CN108445343A - 一种动力电池内部短路检测方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池内部短路检测方法及***，该方法包括：采集动力电池中每个电池组的端电压；将所有端电压串联，构建闭合检测模型；计算每相邻两个端电压的相关系数，并将该相关系数确定为相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数；判断所有检测系数是否均高于设定阈值；若是，则确定动力电池内部未发生短路故障；若否，则将未高于设定阈值的检测系数所对应的电池组确定为发生短路故障的电池组。本发明通过构建闭合检测模型，一方面可以快速有效的检测电池的短路故障，保证动力电池的安全性；另一方面可以对所发生故障进行准确有效的定位，解决了当前动力电池内部短路检测的不准确、不稳定等问题。

Description

一种动力电池内部短路检测方法及***

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种动力电池内部短路检测方法及***。

背景技术

动力电池在电动汽车上已得到了广泛的应用，动力电池的安全可靠性直接关系到电动汽车的安全使用。动力电池应用受其特性的影响，对环境温度、使用方法等方面都有特殊的要求，在应用过程中不仅要保证其运行在良好的温度环境，同时也要设定合理的使用方法以及检测方法，合理的使用方法保证动力电池的最大使用性能，而检测方法确保动力电池出现问题时能及时发现，以免造成更大的动力电池损坏甚至造成电池安全事故。

动力电池内短路是动力电池使用过程中一种关系安全的问题，造成动力电池内短路的可能有以下几点：第一，动力电池在低温情况下充电，由动力电池性能决定，如在低温充电，电池容易形成结晶，日积月累结晶增长刺破电池隔膜，这就造成动力电池内短路；第二，在动力电池过充或过放电的情况下，造成离子的不可逆，在长期的积累过程中，也会造成动力电池内短路。

由于动力电池一般都是单个封装，对其内短路的检测没有可以直接实施的方法，在使用过程中一般都采取定期维护的方法，定期对动力电池进行检测。比如，设定一定使用时间，对动力电池进行全充全放电，通过设备采集分析电池数据，对可疑电池(电池容量下降等)进行人工维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种动力电池内部短路检测方法及***，创新性地将电池组所采集的端电压数据设计为一个闭环***，弥补了当前动力电池内部短路检测方法的不足，简化了传统电路故障检测所需要的硬件设施，降低了设备成本，拓展应用范围，同时本发明简单易实现的优点保证动力电池在使用过程中的可靠性及安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种动力电池内部短路检测方法，所述动力电池内部短路检测方法包括：

采集动力电池中每个电池组的端电压；所述动力电池包括n个所述电池组；

判断每个所述端电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述端电压大于所述电压阈值，则判断所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间是否大于预设时间，得到第二判断结果；

若所述第一判断结果表示所有所述端电压均小于等于所述电压阈值，则将所有所述端电压串联，构建闭合检测模型；所述闭合检测模型包括n个所述端电压，且第一个电池组的端电压还与最后一个电池组的端电压相连接；

若所述第二判断结果表示大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间大于预设时间，则确定所述动力电池发生故障；

若所述第二判断结果表示所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间小于等于所述预设时间，则将所有所述端电压串联，构建闭合检测模型；

计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数；

判断所有所述检测系数是否均高于设定阈值，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果表示所有所述检测系数均高于所述设定阈值，则确定所述动力电池内部未发生短路故障；

若所述第三判断结果表示所有所述检测系数未均高于所述设定阈值，则将未高于所述设定阈值的所述检测系数所对应的电池组确定为发生短路故障的电池组，并保存发生短路故障的电池组的端电压。

可选的，所述计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数，具体包括：

采用相关系数算法，计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数。

可选的，所述设定阈值为0.75。

可选的，所述电压阈值的范围为2.0V～3.65V。

可选的，所述预设时间为1分钟。

本发明还提供了一种动力电池内部短路检测***，所述动力电池内部短路检测***包括：

端电压采集模块，用于采集动力电池中每个电池组的端电压；所述动力电池包括n个所述电池组；

第一判断结果得到模块，用于判断每个所述端电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；

第二判断结果得到模块，用于当所述第一判断结果表示所述端电压大于所述电压阈值时，判断所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间是否大于预设时间，得到第二判断结果；

闭合检测模型构建模块，用于当所述第一判断结果表示所有所述端电压均小于等于所述电压阈值或所述第二判断结果表示所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间小于等于所述预设时间时，将所有所述端电压串联，构建闭合检测模型；所述闭合检测模型包括n个所述端电压，且第一个电池组的端电压还与最后一个电池组的端电压相连接；

