一种锂离子电池故障检测方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及了一种锂离子电池故障检测方法和系统，该方法用于锂离子电池中的电池单体的故障检测，具体包括以下步骤：电池单体端电压估计步骤对电池单体建立等效电路模型，然后通过当前状态下的电池单体SOC值分别获取开路电压和电池单体内阻进而计算获得电池单体端电压的估计值；电池单体端电压实测步骤利用电压传感器测量获得电池单体端电压的实测值；数据比对处理步骤将电池单体端电压的估计值与实测值进行数据比对处理；数据挖掘分析步骤基于数据挖掘分析技术获取电池单体在不同SOC值和/或不同温度下的若干比对处理结果作为样本数据分析电池单体是否发生故障，使针对电池单体的故障检测更加快速准确。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池故障检测方法和系统
本专利技术涉及电池故障检测
，具体涉及一种锂离子电池故障检测方法和系统。
技术介绍
锂离子电池储能是目前电能储存技术中比较常用的一种储能方式，并且因其能量高、工作温度范围宽、寿命长等优点使得锂离子电池在很多领域都有应用，比如电动汽车、智能电子等领域。锂离子电池系统可能是由多个电池单体组成，但是在电池系统的长期使用过程中，各电池单体之间会出现不同程度上的性能差异，这些性能差异在电池系统使用过程中回不同程度地损坏整个电池系统的工作性能，比如由于某电池单体性能明显下降导致电池系统性能下降，甚至在电池单体SOC下降明显时会导致电池系统SOC下降，严重时甚至导致电池系统提前终止放电，如此，电池系统的安全性和可靠性得不到保障，而对锂离子电池的故障检测就显得尤为重要。目前电池系统的电池故障检测方法主要是基于电池的单体电压、电流、温度等数据进行简单的判断，比如有一种电池故障检测方法是检测电池单体的电压和温度数据来判断电池的故障情况，当单体电压低于预先设定的阈值或者单体电压下降速度大于预先设定的速度时，判断该电池单体出现故障；又比如一种对电池组中多个单体进行故障检测的方法是基于电池的电压、电压变化值、温度、温度变化值作为单体的特征要素，使用数据挖掘算法来识别发生故障的电池单体；还有一种主动故障检测的电池系统是通过获取电池的工作信息，再通过具有离散事件系统监控理论和算法的诊断模块分析事件间的关系，从而判别电池组中单体的状态是否异常。上述方法多是通过对电池状态的监控和采集并结合预先设定参数值/阈值进行故障检测，检测结果明显缺乏全面性、准确性，且并不能快速和方便的得出大量结果数据，判断结果势必会存在较大的误差，不能给相关工作人员提供相应的指导作用。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中通过对锂离子电池状态的监控和采集并结合预先设定参数值/阈值进行故障检测导致检测结果明显缺乏全面性、准确性的缺陷提供了一种锂离子电池故障检测方法，方便高效，能够大大提升锂离子电池故障检测结果的准确性和全面性。本专利技术还涉及一种锂离子电池故障检测系统。本专利技术的技术方案如下：一种锂离子电池故障检测方法，用于锂离子电池中的电池单体的故障检测，包括电池单体端电压估计步骤、电池单体端电压实测步骤、数据比对处理步骤和数据挖掘分析步骤，所述电池单体端电压估计步骤对电池单体建立等效电路模型，并根据电池单体SOC值分别与等效电路模型的开路电压和电池单体内阻的对应关系通过当前状态下的电池单体SOC值分别获取所述开路电压和电池单体内阻，进而计算获得电池单体端电压的估计值；所述电池单体端电压实测步骤利用电压传感器测量获得电池单体端电压的实测值；所述数据比对处理步骤将电池单体端电压的所述估计值与所述实测值进行数据比对处理；所述数据挖掘分析步骤基于数据挖掘分析技术获取所述电池单体在不同SOC值和/或不同温度下的若干比对处理结果作为样本数据分析电池单体是否发生故障。