CN110927589B

CN110927589B - 一种在线监控电池内短路异常的方法

Info

Publication number: CN110927589B
Application number: CN201911251824.5A
Authority: CN
Inventors: 于海彬; 许少辉
Original assignee: Tianjin EV Energies Co Ltd
Current assignee: Tianjin EV Energies Co Ltd
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2039-12-09
Also published as: CN110927589A

Abstract

本发明提供了一种在线监控电池内短路异常的方法，所述方法包括如下内容：1)对锂电池进行首次充电，并实时采集所述锂电池两端的电压数据；2)对初始静态电压进行监控分析，判断初始静态电压是否小于等于常数A值，若是则停止对锂电池进行充电；3)对动态电压进行监控分析，统计和分析充电不同电量时的动态电压值和区间化电压增量，识别反馈异常电压行为，若发现异常则停止对锂电池进行充电。本发明针对电池首次充电过程，在线监控和分析其静态电压及动态电压行为，进而识别和反馈内短路异常隐患电池位置，并迅速将对应电池充电停止控制，从而避免电池热失控着火安全事故发生，为安全生产提供有效保障。

Description

一种在线监控电池内短路异常的方法

技术领域

本发明属于电池内短路检测技术领域，尤其是涉及一种在线监控电池内短路异常的方法。

背景技术

锂离子软包电池具有安全性能好、重量轻、容量高、能量密度大、内阻小、设计灵活等优点。随着新能源汽车的爆发式发展，以及新能汽车对动力电池能量密度的需求和政策驱动，软包动力电池凭借自身高能量密度和高安全性优势，迅速发展并应用于新能源汽车领域，软包动力电池市场占有率持续升高。

锂离子软包动力电池，在生产过程首次充电活化时，由于电池内部隔膜打折、破损或隔膜击穿、孔洞等缺陷，将会导致电池内部局部放电放出大量热量，当热量释放过快过多时，将导致SEI膜分解及活性物质副反应等进一步放热反应，导致热失控着火安全事故，对充放电设备造成损伤，甚至造成厂房损坏、人身安全等更大的财产损失。因此，及时识别内短路异常电池并有效控制充电过程，对生产安全保障有着重大的意义。

当前锂离子电池充电设备，普遍的，在软件编写时设置了电池充电电压上限及容量上限的保护参数，避免出现电池过充的问题；也增加了电池在充电过程电压下降的保护设置功能，用于识别电池内部短路导致的电压迅速降低情况。

由于电池内部短路的程度存在较大的差异，正负极片直接接触或间接接触电子导通的漏电流大小存在差异，当前的常规保护参数不能有效识别和控制，导致众多电池生产工厂在首次充电工序都存在电池充电热失控着火的隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种在线监控电池内短路异常的方法，在首次充电过程，通过在线监控电池电压状态以及电压变化曲线，在线分析识别内短路异常隐患电池。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种在线监控电池内短路异常的方法，所述方法包括如下内容：

1)对锂电池进行首次充电，并实时采集所述锂电池两端的电压数据；

2)对初始静态电压进行监控分析，判断初始静态电压是否小于等于常数A值，若是则停止对锂电池进行充电；

3)对动态电压进行监控分析，统计和分析充电不同电量时的动态电压值和区间化电压增量，识别反馈异常电压行为，若发现异常则停止对锂电池进行充电。

进一步的，常数A＝该模块的初始静态电压的分布中值-(4δ～6δ)，δ为统计该型号100个模块初始静态电压分布标准差的中值，通过后台分析并进行设定。每个模块的判定标准常数A是随该模块初始静态电压分布中值而浮动的。其中，一个模块是指设备中同时进行充放电的一个独立单元，电池数量一般为36-96pcs之间。。