动力电池发生故障确定模块，用于当所述第二判断结果表示大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间大于预设时间时，确定所述动力电池发生故障；

相关系数计算模块，用于计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数；

第三判断结果得到模块，用于判断所有所述检测系数是否均高于设定阈值，得到第三判断结果；

动力电池内部未发生短路故障确定模块，用于当所述第三判断结果表示所有所述检测系数均高于所述设定阈值时，确定所述动力电池内部未发生短路故障；

发生短路故障电池组确定模块，用于当所述第三判断结果表示所有所述检测系数未均高于所述设定阈值时，将未高于所述设定阈值的所述检测系数所对应的电池组确定为发生短路故障的电池组，并保存发生短路故障的电池组的端电压。

可选的，所述相关系数计算模块，具体包括：

相关系数计算单元，用于采用相关系数算法，计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种动力电池内部短路检测方法及***，该测方法包括：采集动力电池中每个电池组的端电压；所述动力电池包括n个所述电池组；判断每个所述端电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述端电压大于所述电压阈值，则判断所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间是否大于预设时间，得到第二判断结果；若所述第一判断结果表示所有所述端电压均小于等于所述电压阈值，则将所有所述端电压串联，构建闭合检测模型；所述闭合检测模型包括n个所述端电压，且第一个电池组的端电压还与最后一个电池组的端电压相连接；若所述第二判断结果表示大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间大于预设时间，则确定所述动力电池发生故障；若所述第二判断结果表示所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间小于等于所述预设时间，则将所有所述端电压串联，构建闭合检测模型；计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数；判断所有所述检测系数是否均高于设定阈值，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示所有所述检测系数均高于所述设定阈值，则确定所述动力电池内部未发生短路故障；若所述第三判断结果表示所有所述检测系数未均高于所述设定阈值，则将未高于所述设定阈值的所述检测系数所对应的电池组确定为发生短路故障的电池组，并保存发生短路故障的电池组的端电压。本发明通过构建闭合检测模型，一方面可以快速有效的检测电池的短路故障，保证动力电池的安全性；另一方面可以对所发生故障进行准确有效的定位，解决了当前动力电池内部短路检测的不准确、不稳定等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例动力电池内部短路检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例动力电池内部短路检测***的结构示意图；

图3为本发明实施例采集锂离子动力电池各个端电压的装置的结构示意图；

图4为本发明实施例锂离子动力电池闭环检测***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，已有一些关于电动汽车电池内部短路的方法被提出。例如，一种阈值检测方法，具体是在车辆再次运行或充电时，检测电池的最低电压是否低于设定值且持续预定时间，判断是否存在短路；又如通过应用最小二乘法计算电池单体的工作参数和查表函数确定电池的故障等级；再如基于阈值检测的方法，提出通过判断每个端电压与平均电压之间的偏差是否大于安全限制来判断电池是否存在内短路安全隐患。以上三个方法均存在以下缺点，首先它们不能消除采集噪声所带来的干扰，导致故障诊断效果不稳定；其次它们不能明确定位故障发生位置，需要后续人工检测，成本高、效率低；另外应用最小二乘法计算电池参数对采样数据要求较高，导致故障误判的发生。

因此，为了克服上述技术缺点，本发明提供了一种动力电池内部短路检测方法及***，创新性地将电池组所采集的端电压数据设计为一个闭环***，弥补了当前动力电池内部短路检测方法的不足，简化了传统电路故障检测所需要的硬件设施，降低了设备成本，拓展应用范围，同时本发明简单易实现的优点保证动力电池在使用过程中的可靠性及安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

以下结合附图，对本发明的锂离子动力电池内短路检测方法作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明并不用于限定本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

图1为本发明实施例动力电池内部短路检测方法的流程示意图，如图1所示，一种动力电池内部短路检测方法，所述动力电池内部短路检测方法具体包括以下几个步骤：

步骤101：采集动力电池中每个电池组的端电压；所述动力电池包括n个所述电池组。

步骤102：判断每个所述端电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述端电压大于所述电压阈值，则执行步骤103；若所述第一判断结果表示所有所述端电压均小于等于所述电压阈值，则执行步骤104。

步骤103：判断所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间是否大于预设时间，得到第二判断结果。若所述第二判断结果表示大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间大于预设时间，则执行步骤105；若所述第二判断结果表示所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间小于等于所述预设时间，则执行步骤104。

