一种针对磷酸铁锂动力电池短期衰竭故障的诊断方法技术

为了解决现有针对动力锂电池故障诊断方法无法在内阻和容量变化较小的初期提取早期故障征兆的问题，本发明专利技术提供一种针对磷酸铁锂动力电池短期衰竭故障的诊断方法，利用阻抗容量相对变化率和增量分析技术，评价当前电池单体的内阻变化的程度,解析内阻变化的内因，以此为依据对锂电池发生短期衰竭故障的风险做出评估，弥补当前诊断方法无法对电池性能急剧恶化情况作出预警的问题。本发明专利技术所提供的短期衰竭故障诊断方法能够准确的识别磷酸铁锂动力电池短期衰竭故障。尤其是故障初期，电池内部结构已经发生破坏但内阻和容量变化都很低的情况下，诊断算法能准确辨析电池内阻变化的内部机理,诊断潜在的风险做出故障预警。

A Diagnostic Method for Short-term Failure of Lithium Iron Phosphate Power Batteries

【技术实现步骤摘要】
一种针对磷酸铁锂动力电池短期衰竭故障的诊断方法
本专利技术涉及动力锂电池故障诊断领域，具体涉及磷酸铁锂动力电池短期衰竭故障的诊断方法，对动力锂电池性能急剧变化做出提前预警。
技术介绍
内阻是衡量动力电池健康状态的重要参数，它不仅能够一定程度上反应电池老化的信息，同时是影响电池内部生热的重要因素。因此领域内开展了大量关于动力锂电池内阻估算或以内阻作为电池老化或故障诊断依据的研究。动力锂电池在特定条件下性能会在短期内急剧衰竭，故障现象包括内阻剧烈上升，电压平的变化和容量迅速衰减，这种现象是导致动力锂电池失效甚至热失控的重要原因。而目前基于内阻的诊断方法，如中国专利：申请号：CN201310341683.2，专利名称：电池单体故障诊断方法；以及中国专利：申请号：CN201710153380.6；专利名称：一种大容量电池储能系统的故障诊断方法及装置，均对电池使用中的故障诊断提供了诊断方法。但是，以上述两篇专利文件为代表的现有技术，缺乏对电池内阻上升机理的理解和描述，无法解析导致内阻上升的根源，导致无法提取故障的早期征兆，实际应用中难以保障电池系统的安全性，局限较大。
技术实现思路
为了解决现有故障诊断技术中针对动力锂电池短期衰竭诊断现象无法提取故障早期征兆的问题，本专利技术提供一种针对磷酸铁锂动力电池短期衰竭故障的诊断方法。本专利技术所述的一种针对磷酸铁锂动力电池短期衰竭故障的诊断方法，利用阻抗容量相对变化率和增量分析技术，评价当前电池单体的内阻变化程度，对发生短期衰竭故障的风险做出评估，弥补当前诊断方法无法对电池性能急剧恶化作出预警的问题。一种针对磷酸铁锂动力电池短期衰竭故障的诊断方法，其技术方案在于：包括以下步骤：S1.记录待检测磷酸铁锂动力电池的初始增量容量曲线特征、初始容量和初始内阻；S2.诊断开始，获得使用过程中的磷酸铁锂动力电池的当前容量和当前内阻；S3.以磷酸铁锂动力电池的内阻容量相对衰减率α作为诊断依据，设定内阻衰减率第一预设阈值和第二预设阈值，判断电池当前内阻衰减程度，其中，第一预设阈值<第二预设阈值；当内阻容量相对衰减率小于第一预设阈值时，待检测磷酸铁锂动力电池未发生老化；当内阻容量相对衰减率大于第二预设阈值时，待检测磷酸铁锂动力电池已发生短期衰竭故障；当内阻容量相对衰减率处于第一预设阈值与第二预设阈值之间时，提取当前增量容量曲线特征，并与S1步骤所述的初始增量容量曲线特征对比，如出现特定模式，判定待检测磷酸铁锂动力电池存在短期衰竭故障风险，否则判定待检测磷酸铁锂动力电池正常老化；其中，所述的特定模式是指：在同一坐标系下，将初始增量容量曲线特征与当前增量容量曲线特征进行比较，当初始增量容量曲线特征中最高的两个峰值波峰①II和波峰②II在当前增量容量曲线特征中的变化趋势满足：波峰①II幅度上升或波峰①II幅度不变，波峰②II幅度下降。其中，磷酸铁锂动力电池的内阻容量相对衰减率α的获得方法是：其中，Crat为磷酸铁锂动力电池初始容量、Rrat为磷酸铁锂动力电池初始内阻；Cava为磷酸铁锂动力电池当前容量；Rava为磷酸铁锂动力电池当前内阻。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术所提供的短期衰竭故障诊断方法能够准确的识别磷酸铁锂动力电池模组短期衰竭故障。尤其是在短期衰竭故障初期，电池内部结构已经发生破坏但内阻和容量变化都很低的情况下，诊断算法能准确辨识潜在的风险做出故障预警。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为微短路电池模组中微短路故障电池单体与模组均值温差曲线图。图3至图5为三块不同电池的曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步的说明。本专利技术所述的检测流程如图1所示。本专利技术具体的实施步骤是：a.记录磷酸铁锂动力电池初始容量Crat和初始内阻Rrat；并构建初始增量容量曲线特征；具体的，本专利技术中所述的磷酸铁锂动力电池的初始容量Crat均在室温采用1C标准充放电测试得到。测试中首先将磷酸铁锂电池经过恒流-恒压充电至3.65V，之后以1C的倍率将磷酸铁锂动力电池从3.65V放电至2.5V，释放的电量即磷酸铁锂动力电池的初始容量Crat。初始内阻Rrat采用扩展卡尔曼滤波的方法在线计算得到。