在线定量诊断电池微短路故障的方法技术

本发明专利技术涉及一种在线定量诊断电池微短路故障方法，预先建立电量与充放电电压的关系表格，并存储。然后在在线诊断过程中，将充电/放电结束时的电压在关系表格上进行查表或插值得到电池在充电/放电结束时的电量，进而根据电量随时间的变化估算微短路电流，根据微短路电流的大小诊断有无微短路及严重程度。针对电池包能够充满电、放空电、充不满、放不空等结束情况分别提出了对应的诊断方法，形成了全方位的诊断架构。为了解决电池老化和不同次充放电时的环境温度差异会对诊断准确度和微短路电流计算精度有影响的问题，实施补偿的解决方案。微短路电流所述方法可以提前探测到微短路故障，并输出微短路电流的大小以评估故障的严重程度，为报警或应对等措施提供依据。

【技术实现步骤摘要】
在线定量诊断电池微短路故障的方法
本专利技术涉及一种电池诊断故障技术，特别涉及一种在线定量诊断电池微短路故障的方法。
技术介绍
纵观电动汽车发展历程可以发现，从19世纪人类就开始发展电动汽车，经历了好几次的兴衰过程，可依然没有成为人类的主流交通工具。究其主要原因是电动汽车的一些缺点造成的，主要是由于电动汽车续航里程短、电池循环寿命短、安全性差。电池包作为电动汽车的动力源，一般由成百上千的电池单体串联构成，电池包一般配有电池管理系统(BMS)来保证这些电池的高效和安全的工作。其中电池短路是一种常见的故障，电池短路是指由于某种原因，致使电池的正负极在电阻非常小的情况下相互连接的非正常通路。电池短路又分为电池内短路和外短路。外部短路是最常见的电池被滥用的情况，除了正负极被直接短接的剧烈外短路外，还包括电压测量线漏电、电池均衡出现故障等情况时可能造成的外部微短路。针刺、火烧、挤压等行为可直接引发电池剧烈内短路，造成电池起火爆炸。内部微短路一般是指由于电池内部的隔膜缺陷，电极局部干涸，电极材料表面微刺等情况造成的电池内部自成回路，不断消耗电池电量的情况。在电池的生产过程中，集流体等原材料存在毛刺或有粉尘落入，那么在电池以后的使用过程中就存在着隔膜会被破坏的隐患，形成内部微短路。即便是不存在制造缺陷的电池，在使用过程中，如果面对过度放电、过度充电、超高温、超低温、剧烈振动等滥用情况时，电池的负极表面容易形成树枝状的锂支晶，这可能会刺破隔膜引发电池内部微短路。随着微短路程度的升高后会导致电池自放电率逐渐提高，发热量增加，进而导致着火、甚至热失控等严重的安全问题。因此需要及时在线的对微短路故障进行诊断，防止热失控等严重安全问题的发生。
技术实现思路
本专利技术是针对微短路故障提前预测重要性的问题，提出了一种在线定量诊断电池微短路故障的方法，可以提前探测到微短路故障，并输出微短路电流的大小以评估故障的严重程度，为报警或应对等措施提供依据。本专利技术的技术方案为：一种在线定量诊断电池微短路故障的方法，具体包括如下步骤：1)存储数据表格的建立：以客户实际使用电池时的充电方式对电池进行充电，从零电量充电到满电量，建立充电时电量与电压的关系表格，对每次电压发生设定单位变化内的放电电流进行时间积分，获得每次电压发生设定单位变化内的放电电量，然后进行累加可获得每次电压发生设定单位变化后电池的所含电量，称之为Q-CV关系表格；以确定的放电方式对电池进行放电，从满电量放电到零电量，建立放电时电量与电压的关系表格，对每次电压发生设定单位变化内的放电电流进行时间积分，获得每次电压发生设定单位变化内的放电电量，然后进行累减可获得每次电压发生设定单位变化后电池的所含电量，称之为Q-DCV关系表格；按照同样的方法，在不同温度下获得多个Q-CV和Q-DCV关系表格存储在BMS的Flash或者其他存储器中备用；再按照同样的方法，在电池不同老化循环次数下，建立不同温度下的Q-CV和Q-DCV关系表格存储在BMS的Flash或其他存储器中备用；2)进行在线电池诊断：在线电池诊断的电池包由n节同型号电池单体全串构成，此电池单体型号与步骤1)所测电池型号相同，A1、充满电情况下的诊断方法，具体步骤如下：A11：不限电池包开始充电时刻，在电池包充满电时且充电时间大于预设时间，电池管理系统记录充满时刻的时间和时间对应的各电池单体电压值，并进行存储；A12：根据测得各单体电压值，用查表法，在预先建立的Q-CV关系表格中查表得到各单体电压值与之对应