一种电池内短路的诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种电池内短路的诊断方法，包括以下步骤：1)获取电池组内部所有电池单体的荷电状态差异；2)根据电池组内电池单体的荷电状态差异计算每个电池单体的差异电量3)采用线性回归获取差异电量的变化率L，即得到电池单体在测量时间区段内的平均漏电流；4)根据平均漏电流及测量时间区段内电池组的平均端电压值获取电池组内每个电池单体的近似短路阻值；5)将每个电池单体的近似短路阻值分别与设定的短路阻值阈值相比，若近似短路阻值大于短路阻值阈值，则判定该电池单体为正常单体，若近似短路阻值小于或等于短路阻值阈值，则判定该电池单体为短路单体。与现有技术相比，本发明专利技术具有诊断快速、精确辨识等优点。

Diagnosis method for short circuit in battery

The diagnosis method of the present invention relates to a battery internal short circuit, which comprises the following steps: 1) to obtain the battery internal all single battery state of charge difference; 2) according to the battery monomer in the state of charge difference is calculated for each battery monomer battery difference 3) by linear regression to obtain the differentiated power the rate of L cell in the measurement of time zone average leakage current is obtained; 4) according to the short-circuit resistance in the battery group to obtain approximate average of each single battery terminal voltage average leakage current measurement and time zone battery; 5) each of the single battery short circuit and short circuit resistance respectively approximate the resistance threshold compared to short circuit resistance short-circuit resistance is greater than if the approximate threshold value, it is judged that the single battery is normal monomer, if the resistance is less than or equal to the approximate short-circuit short-circuit resistance threshold, it is judged that the single battery Short circuit monomer. Compared with the prior art, the invention has the advantages of fast diagnosis, accurate identification, etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池故障诊断
，尤其是涉及一种电池内短路的诊断方法。
技术介绍
电池发生内短路主要有两大类原因，一类是在电池的生产过程中，由于粉尘，集流体等原材料毛刺等隐患的存在；另一类是在电池的使用过程中，特别是动力电池复杂的使用环境导致的内短路，如在高温、低温或有机械振动的环境下使用，对电池进行了过充电、过放电，以及在大电流工作中也可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致电池发生内短路。电池发生内短路会造成电池内部自成回路，不断地消耗该电池的电量，造成电池组内部的不一致，严重影响电池组使用的动力性、耐久性，严重时会产生大量的热，进而使得电池过热，发生热失控，大大影响了电池组使用的安全性。