步骤104：将所有所述端电压串联，构建闭合检测模型；所述闭合检测模型包括n个所述端电压，且第一个电池组的端电压还与最后一个电池组的端电压相连接。

步骤105：确定所述动力电池发生故障。

步骤106：计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数。

步骤107：判断所有所述检测系数是否均高于设定阈值，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示所有所述检测系数均高于所述设定阈值，则执行步骤108；若所述第三判断结果表示所有所述检测系数未均高于所述设定阈值，则执行步骤109。

步骤108：确定所述动力电池内部未发生短路故障。

步骤109：将未高于所述设定阈值的所述检测系数所对应的电池组确定为发生短路故障的电池组，并保存发生短路故障的电池组的端电压。

其中步骤106具体包括：

采用相关系数算法，计算每相邻两个端电压的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数。

优选的，所述设定阈值为0.75。所述电压阈值的范围为2.0V～3.65V。所述预设时间为1分钟。

实施例二

为实现上述目的，本发明还提供了一种动力电池内部短路检测***。

图2为本发明实施例动力电池内部短路检测***的结构示意图，如图2所示，所述动力电池内部短路检测***包括：

端电压采集模块201，用于采集动力电池中每个电池组的端电压；所述动力电池包括n个所述电池组。

第一判断结果得到模块202，用于判断每个所述端电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果。

第二判断结果得到模块203，用于当所述第一判断结果表示所述端电压大于所述电压阈值时，判断所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间是否大于预设时间，得到第二判断结果。

闭合检测模型构建模块204，用于当所述第一判断结果表示所有所述端电压均小于等于所述电压阈值或所述第二判断结果表示所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间小于等于所述预设时间时，将所有所述端电压串联，构建闭合检测模型；所述闭合检测模型包括n个所述端电压，且第一个电池组的端电压还与最后一个电池组的端电压相连接。

动力电池发生故障确定模块205，用于当所述第二判断结果表示大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间大于预设时间时，确定所述动力电池发生故障。

相关系数计算模块206，用于计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数。

第三判断结果得到模块207，用于判断所有所述检测系数是否均高于设定阈值，得到第三判断结果。

动力电池内部未发生短路故障确定模块208，用于当所述第三判断结果表示所有所述检测系数均高于所述设定阈值时，确定所述动力电池内部未发生短路故障。

发生短路故障电池组确定模块209，用于当所述第三判断结果表示所有所述检测系数未均高于所述设定阈值时，将未高于所述设定阈值的所述检测系数所对应的电池组确定为发生短路故障的电池组，并保存发生短路故障的电池组的端电压。

所述相关系数计算模块206，具体包括：

相关系数计算单元，用于采用相关系数算法，计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数。

优选的，所述设定阈值为0.75。所述电压阈值的范围为2.0V～3.65V。所述预设时间为1分钟。

实施例三

本发明实施例提供了一种锂离子动力电池内短路检测方法，用于检测锂离子动力电池是否发生内短路现象，以避免导致严重的事故发生。

图3为本发明实施例采集锂离子动力电池各个端电压的装置的结构示意图；如图3所示，由于该电动汽车所采用的锂离子动力电池包内装42个电池组，即采集42个端电压。由于电池组电压采集芯片最多检测12组电池组电压，因此需要四个电池组电压采集芯片，其中三个电池组电压采集芯片采集36个电池组电压，剩余的6个电池组还需要一个电池组电压采集芯片，所以这个电池组电压采集芯片检测该电池包里面的6个电池组的同时还需要检测另一个电池包里面的6个电池组电压。

以一电动汽车的锂离子动力电池包及BnS电压方式为例，具体说明动力电池内短路检测步骤。

第一步，BnS采集动力电池中每个电池组的端电压。

第二步，判断该采集的端电压是否超过了电压阈值，若采集的端电压超过设置的电压阈值且持续时间大于预设时间，则进行故障报警；若采集的端电压在电压阈值内则电压正常，进行动力电池内短路检测。

第三步，根据采集到的第一个电池组的端电压值与第二个电池组的端电压值，采用相关系数算法，计算第一个电池组的相关系数，将第二个电池组的端电压值与第三个电池组的端电压值，计算第二对电池组的相关系数，以此类推，将最后一个电池组的端电压与第一个电池组的端电压值，计算最后一个电池组的相关系数，因此，整个检测过程形成了如图4所示的闭环检测***。相关系数的个数与电池组端电压的个数一致。

端电压为电池组两端的电压。预设值时间设置为1分钟，电压阈值设置为电池充放点截止电压，不同的电池材料该截止电压不同，本发明实施例中电池的电压阈值范围设置为[2.0V 3.65V]。

