一种锂离子电池单体内短路检测方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池单体内短路检测方法，其相比现有技术无需基于模型的SOC估计过程，避免了所选模型自身缺陷对精度造成的不良影响且计算量小。本方法中对待检测电池当前的dOCV/dQ采用LMRLS实时更新，大幅减小了计算量及数据存储量。整个内短路的检测过程不依赖温升现象，因此不会受到温度传感器自身规格指标及安装位置等的限制。由于本方法不依赖电芯间的数据或参数对比，因此既适用于单个电芯又适用于成组的场景，尤其对开路电压曲线平坦的磷酸铁锂电池具有较高的适用性。坦的磷酸铁锂电池具有较高的适用性。坦的磷酸铁锂电池具有较高的适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池单体内短路检测方法


[0001]本专利技术属于电池故障检测
，具体涉及一种适用于锂离子电池单体的内短路检测方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池与电动汽车的推广和普及，由电池热失控导致的电动汽车起火事故常有发生，内短路作为热失控的重要诱因之一，须在必要时对其实现快速准确地检测。现有技术中对于锂离子电池内短路的检测方法大致分为以下几类：1)阈值法：通过判断电池电压、温度、电压变化率或温度变化率是否超过预设阈值，进而实现内短路检测；2)电量消耗法：通过准确的SOC估计过程获取电池实际消耗电量，并与使用电量(输出端电流积分)比较，获取电池漏电情况而实现检测；3)剩余可充电容量法：通过相邻两次充电过程的剩余可充电容量之差，判断电池的漏电情况；4)对比分析法：对于串联电池组，通过对比单体电池间的电压或其他参数的一致性、相关性，实现内短路检测；5)传感器测量法：对于并联电池组，可通过环形电路拓扑结构及电路传感器实现内短路的检测。
[0003]然而，这些方法尚存在一些缺陷限制了其适用性或有效性，譬如阈值法于程度较轻的早期内短路往往难以识别，且受限于温度传感器的布置；电量消耗法受SOC估计精度影响较大，受限于磷酸铁锂电池平坦的开路电压曲线，方法往往难以适用于磷酸铁锂电池；剩余可充电容量法则需要在充电场景下进行，对于电池放电运行情况下突发的内短路故障无能为力；对比分析法需要电芯间的相互对比，无法用于单个电芯的场景；传感器测量法依赖于电路的拓扑结构以及额外的电流传感器，适用性受限。因此，如何提供受自身限制较少、适用性广且更为精确的内短路检测方式，是本领域中亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对上述本领域中存在的技术问题，本专利技术提供了一种锂离子电池单体内短路检测方法，具体包括以下步骤：
[0005]S1、对电池单体开展小倍率放电测试，分别获取电池单体的开路电压OCV、放出容量Q与荷电状态SOC之间的关系；
[0006]S2、根据步骤S1获取的OCV与Q之间关系，计算dOCV/dQ的标准值；
[0007]S3、对目标锂离子电池实时测量其电压与电流数据；
[0008]S4、对所述目标锂离子电池建立考虑内短路情况的等效电路模型，利用经步骤S3测量得到的电压与电流数据，基于带遗忘因子的递归最小二乘法在线辨识模型参数，并计算开路电压；
[0009]S5、针对开路电压、放电容量以及dOCV/dQ三者之间的线性关系，利用由步骤S4辨识出的开路电压以及测量得到的累计放电容量，基于递归最小二乘法和限定记忆递归最小二乘法实时更新计算dOCV/dQ值；
[0010]S6、将由S5计算得到的dOCV/dQ值与步骤S2得到的OCV/dQ标准值进行对比，当两者
差值超过预设阈值时，认定发生内短路故障，否则返回S3继续执行下一时刻的检测。
[0011]进一步地，步骤S1中开展的小倍率放电测试具体过程包括：首先以恒流恒压方式将电池单体充电至满电电量，静置3小时以上后，以小于或等于1/20C的倍率恒流放电至下截止电压；所述开路电压由放电过程中的端电压进行等效；所述放电测试还包括针对相同电池单体分别在不同温度下重复开展，以获得不同温度下电池开路电压的情况；所述方程容量Q与荷电状态SOC之间的关系利用安时积分法计算。
[0012]进一步地，步骤S2中计算dOCV/dQ的标准值的计算方式包括以下几种：
[0013]1)以放出容量Q为自变量，开路电压OCV为因变量，求取不同自变量下对应的导数得到相应的dOCV/dQ的标准值；
[0014]2)根据电池总容量以及开路电压OCV与SOC之间的关系，采用样条采样与求导并转换为dOCV/dQ标准值结果；
[0015]上述dOCV/dQ的标准值计算方式均包括针对不同温度条件分别进行计算。
[0016]进一步地，步骤S4具体包括以下步骤：
[0017]1)从Rint模型、一阶RC模型、二阶RC模型等中选择其中一种建立考虑内短路情况的等效电路模型；
[0018]2)根据步骤S3测得的电压与电流数据并基于带遗忘因子的递归最小二乘法对等效电路模型的模型参数进行辨识，过程如下：
[0019][0020]式中，μ为遗忘因子，通常取0.95＜μ＜1；为输入数据向量，为待辨识的参数向量，上标Λ表示对应参数的估计值，为输出；K
