一种锂离子电池内部短路诊断方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池短路诊断技术领域，尤其是一种锂离子电池内部短路诊断方法，其包括以下诊断步骤：S1：给电池组进行充电，记最先达到充电截止电压的单体电池为基准电池，其充电电压曲线为基准充电曲线；S2：对每节单体电池计算其相邻两次充电循环的剩余未充电时间变化速率υ

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池内部短路诊断方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池短路诊断
，尤其涉及一种锂离 子电池内部短路诊断方法。

技术介绍

[0002]随着工业化大规模发展，全球能源危机和环境污染日益严重， 为了保护环境，降低对传统化石能源的依赖，各个国家都大力发展 新能源产业，电动汽车作为节能减排的重要解决对策被积极推广并 迅速发展。其中，锂离子电池由于具备能量密度高、循环寿命长， 输出电压高等优异性能，被广泛应用于电动汽车的电源系统，然而， 为了满足电动汽车对电源高功率和高容量的需求，汽车电源往往是 由数千个单体锂离子电池串并联组成，这也给电动汽车埋下了潜在 的安全隐患，一旦电池发生热失控，将会产生巨大的经济损失，严 重时还会引发重大的安全事故。因此提升锂离子电池的安全性已成 为当前的研究热点。
[0003]电池短路是导致锂离子电池发生安全事故的重要原因之一，电 池短路包括电池外部短路和电池内部短路，电池外部短路往往是人 为操作不当引发的，当电池发生外部短路时，放电电流会增大，导 致电芯产热，从而电池内部温度升高，在高温情况下，电池内部会 引发一连串的化学反应，这些反应会产生大量的热量，最终导致电 池发生热失控。电池内部短路通常是指电池内部的正极和负极直接 接触，主要是在挤压、撞击和过充过放等电池滥用情况下，电池内 部生成的锂枝晶刺穿隔膜，造成内部短路，从而电池内部化学反应 速度加快，电流和温度升高，当电池内短路严重时，则会引发热失 控。其中，电池外部短路可以通过安装外部传感器和保护装置对其 进行有效的防控，而电池内部短路在整个电池生命周期都有可能发 生，但是检测内部短路很难在电池内部安装传感器，也无法使用常 规手段快速检测到电池内部温度，这使得内部短路有了一个演化周 期，初期现象不明显，但后期会引发冒烟、起火甚至爆炸等重大事 故，因此有必要对电池内部短路进行早期检测，从而保障动力电池 的安全稳定性，为电动汽车的快速发展保驾护航。
[0004]目前，对于电池内部短路的检测方法有很多，如构建开关切换 模型对内部短路进行检测，通过该模型对电池短路等效电路模型进 行更新，获取模型的开路电压和SOC值，进而辨识得到电池内部短 路等效电阻，实现电池内部短路的提前预警。
[0005]但是该方法需要借助复杂的模型且计算过程比较繁琐。另外， 由于当电池发生内部短路时，此时自放电电流和正常运行状态下的 自放电电流相比明显增大，则可以通过检测自放电电流诊断电池内 部是否短路，但是该方法需要较长的静置时间使电池处于均衡状态， 不利于实际应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的电池短路检测方法需要 借助复杂的模型且计算过程比较繁琐，另外，由于当电池发生内部 短路时，此时自放电电流和正常运行状态下的自放电电流相比明显 增大，则可以通过检测自放电电流诊断电池内部是否短路，但
是该 方法需要较长的静置时间使电池处于均衡状态，不利于实际应用的 缺点，而提出的一种锂离子电池内部短路诊断方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种锂离子电池内部短路诊断方法，包括以下诊断步骤：
[0009]S1：给电池组进行充电，记最先达到充电截止电压的单体电池 为基准电池，其充电电压曲线为基准充电曲线；计算其他单体电池 达到充电截止电压还需要的剩余充电时间，具体计算公式为： Δt
n,j
＝t
n,j
‑
t
n,1
，其中，n表示充电次数序号，j表示单体电池的 序号，Δt
n,j
表示第j号单体电池的剩余未充电时间，t
n,j
表示在基 准充电电压曲线上第j号单体电池充电结束时的电压位置所对应的 充电时间，t
n,1
表示基准电压曲线结束充电时所对应的充电时间。
[0010]S2：对每节单体电池计算其相邻两次充电循环的剩余未充电时 间变化速率υ
n
值，具体计算公式为：其中n表 示充电次数序号，j表示单体电池的序号，Δt
n,j
表示第j号电池第n 次充电时对应的剩余未充电时间，Δt
n
‑
1,j
表示第n
‑
1次充电时对应 的剩余未充电时间。
[0011]S3：每次充电结束后，采用核密度估计方法计算电池组中所有 电池υ
n
值的概率分布，具体计算公式为：
[0012][0013]其中，N为电池组中电池的总数；是核密度估计的带宽，具体计 算公式为：
[0014][0015]其中，σ
n
为第n次充电所有电池υ
n
值的标准差，Q
n
为第n次充电所 有电池υ
n
值的四分位距。
[0016]S4：计算υ
n
值最大的电池单体的异常因子H
n
(υ
n
)，具体计算公 式为：
[0017][0018]式中，υ
n,max
为电池组中υ
n
值最大的电池单体的υ
n
值，f
n
(
·
)为所有电 池υ
n
值的概率密度函数，Ω为电池组中除去υ
n
值最大的单体之后的 其他单体的集合,f
n,Ω
(
·
)为电池组中除去υ
n
值最大的单体之后的其 他单体υ
n
值的概率密度函数。
[0019]S5：判断存在内短路风险的异常电池单体。若H
n
(υ
n,max
)小于预 先设定的阈值λ，则判断该电池组中不存在内短路电池，结束本次 充电循环的计算；若H
n
(υ
n,max
)大于等于λ，对剩下的单体重复S4， 直至所剩电池中H
n
(υ
n,max
)小于λ，结束S4，所有H
n
(υ
n,max
)大于 等于λ的单体判断为存在内短路风险，进入S4。
[0020]S6：对存在内短路风险的异常单体计算该单体的剩余未充电容 量和剩余未充电电量，计算公式如下：
[0021][0022][0023]其中，n表示充电次数序号，j表示单体电池的序号，C
n,j
表示第j 个单体电池的剩余未充电容量，E
n,j
表示第j个单体电池的剩余未充 电电量，I
n,k
和U
n,k
分别为第n次充电循环k时刻的充电电流和充电 电压，Δt
n,j
表示该单体电池的剩余未充电时间，t
n,1
表示基准电压曲 线结束充电时所对应的充电时间。
[0024]S7：对存在内短路风险的异常单体计算该单体的平均漏电流， 具本文档来自技高网...

