一致性時(shí)，篩選的結(jié)果準(zhǔn)確度差；(2)當(dāng)選取全部特征參數(shù)來評(píng)定電池一致性時(shí)，雖然篩選的結(jié)果準(zhǔn)確度高，但需要耗費(fèi)大量工時(shí)，而且工序復(fù)雜；(3)電池容量、內(nèi)阻、自放電率等參數(shù)無法表征鋰電池在實(shí)際使用環(huán)境中動(dòng)態(tài)特性的差異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于充電曲線特征kpca聚類的鋰電池篩選方法，能夠高效地篩選出一致性好的電池，同時(shí)篩選的結(jié)果準(zhǔn)確度高，從而能有效提高電池組的循環(huán)壽命。

一種鋰電池篩選方法，包括如下步驟：

步驟(1)、在實(shí)驗(yàn)室條件下利用恒流恒壓充電至滿的方式，對(duì)待篩選的多個(gè)同型鋰離子電池進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)，獲取各個(gè)鋰離子電池的cccv充電曲線；

步驟(2)、根據(jù)得到的cccv充電曲線，提取曲線上的特征參數(shù)；

步驟(3)、對(duì)各個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行核主成分分析，得到表征cccv充電曲線特征的綜合特征量，利用所述綜合特征量確定鋰電池的分類標(biāo)準(zhǔn)；

步驟(4)、依據(jù)所述分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋰電池進(jìn)行聚類。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中，對(duì)每一個(gè)鋰電池進(jìn)行連續(xù)兩次全充全放的充放電實(shí)驗(yàn)，并得到兩條cccv充電曲線；然后確定第一條cccv曲線的拐點(diǎn)坐標(biāo)g1＝(tg1,vg1)和第二條cccv曲線的拐點(diǎn)坐標(biāo)g2＝(tg2,vg2)，恒流充電時(shí)間(tc1,tc2)，恒壓充電時(shí)間(tv1,tv2)；由此計(jì)算拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間變化率αg、恒流充電時(shí)間變化率αc和恒壓充電時(shí)間變化率αv：

將連續(xù)兩次充放電循環(huán)過程中的拐點(diǎn)坐標(biāo)(tg1,vg1)、(tg2,vg2)、恒流充電時(shí)間(tc1,tc2)、恒壓充電時(shí)間(tv1,tv2)、拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間變化率αg、恒流充電時(shí)間變化率αc和恒壓充電時(shí)間變化率αv作為特征參數(shù)。

較佳的，利用kpca方法對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行核主成分分析。

較佳的，利用kpca方法對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行核主成分分析的過程為：

將所有鋰電池的特征參數(shù)整合成一個(gè)樣本數(shù)據(jù)集m；通過投影函數(shù)將數(shù)據(jù)集m投影到線性可分的高維空間中，得到變換后的數(shù)據(jù)集；再由核函數(shù)對(duì)變換后的數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理得到核矩陣k；計(jì)算核矩陣k的特征值和特征向量；選取前k個(gè)特征向量使其滿足：

其中，λi表示第i個(gè)特征值，n表示特征值的個(gè)數(shù)；

選擇的k個(gè)特征向量即為表征cccv充電曲線特征的綜合特征量。

較佳的，針對(duì)各電池樣本的綜合特征量，計(jì)算兩個(gè)任意電池樣本的綜合特征量的距離，將該距離作為分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所有電池樣本進(jìn)行聚類。

較佳的，所述綜合特征量的多維距離采用歐氏距離或絕對(duì)值距離。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明提出的基于cccv充電曲線特征kpca聚類的鋰電池篩選方法，先在實(shí)驗(yàn)室條件下利用恒流恒壓充電至滿方式(cccv)，對(duì)多個(gè)同型鋰離子電池進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)，獲取該型鋰離子電池的cccv充電曲線；(2)根據(jù)得到的cccv充電曲線，提取曲線上的特征參數(shù)；再根據(jù)kpca法提取出少數(shù)幾個(gè)能較全面表征電池綜合性能的特征參數(shù)，進(jìn)而以此為依據(jù)利用聚類分析對(duì)電池進(jìn)行分類，在保證篩選結(jié)果準(zhǔn)確度的前提下，實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的快速一致性篩選。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的離子電池一致性篩選的流程圖。

圖2為本發(fā)明cccv充電曲線示意圖，包括恒流充電階段的電壓變化曲線和恒壓充電階段的電流變化曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明的方法主要包括如下步驟：(1)在實(shí)驗(yàn)室條件下利用恒流恒壓充電至滿方式(cccv)，對(duì)多個(gè)同型鋰離子電池進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)，獲取該型鋰離子電池的cccv充電曲線；(2)根據(jù)得到的cccv充電曲線，提取曲線上的特征參數(shù)，包括曲線拐點(diǎn)、極大值點(diǎn)、恒流充電時(shí)間、恒壓充電時(shí)間、恒流充電時(shí)間變化率、恒壓充電時(shí)間變化率等；(3)利用kpca方法對(duì)各個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行核主成分分析，找到少數(shù)幾個(gè)主成分表示的綜合特征量，利用這些特征量來表征電池的一致性，從而確定鋰電池的分類標(biāo)準(zhǔn)；(4)依據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池進(jìn)行聚類分析，以此篩選出一致性好的電池。