一般车用电池组都是由成百上千的电池单体串并联而成，一旦某一个单体的内短路引发热失控会造成整个电池组的热失控，目前该没有很好的控制办法。而一般车用电池又与人息息相关，因此其安全性是重中之重，也是目前行业内最重视的环节之一。电池单体的内短路在初期很不容易被发现，如果不能够及时发现，继续使用下去很有可能引发电池热失控。而相反，如果能够在内短路发生初期诊断出发生内短路的电池单体，可以大大提高电池的使用可靠性。目前的一些专利关于诊断电池内短路的方法主要采用计算电池单体与电池组平均电压的电压差，以及电池单体被均衡的次数来判断，只能够定性的检测出内短路电池，且在一些由于电池链接螺栓松动等因素影响时，会经常出现误判的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种诊断快速、精确辨识的电池内短路的诊断方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电池内短路的诊断方法，用以获取电池组内短路电池单体的内短路阻值，包括以下步骤：1)获取电池组内部每个电池单体的荷电状态差异；2)根据电池组内电池单体的荷电状态差异计算每个电池单体的差异电量3)采用线性回归获取差异电量的变化率L，即得到电池单体在测量时间区段内的平均漏电流Ideplete；4)根据平均漏电流Ideplete及测量时间区段内电池组的平均端电压值获取电池组内每个电池单体的近似短路阻值；5)将每个电池单体的近似短路阻值分别与设定的短路阻值阈值相比，若近似短路阻值大于短路阻值阈值，则判定该电池单体为正常单体，若近似短路阻值小于或等于短路阻值阈值，则判定该电池单体为短路单体。所述的步骤1)具体包括以下步骤：11)采用平均电池模型等效电池组的整体特性，以电池组电流值以及电池组平均电压值作为输入值，并根据扩展卡尔曼滤波器EKF算法以高频的方式估计电池组的平均荷电状态；12)采用差异电池模型等效电池组内单体电池特性与电池组整体特性之间的差异，以电池组电流值I、电池单体的端电压与电池组的平均端电压的差值以及平均电池模型估计的平均荷电状态值作为输入值，并根据扩展卡尔曼滤波器EKF算法以低频的方式估计每个电池单体的荷电状态差异。所述的步骤2)中，差异电量的计算式为：ΔCk＝C·ΔSOCk其中，C为电池组内电池单体的当前容量，ΔSOCk为k时刻电池单体SOC与电池组平均SOC之间的差异荷电状态，ΔCk为k时刻电池单体电量与电池组平均电量之间的差异电量。所述的步骤3)中，差异电量的变化率L计算式为：其中，ΔC(n)为线性回归直线在测量时间区间段内后截止点处的值，ΔC(1)为线性回归直线在测量时间区间段内起始点处的值，t(n)为测量时间区间段的终止点，t(1)为测量时间区间段的起始点。所述的步骤4)中，电池组内短路电池单体的内短路阻值的计算式为：其中，RISC为电池组内短路电池单体的内短路阻值，Umean为测量时间区间段内电池组的平均端电压值，为测量时间区间段内采集的第i个电池组端电压值，n为测量时间区间段内采集的电池组端电压值总数。所述的步骤5)中，设定的短路阻值阈值为200Ω。所述的步骤11)中，平均电池模型为二阶RC模型。所述的平均电池模型的表达式为：Umean＝Uoc(SOCmean)-IR0-UD-UT其中，Umean为平均电池模型的端电压，Uoc为平均电池组模型的电压源，SOCmean为电池组的平均荷电状态，I为电池组电流值，R0为内阻，UD为活性极化内阻的分配电压，UT为浓差极化内阻的分配电压。所述的步骤12)中，差异电池模型为Rint模型所述的差异电池模型的表达式为：其中，为差异电池的端电压值，为在SOCmean附近，第i个单体电池与平均电池的开路电压Uoc差异，ΔSOCi为第i个单体电池与电池组的平均荷电状态SOCmean的差异，I为电池组电流值，ΔRi为第i个单体电池内阻与电池组平均内阻的差异内阻。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、诊断快速：本专利技术能够在有限的硬件条件下，以很小的计算量在线定量地诊断电池组内部存在内短路的单体电池，并获取电池组中内短路电池单体的近似短路阻值，能够在内短路迹象微小时提前定量预判，降低电池发生热失控的几率，提高电池组的使用性能。二、精确辨识：本专利技术采用平均电池模型和差异电池模型，结合扩展卡尔曼滤波EKF算法实现电池组中每个电池单体荷电状态差异的辨识，进而实现电池组的内短路故障诊断，提高电池组的动力性、安全性和耐久性。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为本专利技术实施例平均电池模型图。图3为本专利技术实施例差异电池模型图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例本专利技术通过分频模型结合EKF辨识出电池组内部电池单体的荷电状态SOC的差异，利用该方法得到的差异荷电状态ΔSOC诊断出内短路电池单体的近似短路阻值，能够以较低的计算量在线定量的诊断电池组中内短路电池单体的近似短路阻值。