【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，包括以下诊断步骤：S1：给电池组进行充电，记最先达到充电截止电压的单体电池为基准电池，其充电电压曲线为基准充电曲线；S2：对每节单体电池计算其相邻两次充电循环的剩余未充电时间变化速率υ
n
值；S3：每次充电结束后，采用核密度估计方法计算电池组中所有电池υ
n
值的概率分布；S4：计算υ
n
值最大的电池单体的异常因子H
n
(υ
n
)；S5：判断存在内短路风险的异常电池单体；S6：对存在内短路风险的异常单体计算该单体的剩余未充电容量和剩余未充电电量；S7：对存在内短路风险的异常单体计算该单体的平均漏电流；S8：对存在内短路风险的异常单体计算该单体电池的内短路电阻。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S1中，计算其他单体电池达到充电截止电压还需要的剩余充电时间，具体计算公式为：Δt
n，j
＝t
n，j
‑
t
n，1
，其中，n表示充电次数序号，j表示单体电池的序号，Δt
n，j
表示第j号单体电池的剩余未充电时间，t
n，j
表示在基准充电电压曲线上第j号单体电池充电结束时的电压位置所对应的充电时间，t
n，1
表示基准电压曲线结束充电时所对应的充电时间。3.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S2中，具体计算公式为：其中n表示充电次数序号，j表示单体电池的序号，Δt
n，j
表示第j号电池第n次充电时对应的剩余未充电时间，Δt
n
‑
1，j
表示第n
‑
1次充电时对应的剩余未充电时间。4.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S3中，具体计算公式为：其中，N为电池组中电池的总数；是核密度估计的带宽，具体计算公式为：其中，σ
n
为第n次充电所有电池υ
n
值的标准差，Q
n
为第n次充电所有电池υ
n
值的四分位距。5.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S4中，具体计算公式为：式中，υ
n，max
为电池组中υ
n
值最大的电池单体的υ
n
值，f
n
(
·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁惠施，周奎，赵嘉莘，史梓男，林俊，孙爱春，贡晓旭，胡东辰，杨一飞，
申请(专利权)人：北京西清能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：