的各单体目前所含电量，并将各单体所含电量与步骤A11中所得时间对应存储；A13：用得到的各单体目前所含电量减去存储器中存储的对应各单体在上一次电池包充满电时所含电量，得到前后两次充满电各单体的所含电量差值；A14：将前后两次充满电各单体的所含电量差值除以前后两次充满电间的时间差值，可以得到各单体的微短路电流；A15：根据微短路电流的大小是否超过诊断阈值及超过的程度，判断是否发生微短路故障及故障严重程度，诊断阈值可根据国家标准对电池荷电保持能力的要求进行设定；A2：放空电情况下的诊断方法，具体步骤如下：A21：不限电池包开始放电时刻，在电池包放空时且放电时间大于预设时间，电池管理系统记录放空时刻的时间和时间对应的各电池单体电压值，并进行存储；A22：用得到的各单体电压值减去存储器中存储的对应各单体在上一次电池包放空时的电压值，可以得到各单体前后两次电池包放空间的电压差值；A23：根据电压差值判断微短路是否存在，当单体电压差值在设定安全范围内时，认为该单体无微短路；当超出半数单体的电压差值都为正数且超出安全范围时，认为最先达到放电截止电压的单体存在微短路；当单体电压差值为负数且超出安全范围时，认为此单体存在微短路；A24：根据各微短路单体放空电压值，在预先建立的Q-DCV关系表格中查表，得到与之对应的各微短路单体目前所含电量，并将各微短路单体所含电量与步骤A21中所得时间对应存储；A25：用得到的各微短路单体目前所含电量减去存储器中存储的对应各微短路单体在上一次电池包放空时的所含电量，可以得到各微短路单体在前后两次放空间的漏电量；A26：各微短路单体漏电量除以前后两次放空间的时间差值，可以得到各微短路单体的微短路电流；A27：根据微短路电流超过诊断阈值的程度，进一步判断故障严重程度；A3:没充满电结束情况下的诊断方法，具体步骤如下：A31：不限电池包开始充电时刻，在电池包充电结束时且充电时间大于预设时间，电池管理系统记录充电结束时刻的时间Tcha-end和时间对应的各电池单体电压值。A32：在下一次电池包充电时，对上一次充电结束时电压最高单体电池进行监测，一旦这次充电此单体电池电压升高到与上次Tcha-end时间记录电压值相同时，判断所用充电时间是否大于预设时间，如果大于，则记录下此刻的时间Tcha-same和时间对应的各单体电压值，进入A33；如果不大于，清除上一次充电结束时刻Tcha-end的时间和各电池单体电压值，不进入A33-A36，而是等待充电结束，不进行判断；A33：根据Tcha-end和Tcha-same时间记录的各单体电压值，在预先建立的Q-CV关系表格中查表，得到与之对应的各单体所含电量；A34：将Tcha-end和Tcha-same两次时间对应的各单体电量相减，可以得到各单体在Tcha-end和Tcha-same两时间内的所含电量差值；A35：各单体所含电量差值除以Tcha-end和Tcha-same两时间差值可以得到各单体的微短路电流；A36：根据微短路电流的大小是否超过诊断阈值及超过的程度，判断是否发生微短路故障及故障严重程度；A4：没放空电结束情况下的诊断方法，具体步骤如下：A41：不限电池包开始放电时刻，在电池包放电结束时且放电时间大于预设时间，电池管理系统记录放电结束时刻的时间Tdcha-end和时间对应的各电池单体电压值；A42：在下一次电池包放电时，对上一次放电结束时间Tdcha-end电压最低的单体电池进行监测，一旦这次放电此单体电池电压下降到与上一次放电结束时相同，判断所用放电时间是否大于预设时间，如果大于，则记录下此刻Tdcha-same的时间和时间对应的各单体电压值，进入A43；如果不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线定量诊断电池微短路故障的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)存储数据表格的建立：以客户实际使用电池时的充电方式对电池进行充电，从零电量充电到满电量，建立充电时电量与电压的关系表格，对每次电压发生设定单位变化内的放电电流进行时间积分，获得每次电压发生设定单位变化内的放电电量，然后进行累加可获得每次电压发生设定单位变化后电池的所含电量，称之为Q‑CV关系表格；以确定的放