一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统。所述方法，包括：对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识；根据辨识后的参数在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型；在辨识后的电池二阶等效电路中增加等效电阻，得到电池内部短路二阶等效电路；根据电池内部短路二阶等效电路，在电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型；以电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值；等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。本发明专利技术能提高锂离子电池内部短路诊断的准确性。锂离子电池内部短路诊断的准确性。锂离子电池内部短路诊断的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统


[0001]本专利技术涉及电池诊断领域，特别是涉及一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统。

技术介绍

[0002]电动汽车技术发展日益成熟，同时消费者对电动汽车性能的需求也越来越高，特别是续航里程。然而，在锂离子电池能量密度不断增大的同时，异常情况下锂离子电池发生热失控的风险也会显著增加。锂离子电池作为电动汽车核心部件之一，目前虽然着重于研发高能量密度的锂离子电池，但是锂离子电池安全性也要得到足够重视。锂离子电池的安全性问题是提升锂离子电池能量密度的前提，锂离子电池的安全性研究是电动汽车长期可持续发展的不竭动力。
[0003]锂离子电池的热失控主要由两方面引发：一方面是锂离子电池的材料和生产工艺存在问题，另一方面是锂离子电池使用过程中存在问题。锂离子电池在使用过程中形成热失控的原因有很多，比如锂离子电池出现内外部短路、过度充放电、大倍率充放电、高低温环境、循环老化、挤压变形等。其中，锂离子电池发生内部短路是引发热失控的最常见原因。
[0004]为了最大程度地发挥锂离子电池性能，提高其锂离子电池安全性与延长使用寿命，就必须对锂离子电池情况进行在线监控，并同时进行锂离子电池内部短路诊断。锂离子电池的内部短路诊断是通过对锂离子电池的温度、电压、电流等状态信息进行实时监测，通过一定的模型算法实现锂离子电池内部短路的早期预警。
[0005]目前，已有研究人员从不同角度提出了一些锂离子锂离子电池内部短路检测与诊断方法。比如，基于参数阈值的锂离子电池内部短路诊断、基于不一致性的锂离子电池内部短路诊断、基于模型的锂离子电池内部短路诊断和基于深度学习的锂离子电池内部短路诊断。其中基于模型的锂离子电池内部短路诊断更适用于实际应用。基于模型的电池内部短路诊断方法是将内部短路诊断问题转化为模型参数估计问题，现有的基于模型的电池内部短路诊断方法，随着电池老化，模型精度变差，会导致内部短路诊断不准确。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术实施例提供一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统，以提高锂离子电池内部短路诊断的准确性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]一种锂离子电池内部短路诊断方法，包括：
[0009]对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识；所述参数包括目标电池的开路电压值、输入电阻值、一阶RC环节的电阻电容值和二阶RC环节的电阻电容值；
[0010]根据辨识后的参数在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型；
[0011]在辨识后的电池二阶等效电路中增加等效电阻，得到电池内部短路二阶等效电路；
[0012]根据所述电池内部短路二阶等效电路，在所述电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型；
[0013]以所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对所述等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值；所述等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。
[0014]可选的，所述对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识，具体包括：
[0015]构建目标电池的二阶等效电路；所述二阶等效电路包括输入电阻、一阶RC环节和二阶RC环节；
[0016]采用脉冲充放电测试方法对所述二阶等效电路中的参数进行辨识，得到辨识后的参数。
[0017]可选的，所述采用脉冲充放电测试方法对所述二阶等效电路中的参数进行辨识，得到辨识后的参数，具体包括：
[0018]基于脉冲充放电测试曲线，根据第一时间段对应的辨识后的输入电阻值和第二时间段对应的辨识后的输入电阻值，确定最终辨识后的输入电阻值；所述第一时间段为从放电初始时刻到脉冲放电阶跃时刻的时间段；所述第二时间段为从脉冲放电结束时刻到脉冲放电结束的阶跃时刻的时间段；
[0019]确定第一拟合方程所述第一拟合方程为第三时间段的电池输出电压的拟合方程；所述第三时间段为从脉冲放电阶跃时刻到脉冲放电结束时刻的时间段；其中，t表示第一拟合方程对应的时间，y表示第一拟合方程对应的输出电压值，a1、a2、a3、a4和a5表示第一拟合方程的系数；
[0020]根据所述脉冲充放电测试曲线，采用待定系数法确定所述第一拟合方程的系数；
[0021]基于所述第一拟合方程的系数和所述最终辨识后的输入电阻值确定所述第三时间段对应的辨识后的部分参数；所述部分参数包括开路电压值、一阶RC环节的电阻值、一阶RC环节的电容值、二阶RC环节的电阻值和二阶RC环节的电容值；
[0022]确定第二拟合方程所述第二拟合方程为第四时间段的电池输出电压的拟合方程；所述第四时间段为从脉冲放电结束的阶跃时刻到电池脉冲放电后静置平缓时刻的时间段；其中，t
′
表示第二拟合方程对应的时间，y
′
表示第二拟合方程对应的输出电压值，b1、b2、b3、b4和b5表示第二拟合方程的系数；
[0023]根据所述脉冲充放电测试曲线，采用待定系数法确定所述第二拟合方程的系数；