下面結(jié)合圖1、圖2對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做詳細(xì)說明。本發(fā)明采用的方法是對(duì)電池cccv充電曲線上的特征參數(shù)進(jìn)行核主成分分析(kpca)，進(jìn)而通過聚類方法對(duì)電池進(jìn)行分類，篩選出一致性好的電池。本發(fā)明具體實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案：

(1)在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)n個(gè)同型鋰離子電池進(jìn)行2次充放電循環(huán)實(shí)驗(yàn)，每次充放電循環(huán)采用恒流恒壓充電至滿和恒流放電至空的方式進(jìn)行，獲取該型n個(gè)鋰離子電池在2次循環(huán)中的cccv充電曲線。通過對(duì)該n條cccv充電曲線進(jìn)行對(duì)比，即可實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的一致性篩選。

(2)為了能夠方便快速地對(duì)比各條cccv充電曲線，需要從曲線上提取能夠表征該曲線特征的參數(shù)。對(duì)于該n個(gè)同型鋰離子電池來說，其起始充電電壓vmin、終止充電電壓vmax、充電截止電流imin基本一致，而不同電池在各階段的充電時(shí)間是變化的。對(duì)應(yīng)到cccv曲線上即縱坐標(biāo)(電流、電壓)的范圍一致，橫坐標(biāo)(時(shí)間)是變化的，因此，選取恒流充電時(shí)間tc和恒壓充電時(shí)間tv作為兩個(gè)特征參數(shù)。另外，恒壓充電階段的電流變化曲線比較規(guī)則，而恒流充電階段的電壓變化曲線相對(duì)復(fù)雜，因此，在恒流充電電壓曲線上選取能夠表征曲線斜率的變化趨勢(shì)發(fā)生改變的拐點(diǎn)g作為一個(gè)特征參數(shù)。拐點(diǎn)坐標(biāo)的橫坐標(biāo)表示充電時(shí)間，縱坐標(biāo)表示充電電壓。同時(shí)，為了能表征2次循環(huán)過程中曲線的動(dòng)態(tài)變化特性，分別選取拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間變化率αg、恒流充電時(shí)間變化率αc、恒壓充電時(shí)間變化率αv作為特征參數(shù)。

綜上，從cccv充電曲線上提取的特征參數(shù)為：第一條cccv曲線的拐點(diǎn)坐標(biāo)g1＝(tg1,vg1)、第二條cccv曲線的拐點(diǎn)坐標(biāo)g2＝(tg2,vg2)、恒流充電時(shí)間(tc1,tc2)、恒壓充電時(shí)間(tv1,tv2)、拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間變化率αg、恒流充電時(shí)間變化率αc和恒壓充電時(shí)間變化率αv，其中：

拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間變化率：

恒流充電時(shí)間變化率：

恒流充電時(shí)間變化率：

(3)由于獲取的各特征參數(shù)之間的關(guān)系是非線性的，因此采用kpca方法進(jìn)行核主成分分析。定義n組樣本數(shù)據(jù)集為m＝[x1，x2…xn]，其中x為一組特征參數(shù)，即x＝[g1,g2,tc1,tc2，tv1,tv2,αg、αc、αv]。通過投影函數(shù)f將數(shù)據(jù)集m投影到線性可分的高維空間中，得到變換后的數(shù)據(jù)集m＝[f(x1)，f(x2)…f(xn)]。再根據(jù)核函數(shù)k(x,y)，得到核矩陣k：

計(jì)算核矩陣k的特征值[λ1,λ2…λn]和特征向量[z1,z2…zn]。設(shè)|λ1|≥|λ2|≥…≥|λn|，選取前k個(gè)特征向量[z1,z2…zk]，使其滿足：

所得的[z1,z2…zk]即為表征cccv充電曲線特征的綜合特征量。

(4)將獲得的綜合特征量[z1,z2…zk]作為該同型鋰離子電池的分類依據(jù)。對(duì)于n個(gè)該同型鋰離子電池樣本，有數(shù)據(jù)集x：

z1z2…zk

根據(jù)聚類算法計(jì)算任意兩個(gè)樣本xi和xj之間的距離dij，得到距離矩陣d：

dij越小，表示兩個(gè)樣本之間越相似。因此，根據(jù)距離矩陣d可將n個(gè)鋰電池樣本進(jìn)行分類，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰離子電池的一致性篩選。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。