一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法，该方法包括：1)在线采集动力电池充电过程中各单体电池的电压、电流及充电时间数据；2)分别计算各单体电池在每个循环充电过程中的电压离群系数及电量离群系数；3)基于电压离群系数及电量离群系数确定动力电池是否发生内短路并定位发生内短路的单体电池；4)定量计算发生内短路的单体电池的短路阻值。与现有技术相比，本发明专利技术具有实施简便、诊断时间短、诊断准确度高等优点。诊断准确度高等优点。诊断准确度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法


[0001]本专利技术涉及储能电池
，尤其是涉及一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为新能源电动汽车的核心部件，具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低等优点，受到人们的广泛关注。然而锂离子电池存在潜在的安全问题，近年来，发生了多起锂离子电池安全事故。内短路是引发锂离子电池安全事故的主要原因之一，早期内短路症状不明显，但持续演化会发生热失控，导致电池燃烧甚至爆炸。所以尽早检测到内短路故障，对提高电池的安全性具有重要意义。
[0003]现有的内短路检测方法有以下4种：1)基于模型的诊断方法。通过判断电池测得的电压、温度等参数的真实值与电池模型的预测值的误差是否超过阈值来判断是否发生内短路。但该方法建模过程比较复杂，且需要经过多次测试验证。2)检测电压、温度的变化方法。检测电池电压和温度的变化率是否超过系统设定的阈值进而判断是否发生内短路。但该方法主要适用于内短路末期，无法准确探测内短路早期特征。3)检测是否自放电的方法。检测电池是否发生超出正常范围的自放电现象来判断是否发生内短路。该方法需要通过传感器或者串联电流表进行监测，增加了电池组成本。4)交流阻抗法。通过比较待测电池交流阻抗谱与正常电池交流阻抗皮来判断电池是否发生内短路。但该方法实现的技术难度高，成本高，且无法定量计算内短路阻值。