进一步的，步骤a中所述的初始增量容量曲线特征指曲线中波峰①II和波峰②II的峰值幅度相对关系，波峰①II和波峰②II的定义参见图2。图2中初始增量容量曲线特征的幅度经初始波峰②II的幅度归一化处理。上述初始增量容量曲线特征从小倍率恒流放电数据中提取。在恒流放电数据中，以足够小的固定电压间隔进行磷酸铁锂动力电池电压采样，按照式(1)计算该电压间隔内的容量变化，绘制dQ/dV与电压的关系曲线。其中，I为恒流放电的电流；t为恒流饭店时间；△V为电压间隔。b.诊断开始，对使用过程中的磷酸铁锂电池计算当前容量Cava和当前内阻Rava；c.依据式(2)计算内阻容量相对衰减率α，判断磷酸铁锂电池当前内阻衰减程度；式中初始容量Crat、初始内阻Rrat；当前容量Cava和当前内阻Rava。d.设置二级阈值αT1和αT2，特殊的本例中40Ah磷酸铁锂动力电池的αT1＝6Ω/Ah、αT2＝30Ω/Ah。e.将c步骤获得的内阻容量相对衰减率α与预设阈值αT1比较：e1.若所述衰减率α大于该预设阈值αT1，判定该磷酸铁锂电池出现明显老化，若所述衰减率α小于该预设阈值αT1，则判定该磷酸铁锂电池正常。e2.若内阻容量相对衰减率α大于预设阈值αT1，则继续将α与预设阈值αT2比较，若所述衰减率α大于预设阈值αT2，则立即判定该磷酸铁锂电池出现短期衰竭故障；e3.若内阻容量相对衰减率α小于该预设阈值αT2，则该磷酸铁锂电池存在风险，需进行以下判断步骤：e301.当内阻容量相对衰减率α大于预设阈值αT1，小于预设阈值αT2时，利用步骤a的方法构建该磷酸铁锂电池当前增量容量曲线特征，并与a步骤所述的初始增量容量曲线特征进行比较；当出现特定模式时则认为该磷酸铁锂电池存在短期衰竭故障风险，否则电池仅呈现老化。再进一步的，以图2为例，所述的特定模式指的是如下两种情况：一、波峰①II幅度上升；二、波峰①II幅度不变，波峰②II幅度下降。具体的，如图2，对于本实施例的40Ah磷酸铁锂电池，记录初始增量容量曲线特征的波峰①II和②II的幅值分别为A1和B1，当前增量容量曲线特征的波峰①II和波峰②II的幅值分别为A2和B2，它们满足下列关系之一，即认为特定模式发生：a.A2>A1；b.0.98A1<A2<A1或A2＝A1且B2<B1。0.98A1<A2<A1表示A1与A2基本相等。如图3，根据上述方法判断，该磷酸铁锂电池处于正常老化状态。如图4，根据上述方法判断，该磷酸铁锂电池存在短期衰竭故障风险。如图5，根据上述方法判断，该磷酸铁锂电池处于正常老化状态。本专利技术实施例中步骤c～步骤e可用于判断磷酸铁锂电池内阻是否由于老化出现明显增加，步骤e301用于判断发生老化的电池单体是否发生短期衰竭故障或存在发生短期衰竭故障的风险。以上仅为专利技术的较佳实施例而己，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对磷酸铁锂动力电池短期衰竭故障的诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.记录待检测磷酸铁锂动力电池的初始增量容量曲线特征、初始容量和初始内阻；S2.诊断开始，获得使用过程中的磷酸铁锂动力电池的当前容量和当前内阻；S3.设定第一预设阈值和第二预设阈值，以磷酸铁锂动力电池的内阻容量相对衰减率作为诊断依据，判断电池当前内阻衰减程度，其中，第一预设阈值<第二预设阈值；当内阻容量相对衰减率小于第一预设阈值时，待检测磷酸铁锂动力电池未发生老化；当内阻容量相对衰减率大于第二预设阈值时，待检测磷酸铁锂动力电池出现短期衰竭故障；当内阻容量相对衰减率处于第一预设阈值与第二预设阈值之间时，建立当前增量容量曲线特征，并与S1步骤所述的初始增量容量曲线特征对比，如出现特定模式，判定待检测磷酸铁锂动力电池存在短期衰竭故障风险，否则判定待检测磷酸铁锂动力电池老化；其中，所述的特定模式是指：在同一坐标系下，将初始增量容量曲线特征与当前增量容量曲线特征进行比较，当初始增量容量曲线特征中最高的两个峰值波峰①II和波峰②II在当前增量容量曲线特征中的变化趋势满足：波峰①II幅度上升或波峰①II幅度不变，波峰②II幅度下降。...

【技术特征摘要】
1.一种针对磷酸铁锂动力电池短期衰竭故障的诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.记录待检测磷酸铁锂动力电池的初始增量容量曲线特征、初始容量和初始内阻；S2.诊断开始，获得使用过程中的磷酸铁锂动力电池的当前容量和当前内阻；S3.设定第一预设阈值和第二预设阈值，以磷酸铁锂动力电池的内阻容量相对衰减率作为诊断依据，判断电池当前内阻衰减程度，其中，第一预设阈值<第二预设阈值；当内阻容量相对衰减率小于第一预设阈值时，待检测磷酸铁锂动力电池未发生老化；当内阻容量相对衰减率大于第二预设阈值时，待检测磷酸铁锂动力电池出现短期衰竭故障；当内阻容量相对衰减率处于第一预设阈值与第二预设阈值之间时，建立当前增量容量曲线特征，并与S1步骤所述的初始增量容量曲线...

【专利技术属性】
技术研发人员：武超，葛玻，宋丽君，王煜，周肖音，周杰，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41