[发明专利]一种基于电化学变量监测的电池内部故障诊断方法及装置

说明书

本发明提供一种基于电化学变量监测的电池内部故障诊断方法及装置，方法包括：建立电池内部故障的电池电化学机理模型，并进行模型参数辨识；对电池电化学机理模型进行简化降阶后获得描述电池内部各个电化学变量的降阶模型；对目标电池或电池组施加直流激励或交流激励，根据不同的电流激励类型的电化学变量进行故障识别，从而得知目标电池或电池组是否存在内部故障；装置包括：电流激励模块，用于对目标电池或电池组施加直流激励或交流扰动激励；监测模块，包括电压监测单元、电流监测单元和温度监测单元；控制模块，包括电流设定单元、交流阻抗计算单元、故障诊断单元、输出单元、存储单元、协调单元；显示模块，用于人机交互和显示诊断结果。

技术领域

本发明属于电池内部故障诊断领域，具体涉及一种基于电化学变量监测的电池内部故障诊断方法及装置。

背景技术

近年来，锂离子电池技术得到空前发展，这也加速了储能、能源互联网、交通电气化等领域的发展。从时常发生的手机、笔记本电脑、电动汽车、储能电站着火等事故中可以说明目前锂离子电池在安全性方面还存在一定不足。由于电池是密封的，一般只能测得电池的电压、电流和温度，而电池内部发生轻微故障后有时演化后一定程度后才会使得外特征出现明显变化。虽然目前主流电池管理系统会利用电池外特性变化进行基于模型的荷电状态、功率状态、健康状态估计和故障诊断，但这些方法一般无法及时发现一些隐匿性比较强的电池内部故障，比如电池内部微短路、析锂、产气、电解液溶解等。而这些故障往往会不断演化为较为严重的电池安全问题，比如电池内部微短路会逐渐或突变为强烈内短路，进而导致电池失效或起火；析锂会降低电池热稳定性，锂金属的不断沉积还容易导致电池容量出现“跳水式”下降。

现有技术中，专利号为201811441438.8的《基于交流阻抗法的锂离子电池失效分析方法》通过监测电池SEI膜电阻的变化，以在不同次充放电循环后SEI膜电阻减小又增大为特征，预测电池即将会发生的内短路。虽然该方法可以在实验室诱发电池内短路实验过程中预测即将发生的内短路，但在实际生活的电池使用场景中，如果使用该方法预测内短路，需要对被测电池在生产出来以后就进行持续不间断检测才能避免不错过SEI膜减小又增大的特征，不易实现。同理如果采用这种方法检测已经发生内短路的电池，由于已经错过SEI膜减小又增大的特征期，该方法也就不能再预测出内短路。

因此，为了能够及时发现这些隐匿性比较强的电池内部故障，需要设计一种装置及其方法来解决上述问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于电化学变量监测的电池内部故障诊断方法及装置。

本发明提供了一种基于电化学变量监测的电池内部故障诊断方法中，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，建立电池内部故障的电池电化学机理模型，并进行模型参数辨识；步骤2，对电池电化学机理模型进行简化降阶后获得描述电池内部各个电化学变量的降阶模型；步骤3，对目标电池或电池组施加直流激励或交流激励，根据不同的电流激励类型的电化学变量进行故障识别，从而得知目标电池或电池组是否存在内部故障，其中，当步骤3中施加的电流激励为直流激励时，步骤3包括如下子步骤：步骤3-1，对目标电池或电池组施加直流激励；步骤3-2，测量目标电池或电池组的响应电压、电流和温度后，利用电池电化学机理模型或降阶模型和状态观测器对目标电池或电池组内部不同位置处的各个电化学变量进行开环或闭环估计；步骤3-3，根据目标电池或电池组不同位置处一个或多个电化学变量在时域上异常变化的有无来判定目标电池或电池组是否存在相应内部故障，当步骤3中施加的电流激励为交流激励时，步骤3包括如下子步骤：步骤3-a，在目标电池或电池组的平衡状态下，对目标电池或电池组施加小振幅交流激励，步骤3-b，测量1个或多个交流激励周期的电池响应电压、电流和温度后，利用电池电化学机理模型或降阶模型和状态观测器对目标电池或电池组内部不同位置处的各个电化学变量进行开环或闭环估计；步骤3-c，利用估计出的各个电化学变量的变化，计算目标电池或电池组不同位置处各个电化学变量的交流阻抗，通过该交流阻抗的异常变化的有无来判定目标电池或电池组是否存在相应内部故障。