一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统，属于电池故障诊断领域，方法包括：建立锂离子热耦合电池等效电路模型；确定不同温度下等效电路模型参数；搭建热耦合电池等效电路模型并验证热耦合电池等效电路模型参数辨识结果是否准确；引入电池内部短路等效电阻对正常电池进行修正，形成锂离子电池热

【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故障诊断领域，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，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。锂离子动力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，例如：(1)基于模型的诊断方法；(2)基于电池组一致性利用统计方法等；(3)基于热电特性阈值诊断的方法；(4)基于外部辅助测量电路方式。上述等效电路模型模型简单，精度较高已在工程上广泛应用，考虑到经济和效率大多数工程上的诊断方式都是基于电路模型进行诊断。
[0006]现有的大多数方法存在以下问题：(1)一般通过检测电池电荷状态SOC的方法通常需要很长的时间才能发现内短路的存在；(2)基于电池组一致性的方法要求电池组自身一致性较高，但往往在电池使用过程中很难保持这个条件，随着电池老化等其他干扰可能对检测造成影响；(3)利用外部辅助手段或者仪器的方法通常是离线或者需要比较高精密和昂贵设备、例如红外检测仪、X光衍射等，这在工程上的价值是不大的。
[0007]本专利技术提出基于模型的优化诊断方法，只需要一段时间的电压和电流信号，通过优化的算法对短路情况进行诊断，能够简单快速的对电池的健康状态进行评估，并且在工程上具有一定应用价值。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统，基于多耦合等效电路实现对电池健康的快速准确诊断。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种锂离子电池内部短路诊断方法，所述诊断方法包括：
[0011]建立锂离子热耦合电池等效电路模型；
[0012]通过脉冲充放电测试，对所述锂离子热耦合电池等效电路模型进行不同温度下参数辨识，得到不同温度下等效电路模型参数；
[0013]根据所述不同温度下等效电路模型参数，在仿真软件中搭建热耦合电池等效电路模型并验证热耦合电池等效电路模型参数辨识结果是否准确；
[0014]若准确，则执行下一步骤，若不准确，则返回第一个步骤；
[0015]在所述锂离子热耦合电池等效电路模型的基础上，引入电池内部短路等效电阻对正常电池进行修正，形成锂离子电池热
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内部短路等效电路模型；
[0016]在仿真软件中的锂离子热偶合等效电路模型基础上加入内部短路等效电阻，形成锂离子电池热
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内短路等效电路仿真模型；
[0017]以所述锂离子电池热
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内部短路等效电路模型输出电压与实际电池输出电压的均方根与平均值误差最小值作为优化目标，以电路模型的短路电阻为优化量，不断进行更新迭代直至所述优化目标最小；
[0018]基于所述优化目标最小时的短路电阻，对电池进行诊断。
[0019]可选的，所述仿真软件为Simulink。
[0020]可选的，所述通过脉冲充放电测试，对所述锂离子热耦合电池等效电路模型进行不同温度下参数辨识，得到不同温度下等效电路模型参数，具体为：
[0021]通过脉冲充放电测试对锂离子热耦合电池等效电路模型的开路电压、欧姆内阻和RC环节进行辨识，同时测试四组不同温度下的建立带温度修正的等效电路模型。
[0022]可选的，采用粒子群优化算法不断进行更新迭代直至所述优化目标最小。
[0023]可选的，基于所述优化目标最小时的短路电阻，对电池进行诊断具体包括：
[0024]判断所述短路电阻是否超过第一阈值，若超过第一阈值，则判断电池未发生短路故障；
[0025]判断所述短路电阻是否低于第二阈值，若低于第二阈值，则判定电池发生短路故障。
[0026]第二方面，基于本专利技术中的上述方法，本专利技术另外提供一种锂离子电池内部短路诊断系统，所述诊断系统包括：
[0027]锂离子热耦合电池等效电路模型建立模块，用于建立锂离子热耦合电池等效电路模型；
[0028]等效电路模型参数确定模块，用于通过脉冲充放电测试，对所述锂离子热耦合电池等效电路模型进行不同温度下参数辨识，得到不同温度下等效电路模型参数；
[0029]验证模块，用于根据所述不同温度下等效电路模型参数，在仿真软件中搭建热耦合电池等效电路模型并验证热耦合电池等效电路模型参数辨识结果是否准确；若准确，则执行下模块，若不准确，则返回第一个模块；
[0030]锂离子电池热
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内部短路等效电路模型构建模块，用于在所述锂离子热耦合电池等效电路模型的基础上，引入电池内部短路等效电阻对正常电池进行修正，形成锂离子电池热
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内部短路等效电路模型；
[0031]锂离子电池热
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内短路等效电路仿真模型构建模块，用于在仿真软件中的锂离子热偶合等效电路模型基础上加入内部短路等效电阻，形成锂离子电池热
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内短路等效电路仿真模型；
[0032]优化模块，用于以所述锂离子电池热
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内部短路等效电路模型输出电压与实际电池输出电压的均方根与平均值误差最小值作为优化目标，以电路模型的短路电阻为优化量，不断进行更新迭代直至所述优化目标最小；
[0033]电池诊断模块，用于基于所述优化目标最小时的短路电阻，对电池进行诊断。
[0034]可选的，所述仿真软件为Simulink。
[0035]可选的，所述电池诊断模块包括：
[0036]第一判断单元，用于判断所述短路电阻是否超过第一阈值，若超过第一阈本文档来自技高网...

【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，所述诊断方法包括：建立锂离子热耦合电池等效电路模型；通过脉冲充放电测试，对所述锂离子热耦合电池等效电路模型进行不同温度下参数辨识，得到不同温度下等效电路模型参数；根据所述不同温度下等效电路模型参数，在仿真软件中搭建热耦合电池等效电路模型并验证热耦合电池等效电路模型参数辨识结果是否准确；若准确，则执行下一步骤，若不准确，则返回第一个步骤；在所述锂离子热耦合电池等效电路模型的基础上，引入电池内部短路等效电阻对正常电池进行修正，形成锂离子电池热
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内部短路等效电路模型；在仿真软件中的锂离子热偶合等效电路模型基础上加入内部短路等效电阻，形成锂离子电池热
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内短路等效电路仿真模型；以所述锂离子电池热
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内部短路等效电路模型输出电压与实际电池输出电压的均方根与平均值误差最小值作为优化目标，以电路模型的短路电阻为优化量，不断进行更新迭代直至所述优化目标最小；基于所述优化目标最小时的短路电阻，对电池进行诊断。2.根据权利要求1所述的锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述仿真软件为Simulink。3.根据权利要求1所述的锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述通过脉冲充放电测试，对所述锂离子热耦合电池等效电路模型进行不同温度下参数辨识，得到不同温度下等效电路模型参数，具体为：通过脉冲充放电测试对锂离子热耦合电池等效电路模型的开路电压、欧姆内阻和RC环节进行辨识，同时测试四组不同温度下的建立带温度修正的等效电路模型。4.根据权利要求1所述的锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，采用粒子群优化算法不断进行更新迭代直至所述优化目标最小。5.根据权利要求1所述的锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，基于所述优化目标最小时的短路电阻，对电池进行诊断具体包括：判断所述短路电阻是否超过第一阈值，若超过第一阈值，则判断电池未发生短路故障；判断所述短路电阻是否低于第二阈值，若低于第二阈值，则判定电池发生短路故障。6.一种锂离子电池内部短路诊断系统，其特征在于，所述诊断系统包括：锂离子热耦合电池等效电路模型建立模块，用于建立锂离子热耦合电池等效电路模型；等效电路模型...

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