电池微短路的识别方法技术

本发明专利技术通过判断同一时刻串联电池组中各个电池单体的电压导数或电压微分中是否存在离群点，就可以判断该串联电池组是否发生微短路，以及具体哪个电池单体在何时发生了微短路，进一步利用信息熵的判断方法，可以区分该微短路是内短路还是外短路。本发明专利技术电池微短路的识别方法，对于使用动力电池组的产品的安全性的提高，如电动汽车、飞机，具有关键作用。

【技术实现步骤摘要】
电池微短路的识别方法
本专利技术属于电池
，具体涉及一种对串联电池组中发生微短路的电池单体进行识别的方法。
技术介绍
在能源危机与环境污染的双重压力下，汽车动力系统电动化逐渐成为未来汽车的技术发展主流，锂离子动力电池因其能量密度和循环寿命方面的优势，是电动汽车动力来源的主要选择之一，通常通过将锂离子动力电池组成电池组来满足电动汽车的电力驱动要求。然而，近年来，锂离子动力电池的安全性事故偶有发生，锂离子动力电池的多数安全问题都可以通过电气管理或温度管理等外部措施进行控制或缓解，然而，由微短路引起的热失控是所有安全问题中最为棘手难解的课题，它并不能通过现有的电气管理或温度管理等外部措施进行有效的控制和缓解。所谓微短路是指电池单体内部（称为内短路）或电池单体正负接线端之间（称为外短路）发生的微小的短路现象。在电池制作过程中杂质的混入、隔膜质量不达标、组成电池组极耳焊接时的焊接气泡、电池使用过程中极片的掉料或电池的挤压变形等均可导致电池微短路的发生。在电池发生微短路初期不会直接导致电池烧坏，但会引起锂离子电池自放电大、容量低等现象，并且在电池后续使用过程中可能会发展为大规模的短路现象，从而导致电池起火爆炸。目前，电池微短路的发现和预测依然是电池安全问题中的一个难点。微短路的短路阻值较大，在绝热状态下，不会引起明显的温升，但是短路电阻会不断消耗电池单体的电能，称为短路电阻的消耗效应，由于短路电阻的消耗效应，会导致所述电池单体的端路电压下降。现有技术通常通过将电池搁置一段时间后测试其压降的方法来检测电池是否发生微短路，这种方法不仅耗时耗力，可靠性低（直接测量压降存在着较大的误差），而且不能及时地对电池使用过程中的发生的微短路现象进行识别和检测，可能会使电池运行过程中发生的微短路转换为大规模的短路现象，出现严重的安全隐患。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种操作简单、可靠性高且能及时对电池使用过程中发生的微短路现象进行识别和检测的电池微短路识别方法。一种电池微短路的识别方法，用于对多个电池单体串联组成的电池组在使用过程中的微短路现象进行识别，具体步骤包括：S1，实时采集各个所述电池单体的电压，以获得每个所述电池单体的电压集U(t)，该电压集U(t)包括多个电压U，该多个电压U与多个时间点t一一对应；S2，计算各个所述电池单体在所述多个时间点t中某一时间点ti的电压导数dU/dt(t=ti)；S3，判断所述各个电池单体的电压导数dU/dt(t=ti)中是否存在离群点，所述离群点是指所述各个电池单体的电压导数dU/dt(t=ti)中远小于其他电压导数dU/dt(t=ti)的极端小值，若有，进入步骤S4，否则，返回步骤S1；S4，判定所述离群点对应的电池单体在所述时间点ti在发生了微短路。一种电池微短路的识别方法，用于对多个电池单体串联组成的电池组在使用过程中的微短路现象进行识别，具体步骤包括：S1，等时间间隔∆t采集各个所述电池单体的电压，以获得每个所述电池单体的电压集U(t)，该电压集U(t)包括多个电压U，该多个电压U与多个时间点t一一对应；S2，计算各个所述电池单体在所述多个时间点t中某一时间点ti的电压微分dU(t=ti)；S3，判断所述各个电池单体的电压微分dU(t=ti)中是否存在离群点，所述离群点是指所述各个电池单体的电压微分dU(t=ti)中远小于其他电压微分dU(t=ti)的极端小值，若有，进入步骤S4，否则，返回步骤S1；S4，判定所述离群点对应的电池单体在所述时间点ti在发生了微短路。