[0024]基于所述第二拟合方程的系数确定所述第四时间段对应的辨识后的部分参数；
[0025]根据所述第三时间段对应的辨识后的部分参数和所述第四时间段对应的辨识后的部分参数，确定最终辨识后的部分参数；所述辨识后的参数包括所述最终辨识后的输入电阻值和所述最终辨识后的部分参数。
[0026]可选的，所述最终辨识后的输入电阻值为
[0027][0028]其中，R0表示最终辨识后的输入电阻值；R0′
表示第一时间段对应的辨识后的输入
电阻值；R0″
表示第二时间段对应的辨识后的输入电阻值；表示第二时间段对应的辨识后的输入电阻值；V
B
表示放电初始时刻对应的输出电压值，V
C
表示脉冲放电阶跃时刻对应的输出电压值，V
D
表示脉冲放电结束时刻对应的输出电压值，V
E
表示脉冲放电结束的阶跃时刻对应的输出电压值，I表示输出电流值。
[0029]可选的，所述第三时间段对应的辨识后的部分参数为
[0030][0031]其中，E
ocv
′
表示第三时间段对应的辨识后的开路电压值；R1′
表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C1′
表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R2′
表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C2′
表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值；R0表示最终辨识后的输入电阻值；I表示输出电流值。
[0032]可选的，所述第四时间段对应的辨识后的部分参数为
[0033][0034]其中，E
ocv
″
表示第四时间段对应的辨识后的开路电压值；R1″
表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C1″
表示第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，包括：对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识；所述参数包括目标电池的开路电压值、输入电阻值、一阶RC环节的电阻电容值和二阶RC环节的电阻电容值；根据辨识后的参数在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型；在辨识后的电池二阶等效电路中增加等效电阻，得到电池内部短路二阶等效电路；根据所述电池内部短路二阶等效电路，在所述电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型；以所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对所述等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值；所述等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识，具体包括：构建目标电池的二阶等效电路；所述二阶等效电路包括输入电阻、一阶RC环节和二阶RC环节；采用脉冲充放电测试方法对所述二阶等效电路中的参数进行辨识，得到辨识后的参数。3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述采用脉冲充放电测试方法对所述二阶等效电路中的参数进行辨识，得到辨识后的参数，具体包括：基于脉冲充放电测试曲线，根据第一时间段对应的辨识后的输入电阻值和第二时间段对应的辨识后的输入电阻值，确定最终辨识后的输入电阻值；所述第一时间段为从放电初始时刻到脉冲放电阶跃时刻的时间段；所述第二时间段为从脉冲放电结束时刻到脉冲放电结束的阶跃时刻的时间段；确定第一拟合方程所述第一拟合方程为第三时间段的电池输出电压的拟合方程；所述第三时间段为从脉冲放电阶跃时刻到脉冲放电结束时刻的时间段；其中，t表示第一拟合方程对应的时间，y表示第一拟合方程对应的输出电压值，a1、a2、a3、a4和a5表示第一拟合方程的系数；根据所述脉冲充放电测试曲线，采用待定系数法确定所述第一拟合方程的系数；基于所述第一拟合方程的系数和所述最终辨识后的输入电阻值确定所述第三时间段对应的辨识后的部分参数；所述部分参数包括开路电压值、一阶RC环节的电阻值、一阶RC环节的电容值、二阶RC环节的电阻值和二阶RC环节的电容值；确定第二拟合方程所述第二拟合方程为第四时间段的电池输出电压的拟合方程；所述第四时间段为从脉冲放电结束的阶跃时刻到电池脉冲放电后静置平缓时刻的时间段；其中，t
′
表示第二拟合方程对应的时间，y
′
表示第二拟合方程对应的输出电压值，b1、b2、b3、b4和b5表示第二拟合方程的系数；根据所述脉冲充放电测试曲线，采用待定系数法确定所述第二拟合方程的系数；基于所述第二拟合方程的系数确定所述第四时间段对应的辨识后的部分参数；根据所述第三时间段对应的辨识后的部分参数和所述第四时间段对应的辨识后的部分参数，确定最终辨识后的部分参数；所述辨识后的参数包括所述最终辨识后的输入电阻
值和所述最终辨识后的部分参数。4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述最终辨识后的输入电阻值为其中，R0表示最终辨识后的输入电阻值；R0′
表示第一时间段对应的辨识后的输入电阻值；R0″
表示第二时间段对应的辨识后的输入电阻值；表示第二时间段对应的辨识后的输入电阻值；V
B
表示放电初始时刻对应的输出电压值，V
C
表示脉冲放电阶跃时刻对应的输出电压值，V
D
表示脉冲放电结束时刻对应的输出电压值，V
E
表示脉冲放电结束的阶跃时刻对应的输出电压值，I表示输出电流值。5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述第三时间段对应的辨识后的部分参数为其中，E
ocv
′
表示第三时间段对应的辨识后的开路电压值；R1′
表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C1′
表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R2′
表示第三时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖承林，胡广，王丽芳，王立业，张文杰，张呈忠，黎志伟，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：