所述电池单体端电压估计步骤对电池单体建立的等效电路模型所表征的电池单体内部阻抗的实部为电池单体内阻，根据不同温度下的开路电压与电池单体SOC之间的对应关系通过当前状态下的电池单体SOC值以插值法获取对应的开路电压；并在不同温度以及不同电池单体SOC的状态下在电池单体两端接入放电负载并使所述放电负载恒流放电，根据电池单体SOC值与电池单体内阻之间的对应关系通过当前状态下的电池单体SOC值以插值法获取对应的电池单体内阻；基于欧姆定律将获取的开路电压和电池单体内阻结合测量的电流值计算获得电池单体端电压的估计值。所述电池单体端电压估计步骤对电池单体建立的所述等效电路模型采用线性模型。所述数据挖掘分析步骤在获取若干比对处理结果作为样本数据后，将样本数据通过图表数据展示且所述图表数据分为电池单体状态正常区域和电池单体故障区域，根据样本数据落入的区域范围判断电池单体是否发生故障。所述数据挖掘分析步骤中将电池单体故障区域分为电池单体内短路区域和电池单体过充区域，根据样本数据落入的区域范围判断电池单体是否发生故障并确定电池单体的故障状态。在电池单体状态正常区域，电池单体端电压的估计值和实测值呈线性相关；在电池单体内短路区域，电池单体端电压的估计值远大于实测值；在电池单体过充区域，电池单体端电压的估计值远小于实测值。一种锂离子电池故障检测系统，用于锂离子电池中的电池单体的故障检测，包括电池单体端电压估计模块、电池单体端电压实测模块、数据比对处理模块和数据挖掘分析模块，所述电池单体端电压估计模块对电池单体建立等效电路模型，并根据电池单体SOC值分别与等效电路模型的开路电压和电池单体内阻的对应关系通过当前状态下的电池单体SOC值分别获取所述开路电压和电池单体内阻，进而计算获得电池单体端电压的估计值；所述电池单体端电压实测模块利用电压传感器测量获得电池单体端电压的实测值；所述数据比对处理模块将电池单体端电压的所述估计值与所述实测值进行数据比对处理；所述数据挖掘分析模块基于数据挖掘分析技术获取所述电池单体在不同SOC值和/或不同温度下的若干比对处理结果作为样本数据分析电池单体是否发生故障。所述电池单体端电压估计模块包括等效电路模型建立模块、开路电压计算模块、电池单体内阻计算模块和端电压估计值计算处理模块，所述等效电路模型建立模块对电池单体建立等效电路模型，且建立的等效电路模型所表征的电池单体内部阻抗的实部为电池单体内阻；所述开路电压计算模块根据不同温度下的开路电压与电池单体SOC之间的对应关系通过当前状态下的电池单体SOC值以插值法获取对应的开路电压；所述电池单体内阻计算模块在不同温度以及不同电池单体SOC的状态下在电池单体两端接入放电负载并使所述放电负载恒流放电，根据电池单体SOC值与电池单体内阻之间的对应关系通过当前状态下的电池单体SOC值以插值法获取对应的电池单体内阻；所述端电压估计值计算处理模块基于欧姆定律将获取的开路电压和电池单体内阻结合测量的电流值计算获得电池单体端电压的估计值。所述数据挖掘分析模块在获取若干比对处理结果作为样本数据后，将样本数据通过图表数据展示且所述图表数据分为电池单体状态正常区域和电池单体故障区域，根据样本数据落入的区域范围判断电池单体是否发生故障。所述数据挖掘分析模块中将电池单体故障区域分为电池单体内短路区域和电池单体过充区域，在电池单体状态正常区域电池单体端电压的估计值和实测值呈线性相关，在电池单体内短路区域电池单体端电压的估计值远大于实测值，在电池单体过充区域电池单体端电压的估计值远小于实测值，根据样本数据落入的区域范围判断电池单体是否发生故障并确定电池单体的故障状态。本专利技术的技术效果如下：本专利技术涉及了一种锂离子电池故障检测方法，用于锂离子电池中的电池单体的故障检测，该方法包括电池单体端电压估计步骤、电池单体端电压实测步骤、数据比对处理步骤和数据挖掘分析步骤，利用等效电路模型及当前状态下的电池单体SOC值最终获得电池单体端电压的估计值，使之与通过电压传感器测量的电池单体端电压的实测值进行数据对比处理，最后再利用数据挖掘技术并基于大量比对处理结果的样本数据进行数据分析以判断电池单体是否发生故障进而实现对锂离子电池的故障检测，本专利技术利用等效电路模型可以在保持电池单体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