电方式对电池进行放电，从满电量放电到零电量，建立放电时电量与电压的关系表格，对每次电压发生设定单位变化内的放电电流进行时间积分，获得每次电压发生设定单位变化内的放电电量，然后进行累减可获得每次电压发生设定单位变化后电池的所含电量，称之为Q‑DCV关系表格；按照同样的方法，在不同温度下获得多个Q‑CV和Q‑DCV关系表格存储在BMS的Flash或者其他存储器中备用；再按照同样的方法，在电池不同老化循环次数下，建立不同温度下的Q‑CV和Q‑DCV关系表格存储在BMS的Flash或其他存储器中备用；2)进行在线电池诊断：在线电池诊断的电池包由n节同型号电池单体全串构成，此电池单体型号与步骤1)所测电池型号相同，A1、充满电情况下的诊断方法，具体步骤如下：A11：不限电池包开始充电时刻，在电池包充满电时且充电时间大于预设时间，电池管理系统记录充满时刻的时间和时间对应的各电池单体电压值，并进行存储；A12：根据测得各单体电压值，用查表法，在预先建立的Q‑CV关系表格中查表得到各单体电压值与之对应的各单体目前所含电量，并将各单体所含电量与步骤A11中所得时间对应存储；A13：用得到的各单体目前所含电量减去存储器中存储的对应各单体在上一次电池包充满电时所含电量，得到前后两次充满电各单体的所含电量差值；A14：将前后两次充满电各单体的所含电量差值除以前后两次充满电间的时间差值，可以得到各单体的微短路电流；A15：根据微短路电流的大小是否超过诊断阈值及超过的程度，判断是否发生微短路故障及故障严重程度，诊断阈值可根据国家标准对电池荷电保持能力的要求进行设定；A2：放空电情况下的诊断方法，具体步骤如下：A21：不限电池包开始放电时刻，在电池包放空时且放电时间大于预设时间，电池管理系统记录放空时刻的时间和时间对应的各电池单体电压值，并进行存储；A22：用得到的各单体电压值减去存储器中存储的对应各单体在上一次电池包放空时的电压值，可以得到各单体前后两次电池包放空间的电压差值；A23：根据电压差值判断微短路是否存在，当单体电压差值在设定安全范围内时，认为该单体无微短路；当超出半数单体的电压差值都为正数且超出安全范围时，认为最先达到放电截止电压的单体存在微短路；当单体电压差值为负数且超出安全范围时，认为此单体存在微短路；A24：根据各微短路单体放空电压值，在预先建立的Q‑DCV关系表格中查表，得到与之对应的各微短路单体目前所含电量，并将各微短路单体所含电量与步骤A21中所得时间对应存储；A25：用得到的各微短路单体目前所含电量减去存储器中存储的对应各微短路单体在上一次电池包放空时的所含电量，可以得到各微短路单体在前后两次放空间的漏电量；A26：各微短路单体漏电量除以前后两次放空间的时间差值，可以得到各微短路单体的微短路电流；A27：根据微短路电流超过诊断阈值的程度，进一步判断故障严重程度；A3:没充满电结束情况下的诊断方法，具体步骤如下：A31：不限电池包开始充电时刻，在电池包充电结束时且充电时间大于预设时间，电池管理系统记录充电结束时刻的时间Tcha‑end和时间对应的各电池单体电压值。A32：在下一次电池包充电时，对上一次充电结束时电压最高单体电池进行监测，一旦这次充电此单体电池电压升高到与上次Tcha‑end时间记录电压值相同时，判断所用充电时间是否大于预设时间，如果大于，则记录下此刻的时间Tcha‑same和时间对应的各单体电压值，进入A33；如果不大于，清除上一次充电结束时刻Tcha‑end的时间和各电池单体电压值，不进入A33‑A36，而是等待充电结束，不进行判断；A33：根据Tcha‑end和Tcha‑same时间记录的各单体电压值，在预先建立的Q‑CV关系表格中查表，得到与之对应的各单体所含电量；A34：将Tcha‑end和Tcha‑same两次时间对应的各单体电量相减，可以得到各单体在Tcha‑end和Tcha‑same两时间内的所含电量差值；A35：各单体所含电量差值除以Tcha‑end和Tcha‑same两时间差值可以得到各单体的微短路电流；A36：根据微短路电流的大小是否超过诊断阈值及超过的程度，判断是否发生微短路故障及故障严重程度；A4：没放空电结束情况下的诊断方法，具体步骤如下：A41：不限电池包开始放电时刻，在电池包放电结束时且放电时间大于预设时间，电池...