本专利技术提供的电池微短路的识别方法，操作简单、可靠性高，可对串联电池组在使用过程中的发生的微短路现象进行及时的检测和识别，可用于电动汽车等领域的电池管理系统中，提高了电池使用的安全性。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的电池微短路识别方法的流程图。图2为本专利技术第一实施例提供的串联电池组运行过程中各个电池单体的电压导数曲线图，其中曲线b为发生微短路的电池单体的电压导数曲线图，其他曲线a为未发生微短路的电池单体的电压导数曲线图。图3为本专利技术第一实施例提供的判断所述各个电池单体的电压导数dU/dt(t=ti)中是否存在离群点的方法流程图。图4为本专利技术第二实施例提供的电池微短路识别方法的流程图。图5为本专利技术第二实施例提供的判断所述各个电池单体的电压微分dUi中是否存在离群点的方法流程图。具体实施方式请参阅图1，本专利技术第一实施例提供一种电池微短路的识别方法，用于对多个电池单体串联组成的电池组在使用过程中的微短路现象进行识别，具体步骤包括：S11，实时采集各个所述电池单体的电压，以获得每个电池单体的电压集U(t)，该电压集U(t)包括多个电压U，该多个电压U与多个时间点t一一对应；S12，计算各个所述电池单体在所述多个时间点t中某一时间点ti的电压导数dU/dt(t=ti)；S13，判断所述各个电池单体的电压导数dU/dt(t=ti)中是否存在离群点，所述离群点是指所述各个电池单体的电压导数dU/dt(t=ti)中远小于其他电压导数dU/dt(t=ti)的极端小值，若有，进入步骤S14，否则，返回步骤S11；S14，判定所述离群点对应的电池单体在所述时间点ti在发生了微短路；S15，计算所述离群点对应的电池单体在所述时间点ti以后k个时间点的电压导数dU/dt(t=ti+1、···ti+k-1、ti+k)，k>3；S16，将所述电压导数dU/dt(t=ti+1、···ti+k-1、ti+k)作为随机变量x计算信息熵H(x)，判断该信息熵H(x)是否大于第一预设阀值，若是进入步骤S17，否则进入步骤S18；S17，判定所述微短路为外短路；S18，判定所述微短路为内短路。在步骤S11中，所述电池单体的种类不限，可以是但不限于锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池、碱锰充电电池和铅蓄电池。在本专利技术实施例中，所述电池单体为锂离子电池。所述电压集U(t)={U1，U2···Un}，所述多个电压U为U1，U2···Un，所述多个时间点t为分别与U1，U2···Un对应的t1、t2···tn，其中，n为采集的所述多个电压U的个数，n>1。可等时间间隔∆t采集所述多个电压U。所述时间间隔∆t的数值不限，可根据实际情况进行设定。优选地，所述时间间隔∆t为0.2秒至2秒，该数值范围内的时间间隔∆t采集的所述电压数据U计算出的电压导数能较为准确地反应所述电池单体在运行过程中的电压变化。在本实施例中，所述时间间隔∆t为1秒。在步骤S12中，在本专利技术实施例中，可采用下列公式计算所述电压导数dU/dt(t=ti)：其中，Ui+1和Ui分别为时间点ti+1和ti对应的电压。当等时间间隔∆t采集所述多个电压U和所述多个时间点t时，ti+1=ti+∆t。可以理解，本领域技术人员也可以采用其他数学方法来计算所述电压导数dU/dt(t=ti)，例如可采用三点公式法、五点公式法等数值微分法来进行求导。