池故障检测方法，用于锂离子电池中的电池单体的故障检测，其特征在于，包括电池单体端电压估计步骤、电池单体端电压实测步骤、数据比对处理步骤和数据挖掘分析步骤，所述电池单体端电压估计步骤对电池单体建立等效电路模型，并根据电池单体SOC值分别与等效电路模型的开路电压和电池单体内阻的对应关系通过当前状态下的电池单体SOC值分别获取所述开路电压和电池单体内阻，进而计算获得电池单体端电压的估计值；所述电池单体端电压实测步骤利用电压传感器测量获得电池单体端电压的实测值；所述数据比对处理步骤将电池单体端电压的所述估计值与所述实测值进行数据比对处理；所述数据挖掘分析步骤基于数据挖掘分析技术获取所述电池单体在不同SOC值和/或不同温度下的若干比对处理结果作为样本数据分析电池单体是否发生故障。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池故障检测方法，用于锂离子电池中的电池单体的故障检测，其特征在于，包括电池单体端电压估计步骤、电池单体端电压实测步骤、数据比对处理步骤和数据挖掘分析步骤，所述电池单体端电压估计步骤对电池单体建立等效电路模型，并根据电池单体SOC值分别与等效电路模型的开路电压和电池单体内阻的对应关系通过当前状态下的电池单体SOC值分别获取所述开路电压和电池单体内阻，进而计算获得电池单体端电压的估计值；所述电池单体端电压实测步骤利用电压传感器测量获得电池单体端电压的实测值；所述数据比对处理步骤将电池单体端电压的所述估计值与所述实测值进行数据比对处理；所述数据挖掘分析步骤基于数据挖掘分析技术获取所述电池单体在不同SOC值和/或不同温度下的若干比对处理结果作为样本数据分析电池单体是否发生故障。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池故障检测方法，其特征在于，所述电池单体端电压估计步骤对电池单体建立的等效电路模型所表征的电池单体内部阻抗的实部为电池单体内阻，根据不同温度下的开路电压与电池单体SOC之间的对应关系通过当前状态下的电池单体SOC值以插值法获取对应的开路电压；并在不同温度以及不同电池单体SOC的状态下在电池单体两端接入放电负载并使所述放电负载恒流放电，根据电池单体SOC值与电池单体内阻之间的对应关系通过当前状态下的电池单体SOC值以插值法获取对应的电池单体内阻；基于欧姆定律将获取的开路电压和电池单体内阻结合测量的电流值计算获得电池单体端电压的估计值。3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池故障检测方法，其特征在于，所述电池单体端电压估计步骤对电池单体建立的所述等效电路模型采用线性模型。4.根据权利要求1至3之一所述的一种锂离子电池故障检测方法，其特征在于，所述数据挖掘分析步骤在获取若干比对处理结果作为样本数据后，将样本数据通过图表数据展示且所述图表数据分为电池单体状态正常区域和电池单体故障区域，根据样本数据落入的区域范围判断电池单体是否发生故障。5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池故障检测方法，其特征在于，所述数据挖掘分析步骤中将电池单体故障区域分为电池单体内短路区域和电池单体过充区域，根据样本数据落入的区域范围判断电池单体是否发生故障并确定电池单体的故障状态。6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池故障检测方法，其特征在于，在电池单体状态正常区域，电池单体端电压的估计值和实测值呈线性相关；在电池单体内短路区域，电池单体端电压的估计值远大于实测值；在电池单体过充区域，电池单体端电压的估计值远小于实测值...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世春，潘宇巍，顾启蒙，华旸，闫啸宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11