[发明专利]一种串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法

说明书

本发明提供了一种串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法，预先通过混合脉冲功率性能测试(HPPC)建立该电池体系开路电压(OCV)与荷电状态(SOC)关系曲线。电池组由n节电池单体串联而成，电池管理系统实时记录电池组总电流、总电压、电池单体电压和电池单体表面温度。基于改进的双卡尔曼滤波器(DEKF)，估计电池的OCV；通过插值法计算得到电池的SOC，从而计算得到电池间SOC差异；进一步采用线性拟合的方法估计短路电流和短路电阻，若电流约为零，则外短路电阻为无穷大，无短路故障发生；若电流不为零，则根据欧姆定律可计算得到电池的外短路电阻。本发明可实现串联锂离子电池组微短路故障的定量检测，输出外短路电阻的大小以评估故障的严重程度。

技术领域

本发明涉及锂离子电池成组技术领域，具体涉及一种串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法。

背景技术

在能源危机和环境污染的双重压力下，锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、低污染、低自放电和无记忆效应，已逐渐成为电动汽车动力来源的主要选择之一。同时安全问题也日益突出，引起了行业的高度重视。锂离子电池在滥用条件下极易发生热失控，包括热滥用、机械滥用和电滥用，其中电池外短路是最常见的电滥用形式之一。当电池的正负极直接短接，短路电阻较小时，外短路会引起电池电压骤降，电流和温度的急剧增加，在短时间内会产生大量的热，有引发热失控的可能。当短路电阻较大时，即小规模外短路，称之为微短路。在短时间内，微短路并不会引起电压、电流和温度的显著变化，不易被发现，仅仅表现为自放电率过大。如果微短路长期发展，电池间的差异逐渐增加，再加上热的逐渐积累，就有可能引发安全问题。

目前，对电池单体外短路的研究相对较多，对于电池组中的短路研究相对较少，尤其是电池组中微短路故障的实时检测，现有的电池管理技术难以有效识别微短路故障。因此对微短路进行实时监控检测，对于动力电池安全运行和管理系统发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决难以识别串联锂离子电池组中微短路故障的问题，提出了一种基于改进双卡尔曼滤波器(DEKF)的串联电池组微短路故障在线定量检测方法。

为此，本发明提供一种串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法，电池组由n节电池单体串联而成，具体包括以下步骤：

步骤(1)、串联电池组工作时流过每个电池的电流一致，电池管理系统实时记录所述电池组总电流、总电压、n节电池单体电压和电池单体表面温度；

步骤(2)、对所述锂离子电池进行混合脉冲功率性能测试(HPPC)，并进行多项式拟合，建立开路电压(OCV)与荷电状态(SOC)关系；

步骤(3)、依据监测的所述电池单体的端电压，对所述电池单体按照端电压从小到大进行排序，获取“最小电池”和“中间电池”；

步骤(4)、基于等效电路模型，采用改进的DEKF估计所述“最小电池”和“中间电池”的OCV；

步骤(5)、基于预先建立的OCV-SOC关系，通过插值法估算所述“最小电池”和“中间电池”的SOC。从小到大依次计算“最小电池”与“中间电池”的SOC差异，每次获取的SOC差异都是剩余电池中“最小电池”与“中间电池”的差，发生微短路的电池往往是“最小电池”；

步骤(6)、基于所述锂离子电池的额定容量，采用线性拟合的方法计算所述电池短路电流；

步骤(7)、判断短路电流与零的关系，如果所述电池单体的短路电流近似为零，则外短路电阻为无穷大，无外短路故障发生；如果所述电池单体的短路电流不为零，则通过欧姆定律可计算得到所述电池的外短路电阻。

其中，所述步骤(1)中，记录所述电池组总电流、总电压、n节电池单体电压和电池单体表面温度的采样周期为1s。

其中，所述步骤(2)中，HPPC测试区间间隔为10％SOC。