技术实现思路

[0004]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基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法，该方法包括：
[0007]1)在线采集动力电池充电过程中各单体电池的电压、电流及充电时间数据；
[0008]2)分别计算各单体电池在每个循环充电过程中的电压离群系数及电量离群系数；
[0009]3)基于电压离群系数及电量离群系数确定动力电池是否发生内短路并定位发生内短路的单体电池；
[0010]4)定量计算发生内短路的单体电池的短路阻值。
[0011]优选地，步骤2)中电压离群系数通过下式获得：
[0012][0013]其中，u
i
(n1)为第n1个循环充电过程中第i个单体电池的电压离群系数，t为充电时间，t0(n1)为第n1个循环充电过程的起始时间，t
s
(n1)为第n1个循环充电过程的终止时间，为第n1个循环充电过程中第i个单体电池在t时刻的电压，为第n1个循环充电
过程中t时刻的平均单体电压，为第n1个循环充电过程中t时刻的最大单体电压，为第n1个循环充电过程中t时刻的最小单体电压。
[0014]优选地，所述的电量离群系数通过如下方式获取：
[0015]首先，确定每个循环充电过程的充电电压窗口；
[0016]然后，计算每个循环充电过程中电压窗口内各单体电池的充电电量；
[0017]最后，计算每个循环充电过程中各单体电池的电量离群系数。
[0018]优选地，充电电压窗口通过下式确定：
[0019][0020][0021]式中，U
lb
(n2)为第n2个循环充电过程中电压窗口下限电压，U
ub
(n2)为第n2个循环充电过程中电压窗口上限电压，为第n2个循环充电过程开始后延时Δt时长后的最大单体电压，为第n2个循环充电过程结束时刻的最小单体电压，t0(n2)为第n2个循环充电过程的起始时间，t
s
(n2)为第n2个循环充电过程的终止时间。
[0022]优选地，循环充电过程中电压窗口内各单体电池的充电电量通过下式计算：
[0023][0024]其中，Q
j
(n2)为第n2个循环充电过程中第j个单体电池的充电电量，为第n2个循环充电过程中第j个单体电池在t时刻的充电电流。
[0025]优选地，所述的电量离群系数通过下式计算：
[0026][0027]式中，q
j
(n2)为第n2个循环充电过程中第j个单体电池的电量离群系数，为第n2个循环充电过程中的平均单体充电电量，Q
max
(n2)为第n2个循环充电过程中的最大单体充电电量，Q
min
(n2)为第n2个循环充电过程中的最小单体充电电量。
[0028]优选地，步骤3)具体为：
[0029]31)若第i个单体电池在第n1个循环充电过程中的电压离群系数u
i
(n1)小于0，且u
i
(n1)与第n1‑
m1个循环充电过程中电压离群系数u
i
(n1‑
m1)满足u(n1‑
m1)
‑
u(n1)≥g，则初步判定该动力电池发生了内短路，g为大于0的常数；
[0030]32)若第j个单体电池在第n2个循环充电过程中的电量离群系数q
j
(n2)大于0，且q
j
(n2)与第n2‑
m2个循环充电过程中电量离群系数q
j
(n2‑
m2)满足q(n2‑
m2)
‑
q(n2)≤h，则初步判定该动力电池发生了内短路，h为大于0的常数；
[0031]33)若同时满足i＝j，n1＝n2、m1＝m2，则判定该动力电池中第i个单体电池为内短路电池。
[0032]优选地，假设第n2个循环充电过程中第j个单体电池发生内短路，则步骤4)发生内短路的单体电池的短路阻值通过下式计算：
[0033][0034][0035]其中，I
ISCr
(n2)为第n2个循环充电过程中漏电流值，t0(n2)为第n2个循环充电过程的起始时间，t
s
(n2)为第n2个循环充电过程的终止时间，Δt为第n2个循环充电过程开始后延时时长，ΔQ
ISCr
(n2)为第j个单体电池在[t0(n2)+Δt]～t
s
(n2)电压窗口内的总漏电量，Q
j
(n2)为第n2个循环充电过程中第j个单体电池的充电电量，Q
min
(n2)为第n2个循环充电过程中的最小单体充电电量，R
ISCr
(n2)为第n2个循环充电过程中的内短路电阻阻值，R
j
(n2)为第n2个循环充电过程中第j个单体电池的内短路电阻阻值，为第n2个循环充电过程中第j个单体在[t0(n2)+Δt]～t
s
(n2)电压窗口内的平均电压。
[0036]优选地，常数g取值为：0.55≤g≤0.65。
[0037]优选地，常数h取值为：0.5≤h≤0.85。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0039](1)本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法，其特征在于，该方法包括：1)在线采集动力电池充电过程中各单体电池的电压、电流及充电时间数据；2)分别计算各单体电池在每个循环充电过程中的电压离群系数及电量离群系数；3)基于电压离群系数及电量离群系数确定动力电池是否发生内短路并定位发生内短路的单体电池；4)定量计算发生内短路的单体电池的短路阻值。2.根据权利要求1所述的一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法，其特征在于，步骤2)中电压离群系数通过下式获得：其中，u
i
(n1)为第n1个循环充电过程中第i个单体电池的电压离群系数，t为充电时间，t0(n1)为第n1个循环充电过程的起始时间，t
s
(n1)为第n1个循环充电过程的终止时间，为第n1个循环充电过程中第i个单体电池在t时刻的电压，为第n1个循环充电过程中t时刻的平均单体电压，为第n1个循环充电过程中t时刻的最大单体电压，为第n1个循环充电过程中t时刻的最小单体电压。3.根据权利要求1所述的一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法，其特征在于，所述的电量离群系数通过如下方式获取：首先，确定每个循环充电过程的充电电压窗口；然后，计算每个循环充电过程中电压窗口内各单体电池的充电电量；最后，计算每个循环充电过程中各单体电池的电量离群系数。4.根据权利要求3所述的一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法，其特征在于，充电电压窗口通过下式确定：其特征在于，充电电压窗口通过下式确定：式中，U
lb
(n2)为第n2个循环充电过程中电压窗口下限电压，U
ub
(n2)为第n2个循环充电过程中电压窗口上限电压，为第n2个循环充电过程开始后延时Δt时长后的最大单体电压，为第n2个循环充电过程结束时刻的最小单体电压，t0(n2)为第n2个循环充电过程的起始时间，t
s
(n2)为第n2个循环充电过程的终止时间。5.根据权利要求4所述的一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法，其特征在于，循环充电过程中电压窗口内各单体电池的充电电量通过下式计算：其中，Q
j
(n2)为第n2个循环充电过程中第j个单体电池的充电电量，为第n2个循环充电过程中第j个单体电池在t时刻的充电电流。
6.根据权利要求5所述的一种基于电压和电量离群系数的电池内短路定量诊断方法，其特征在于，所述的电量离群系数通过下式计算：式中，q
j
(n2)为第n2个循环充电过程中第j个单体电池的电量离群系数，为第n2个循环充电过程中的平均单体充电电量，Q
max
(n2)为第n2个循环充电过程中的最大单体充电电量，Q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏学哲，乔冬冬，戴海峰，范文君，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：