【技术特征摘要】
1.一种在线定量诊断电池微短路故障的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)存储数据表格的建立：以客户实际使用电池时的充电方式对电池进行充电，从零电量充电到满电量，建立充电时电量与电压的关系表格，对每次电压发生设定单位变化内的放电电流进行时间积分，获得每次电压发生设定单位变化内的放电电量，然后进行累加可获得每次电压发生设定单位变化后电池的所含电量，称之为Q-CV关系表格；以确定的放电方式对电池进行放电，从满电量放电到零电量，建立放电时电量与电压的关系表格，对每次电压发生设定单位变化内的放电电流进行时间积分，获得每次电压发生设定单位变化内的放电电量，然后进行累减可获得每次电压发生设定单位变化后电池的所含电量，称之为Q-DCV关系表格；按照同样的方法，在不同温度下获得多个Q-CV和Q-DCV关系表格存储在BMS的Flash或者其他存储器中备用；再按照同样的方法，在电池不同老化循环次数下，建立不同温度下的Q-CV和Q-DCV关系表格存储在BMS的Flash或其他存储器中备用；2)进行在线电池诊断：在线电池诊断的电池包由n节同型号电池单体全串构成，此电池单体型号与步骤1)所测电池型号相同，A1、充满电情况下的诊断方法，具体步骤如下：A11：不限电池包开始充电时刻，在电池包充满电时且充电时间大于预设时间，电池管理系统记录充满时刻的时间和时间对应的各电池单体电压值，并进行存储；A12：根据测得各单体电压值，用查表法，在预先建立的Q-CV关系表格中查表得到各单体电压值与之对应的各单体目前所含电量，并将各单体所含电量与步骤A11中所得时间对应存储；A13：用得到的各单体目前所含电量减去存储器中存储的对应各单体在上一次电池包充满电时所含电量，得到前后两次充满电各单体的所含电量差值；A14：将前后两次充满电各单体的所含电量差值除以前后两次充满电间的时间差值，可以得到各单体的微短路电流；A15：根据微短路电流的大小是否超过诊断阈值及超过的程度，判断是否发生微短路故障及故障严重程度，诊断阈值可根据国家标准对电池荷电保持能力的要求进行设定；A2：放空电情况下的诊断方法，具体步骤如下：A21：不限电池包开始放电时刻，在电池包放空时且放电时间大于预设时间，电池管理系统记录放空时刻的时间和时间对应的各电池单体电压值，并进行存储；A22：用得到的各单体电压值减去存储器中存储的对应各单体在上一次电池包放空时的电压值，可以得到各单体前后两次电池包放空间的电压差值；A23：根据电压差值判断微短路是否存在，当单体电压差值在设定安全范围内时，认为该单体无微短路；当超出半数单体的电压差值都为正数且超出安全范围时，认为最先达到放电截止电压的单体存在微短路；当单体电压差值为负数且超出安全范围时，认为此单体存在微短路；A24：根据各微短路单体放空电压值，在预先建立的Q-DCV关系表格中查表，得到与之对应的各微短路单体目前所含电量，并将各微短路单体所含电量与步骤A21中所得时间对应存储；A25：用得到的各微短路单体目前所含电量减去存储器中存储的对应各微短路单体在上一次电池包放空时的所含电量，可以得到各微短路单体在前后两次放空间的漏电量；A26：各微短路单体漏电量除以前后两次放空间的时间差值，可以得到各微短路单体的微短路电流；A27：根据微短路电流超过诊断阈值的程度，进一步判断故障严重程度；A3:没充满电结束情况下的诊断方法，具体步骤如下：A31：不限电池包开始充电时刻，在电池包充电结束时且充电时间大于预设时间，电池管理系统记录充电结束时刻的时间Tcha-end和时间对应的各电池单体电压值。A32：在下一次电池包充电时，对上一次充电结束时电压最高单体电池进行监测，一旦这次充电此单体电池电压升高到与上次Tcha-end时间记录电压值相同时，判断所用充电时间是否大于预设时间，如果大于，则记录下此刻的时间Tcha-same和时间对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥栋，郑岳久，张振东，周龙，来鑫，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31