BnS采集端电压{V1；V2；V3；…；Vn}，对应于相关系数为{ICC1,2；ICC2,3；…；ICCn,1}。

若相关系数ICCn,1及ICC1,2检测到故障问题，则可以快速定位到第一个电池组出现内短路故障，以此类推，若相关系数ICC5,6及ICC6,7检测到故障问题，则可以迅速定位到第六个电池组出现内短路故障。

整体故障检测流程及基于相关系数电池组内短路检测方法如图1所示。

对于本例所实施的相关系数采用组内相关系数，根据该相关系数的原理，当系数值低于0.75时，认为该出现故障现象，高于0.75认为正常。

若电池包内各对电池组相关系数高于所设定阈值，则忽略电池的电压信息。若电池包内各对电池组相关系数低于所设定阈值，则保存电池的电压信息并发出故障报警，结束内短路检测流程。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种动力电池内部短路检测方法，其特征在于，所述动力电池内部短路检测方法包括：

采集动力电池中每个电池组的端电压；所述动力电池包括n个所述电池组；

判断每个所述端电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述端电压大于所述电压阈值，则判断所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间是否大于预设时间，得到第二判断结果；

若所述第一判断结果表示所有所述端电压均小于等于所述电压阈值，则将所有所述端电压串联，构建闭合检测模型；所述闭合检测模型包括n个所述端电压，且第一个电池组的端电压还与最后一个电池组的端电压相连接；

若所述第二判断结果表示大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间大于预设时间，则确定所述动力电池发生故障；

若所述第二判断结果表示所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间小于等于所述预设时间，则将所有所述端电压串联，构建闭合检测模型；

计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数；

判断所有所述检测系数是否均高于设定阈值，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果表示所有所述检测系数均高于所述设定阈值，则确定所述动力电池内部未发生短路故障；

若所述第三判断结果表示所有所述检测系数未均高于所述设定阈值，则将未高于所述设定阈值的所述检测系数所对应的电池组确定为发生短路故障的电池组，并保存发生短路故障的电池组的端电压。

2.根据权利要求1所述的动力电池内部短路检测方法，其特征在于，所述计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数，具体包括：

采用相关系数算法，计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数。

3.根据权利要求1所述的动力电池内部短路检测方法，其特征在于，所述设定阈值为0.75。

4.根据权利要求1所述的动力电池内部短路检测方法，其特征在于，所述电压阈值的范围为2.0V～3.65V。

5.根据权利要求1所述的动力电池内部短路检测方法，其特征在于，所述预设时间为1分钟。

6.一种动力电池内部短路检测***，其特征在于，所述动力电池内部短路检测***包括：

端电压采集模块，用于采集动力电池中每个电池组的端电压；所述动力电池包括n个所述电池组；

第一判断结果得到模块，用于判断每个所述端电压是否大于电压阈值，得到第一判断结果；

第二判断结果得到模块，用于当所述第一判断结果表示所述端电压大于所述电压阈值时，判断所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间是否大于预设时间，得到第二判断结果；

闭合检测模型构建模块，用于当所述第一判断结果表示所有所述端电压均小于等于所述电压阈值或所述第二判断结果表示所有大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间小于等于所述预设时间时，将所有所述端电压串联，构建闭合检测模型；所述闭合检测模型包括n个所述端电压，且第一个电池组的端电压还与最后一个电池组的端电压相连接；

动力电池发生故障确定模块，用于当所述第二判断结果表示大于所述电压阈值的所述端电压的持续时间大于预设时间时，确定所述动力电池发生故障；

相关系数计算模块，用于计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数；

第三判断结果得到模块，用于判断所有所述检测系数是否均高于设定阈值，得到第三判断结果；

动力电池内部未发生短路故障确定模块，用于当所述第三判断结果表示所有所述检测系数均高于所述设定阈值时，确定所述动力电池内部未发生短路故障；

发生短路故障电池组确定模块，用于当所述第三判断结果表示所有所述检测系数未均高于所述设定阈值时，将未高于所述设定阈值的所述检测系数所对应的电池组确定为发生短路故障的电池组，并保存发生短路故障的电池组的端电压。

7.根据权利要求6所述的动力电池内部短路检测***，其特征在于，所述相关系数计算模块，具体包括：

相关系数计算单元，用于采用相关系数算法，计算每相邻两个端电压之间的相关系数，并将所述相关系数确定为所述相邻两个端电压中的前一个端电压对应的电池组的检测系数。