对于串联在一起的所述多个电池单体，在所述电池组使用过程中，该多个电池单体的工况是相同的，所以对于未发生微短路的电池单体，即正常电池单体，在同一时刻的电压导数是十分相近的；而对于发生了微短路的电池单体，其电压导数比所述正常电池单体的电压导数还会附加一个由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池微短路的识别方法，用于对多个电池单体串联组成的电池组在使用过程中的微短路现象进行识别，具体步骤包括：S1，实时采集各个所述电池单体的电压，以获得每个电池单体的电压集U(t)，该电压集U(t)包括多个电压U，该多个电压U与多个时间点t一一对应；S2，计算各个所述电池单体在所述多个时间点t中某一时间点ti的电压导数dU/dt(t=ti)；S3，判断所述各个电池单体的电压导数dU/dt(t=ti)中是否存在离群点，所述离群点是指所述各个电池单体的电压导数dU/dt(t=ti)中远小于其他电压导数dU/dt(t=ti)的极端小值，若有，进入步骤S4，否则，返回步骤S1；S4，判定所述离群点对应的电池单体在所述时间点ti在发生了微短路。

【技术特征摘要】
1.一种电池微短路的识别方法，用于对多个电池单体串联组成的电池组在使用过程中的微短路现象进行识别，具体步骤包括：S1，实时采集各个所述电池单体的电压，以获得每个电池单体的电压集U(t)，该电压集U(t)包括多个电压U，该多个电压U与多个时间点t一一对应；S2，计算各个所述电池单体在所述多个时间点t中某一时间点ti的电压导数dU/dt(t＝ti)；S3，判断各个电池单体的电压导数dU/dt(t＝ti)中是否存在离群点，所述离群点是指所述各个电池单体的电压导数dU/dt(t＝ti)中远小于其他电压导数dU/dt(t＝ti)的极端小值，若有，进入步骤S4，否则，返回步骤S1，所述判断各个电池单体的电压导数dU/dt(t＝ti)中是否存在离群点的方法包括：S31，去除所述各个电池单体的电压导数dU/dt(t＝ti)中的最大值max1和最小值min1，计算剩余所述电压导数dU/dt(t＝ti)的平均值mean1和标准差stdev1；S32，计算所述最小值min1与所述平均值mean1的差值的绝对值|min1-mean1|；S33，判断所述绝对值|min1-mean1|是否大于3倍的所述标准差stdev1，若是进入步骤S34，否则进入步骤S35；S34，判定所述最小值min1为所述离群点；S35，判定不存在所述离群点；S4，判定所述离群点对应的电池单体在所述时间点ti发生了微短路。2.如权利要求1所述的电池微短路的识别方法，其特征在于，在步骤S1中，等时间间隔采集所述多个电压U和所述多个时间点t，所述时间间隔为0.2秒至2秒。3.如权利要求1所述的电池微短路的识别方法，其特征在于，在步骤S4之后，进一步对所述微短路的类型进行判定，具体步骤包括：S5，计算所述离群点对应的电池单体在所述时间点ti以后k个时间点的电压导数dU/dt(t＝ti+1、···ti+k-1、ti+k)，k>3；S6，以所述电压导数dU/dt(t＝ti+1、···ti+k-1、ti+k)作为随机变量x计算信息熵H(x)，判断该信息熵H(x)是否大于第一预设阀值，若是进入步骤S7，否则进入步骤S8；S7，判定所述微短路为外短路；S8，判定所述微短路为内短路；其中，步骤S6中所述第一预设阀值的设定方法包括：S61，提供一发生外短路类型微短路的电池单体，实时采集该发生外短路类型微短路的电池单体在使用过程中的电压，以获得该发生外短路类型微短路的电池单体的电压集U2(t)，该电压集U2(t)包括多个电压U2，该多个电压U2与所述多个时间点t一一对应；S62，计算该发生外短路类型微短路的电池单体的电压导数dU2/dt(t＝t1、t2···tg)，其中，g为所述多个电压U2的数量；S63，以所述电压导数dU2/dt(t＝t1、t2···tg)作为随机变量y计算信息熵H(y)；S64，设定所述第一预设值为所述信息熵H(y)的30％～50％。4.如权利要求3所述的电池微短路的识别方法，其特征在于，所述信息熵其中，m为所述随机变量x的分区数，p(xj)为所述随机变量x在第j个分区出现的概率密度；所述信息熵其中，h为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明轩，欧阳明高，卢兰光，何向明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11