发生内短路电池单体会内部自成回路，不断消耗电池单体的电量，进而造成该电池单体荷电状态差异ΔSOC有不断增大的趋势。本专利技术诊断电池单体内短路的流程如图1所示，具体包括以下步骤：S1、通过传感器测得的电池组的工作数据，结合电池组的电池基本参数，利用分频模型，包括平均电池模型和差异电池模型，结合扩展卡尔曼滤波器EKF辨识出电池组内部电池单体的荷电状态SOC的差异；步骤S1具体包括以下步骤：1)利用电流传感器、电压传感器和温度传感器采集电池组工作数据；2)采用如图2所示的二阶RC模型作为平均电池模型等效电池组的整体特性，这里将由单体电池串联构成的电池组看做一个大电池，以电流传感器测得的电池组电流值I以及电压传感器测得的平均电压值U'mean作为输入值，并结合EKF算法以高频的方式估计电池组的平均荷电状态SOCmean，并将SOCmean的估计结果输出到控制器，控制器控制电池组充放电。图2中，R0代表电池组的内阻；并联在一起的RDCD和RTCT分别代表电池组的活性极化内阻和浓差极化内阻；UD和UT分别为模型中RDCD和RTCT的分配电压；Uoc为平均电池组模型的电压源，代表电池组的开路电压，在平衡状态下，Uoc和电池组的荷电状态SOCmean有一一对应的关系；Umean为平均电池模型的端电压。I为电池组的电流大小，因为所辨识电池组是由多个单体电池串联而成，所以通过电池组和所有单体的电流是相等的，由电流传感器测得。步骤2)的二阶RC模型，各参数关系式为：Umean＝Uoc(SOCmean)-IR0-UD-UT(1)其中，SOCmean表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池内短路的诊断方法，用以获取电池组内短路电池单体的内短路阻值，其特征在于，包括以下步骤：1)获取电池组内部每个电池单体的荷电状态差异；2)根据电池组内电池单体的荷电状态差异计算每个电池单体的差异电量3)采用线性回归获取差异电量的变化率L，即得到电池单体在测量时间区段内的平均漏电流Ideplete；4)根据平均漏电流Ideplete及测量时间区段内电池组的平均端电压值获取电池组内每个电池单体的近似短路阻值；5)将每个电池单体的近似短路阻值分别与设定的短路阻值阈值相比，若近似短路阻值大于短路阻值阈值，则判定该电池单体为正常单体，若近似短路阻值小于或等于短路阻值阈值，则判定该电池单体为短路单体。

【技术特征摘要】
1.一种电池内短路的诊断方法，用以获取电池组内短路电池单体的内短路阻值，其特征在于，包括以下步骤：1)获取电池组内部每个电池单体的荷电状态差异；2)根据电池组内电池单体的荷电状态差异计算每个电池单体的差异电量3)采用线性回归获取差异电量的变化率L，即得到电池单体在测量时间区段内的平均漏电流Ideplete；4)根据平均漏电流Ideplete及测量时间区段内电池组的平均端电压值获取电池组内每个电池单体的近似短路阻值；5)将每个电池单体的近似短路阻值分别与设定的短路阻值阈值相比，若近似短路阻值大于短路阻值阈值，则判定该电池单体为正常单体，若近似短路阻值小于或等于短路阻值阈值，则判定该电池单体为短路单体。2.根据权利要求1所述的一种电池内短路的诊断方法，其特征在于，所述的步骤1)具体包括以下步骤：11)采用平均电池模型等效电池组的整体特性，以电池组电流值以及电池组平均电压值作为输入值，并根据扩展卡尔曼滤波器EKF算法以高频的方式估计电池组的平均荷电状态；12)采用差异电池模型等效电池组内单体电池特性与电池组整体特性之间的差异，以电池组电流值I、电池单体的端电压与电池组的平均端电压的差值以及平均电池模型估计的平均荷电状态值作为输入值，并根据扩展卡尔曼滤波器EKF算法以低频的方式估计每个电池单体的荷电状态差异。3.根据权利要求1所述的一种电池内短路的诊断方法，其特征在于，所述的步骤2)中，差异电量的计算式为：ΔCk＝C·ΔSOCk其中，C为电池组内电池单体的当前容量，ΔSOCk为k时刻电池单体SOC与电池组平均SOC之间的差异荷电状态，ΔCk为k时刻电池单体电量与电池组平均电量之间的差异电量。4.根据权利要求1所述的一种电池内短路的诊断方法，其特征在于，所述的步骤3)中，差异电量的变化率L计算式为：L=ΔC(n)-ΔC(1)t(n)-t(1)=Ideplete]]>其中，ΔC(n)为线性回归直线在测量时间区间段内后截...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文凯，郑岳久，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31