LS,k
为RLS增益，P
LS,k
为协方差矩阵，I为单位矩阵，k表示当前时刻；
[0021]3)计算辨识后的等效电路模型开路电压
[0022]进一步地，步骤S5具体包括以下过程：
[0023]1)设置记忆窗口长度L；
[0024]2)用线性方程描述开路电压、放电容量以及dOCV/dQ三者之间的线性关系，式中y
k
＝U
OCV,k
，Q
Ah,k
为安时积分获取的累计放出容量，参数向量θ＝[α β]T
，其中α项即为dOCV/dQ，下标k表示当前时刻；
[0025]3)利用计算的与Q
Ah,k
，在k≤L时，采用递归最小二乘法对参数向量θ进行更新，如下式所示：
[0026][0027]在k＞L时，采用限定记忆递归最小二乘法对参数向量θ进行更新，包括以下两个过程：
[0028]1)引入新数据，如下式所示：
[0029][0030]式中，P
LS,k
‑
L,k
‑1及分别表示由k
‑
L至k
‑
1时刻共L组测量数据所形成的协方差矩阵及参数向量估计值；P
LS,k
‑
L,k
及则分别表示由k
‑
L至k时刻共L+1组测量数据所形成的协方差矩阵及参数向量估计值；K
LS,k
‑
L,k
为增益；
[0031]2)剔除旧数据，如下式所示：
[0032][0033]式中，P
LS,k
‑
L+1,k
及分别表示由k
‑
L+1至k时刻共L组测量数据所形成的协方差矩阵及参数向量估计值；K
LS,k
‑
L+1,k
为增益，即为当前时刻需要更新的辨识值。
[0034]进一步地，步骤S6具体包括：
[0035]1)利用实测数据基于安时积分法计算目标锂离子电池的SOC，结合步骤S2中得到的dOCV/dQ标准值与SOC之间关系，确定当前k时刻下的dOCV/dQ标准值；
[0036]2)将k时刻经步骤S5计算的dOCV/dQ与k
‑
L/2时刻的标准值进行延时对比，确定是否发生内短路情况。
[0037]上述本专利技术所提供的锂离子电池单体内短路检测方法，相对于现有技术至少具有以下有益效果：
[0038]1、本方法无需基于模型的SOC估计过程，避本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池单体内短路检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、对电池单体开展小倍率放电测试，分别获取电池单体的开路电压OCV、放出容量Q与荷电状态SOC之间的关系；S2、根据步骤S1获取的OCV与Q之间关系，计算dOCV/dQ的标准值；S3、对目标锂离子电池实时测量其电压与电流数据；S4、对所述目标锂离子电池建立考虑内短路情况的等效电路模型，利用经步骤S3测量得到的电压与电流数据，基于带遗忘因子的递归最小二乘法在线辨识模型参数，并计算开路电压；S5、针对开路电压、放电容量以及dOCV/dQ三者之间的线性关系，利用由步骤S4辨识出的开路电压以及测量得到的累计放电容量，基于递归最小二乘法和限定记忆递归最小二乘法实时更新计算dOCV/dQ值；S6、将由S5计算得到的dOCV/dQ值与步骤S2得到的OCV/dQ标准值进行对比，当两者差值超过预设阈值时，认定发生内短路故障，否则返回S3继续执行下一时刻的检测。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中开展的小倍率放电测试具体过程包括：首先以恒流恒压方式将电池单体充电至满电电量，静置3小时以上后，以小于或等于1/20C的倍率恒流放电至下截止电压；所述开路电压由放电过程中的端电压进行等效；所述放电测试还包括针对相同电池单体分别在不同温度下重复开展，以获得不同温度下电池开路电压的情况；所述方程容量Q与荷电状态SOC之间的关系利用安时积分法计算。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S2中计算dOCV/dQ的标准值的计算方式包括以下几种：1)以放出容量Q为自变量，开路电压OCV为因变量，求取不同自变量下对应的导数得到相应的dOCV/dQ的标准值；2)根据电池总容量以及开路电压OCV与SOC之间的关系，采用样条采样与求导并转换为dOCV/dQ标准值结果；上述dOCV/dQ的标准值计算方式均包括针对不同温度条件分别进行计算。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S4具体包括以下步骤：1)从Rint模型、一阶RC模型、二阶RC模型中选择其中一种建立考虑内短路情况的等效电路模型；2)根据步骤S3测得的电压与电流数据并基于带遗忘因子的递归最小二乘法对等效电路模型的模型参数进行辨识，过程如下：式中，μ为遗忘因子，通常取0.95＜μ＜1；为输入数据向量，为待辨识的参数向量，上标Λ表示对应参数的估计值，为输出；K
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙逢春，柴志雄，江海赋，李军求，杨子传，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：