进一步的，统计和分析充电不同电量时的动态电压值和区间化电压增量，具体为判断动态电压是否满足如下条件：

V2＞B，V3＞C，C1＞△V1＞C2，V4＞D，D1＞△V2＞D2，V5＞E，E1＞△V3＞E2；

其中，充电第一百分比SOC时动态电压记为V2，充电第二百分比SOC时动态电压记为V3，区间电压增量V3-V2记为△V1，充电第三百分比SOC时动态电压记为V4，区间电压增量V4-V3记为△V2，充电第四百分比SOC时动态电压记为V5，区间电压增量V5-V4记为△V3；

B、C、D、E均为常数，分别为该模块所有动态电压V2、V3、V4、V5整体数据分布的5±1δ下限，即为模块数据中值-(4δ～6δ)，δ为统计该型号100个模块对应充电状态动态电压分布标准差的中值，通过后台分析并进行设定。每个模块的判定标准常数是随该模块动态电压分布中值而浮动的。C1、C2、D1、D2、E1、E2均为常数，分别为该模块所有区间电压增量△V1、△V2、△V3整体数据分布的5±1δ上限和5±1δ下限，即模块数据中值±(4δ～6δ)，δ为统计该型号100个模块对应区间电压增量分布标准差的中值，通过后台分析并进行设定。每个模块的判定标准常数是随该模块动态电压分布中值而浮动的。；

B、C、D、E、C1、C2、D1、D2、E1、E2均为常数，与对应模块相对应，不同模块之间的常数实时计算更新。

进一步的，在充电过程中，电压降低或者恒压充电过程中电流升高的幅度超过一定百分比时，均停止对电池充电。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明针对电池首次充电过程，尤其是充电初期(10％SOC以内)，在线监控和分析其静态电压及动态电压行为，动态电压行为包括动态电压值和区间化动态电压增量，进而识别和反馈内短路异常隐患电池位置，并迅速将对应电池充电停止控制，从而避免电池热失控着火安全事故发生，为安全生产提供有效保障。

(2)本发明在静态电压及动态电压行为监控分析时，采用模块化整体数据分布分析，并以5±1δ作为上下限控制标准，来识别和反馈电池电压异常行为，不同模块之间排异标准实时计算更新，并在一定范围内轻微浮动变化，充分体现了一致性控制思路。

(3)本发明在充电过程中电压降低、恒压充电过程中电流升高，幅度超过0.5％均自动将对应电池充电流程停止，禁止继续充电并进行最终排异。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例首次充电过程在线监控电压-SOC曲线(SOC：0％～30％区间，电压：0～4V区间)；

图2为本发明实施例首次充电过程在线监控电压-SOC曲线(SOC：0％～6％区间，电压：1～3.5V区间)。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的实施例中所提到的：

内短路，是指电池内部发生正负极片发生直接接触或导电异物间接导通接触，正负极之间在内部实现电子导通。

活化，是指电池首次充电激活过程，电池内部化学体系反应，在极片表面生成SEI膜，首次将电能转变为电池内部化学能的过程。

SOC，又称荷电状态，是指电池带电量，充电容量与电池自身容量的比值。

模块：是指设备中同时进行充放电的一个独立单元，电池数量一般为36-96pcs之间。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例一种在线监控电池内短路异常的方法，针对电池首次充电过程，在线监控和分析其静态电压及动态电压行为，进而反馈内短路异常隐患电池位置，并进行迅速充电停止控制，如图1、2所示为本发明首次充电过程在线监控电压行为曲线。

通常的，静态电压及动态电压行为异常表现如下：

(1)初始静态电压监控分析。

初始静态电压(记为V1)需要满足：V1＞A，其中A为常数，一般在0.15±0.05V范围内，具体值主要受电池设计正负极体系及电解液配方影响。

优选的，可以按照对应体系型号初始静态电压V1分布5±1δ下限设定，即A＝初始静态电压V1分布中值-(4δ～6δ)，δ为统计该电池所属型号100个模块初始静态电压分布标准差的中值，通过后台分析并进行设定。每个模块的判定标准常数A是随该模块初始静态电压分布中值而浮动的。其中，一个模块是指设备中同时进行充放电的一个独立单元，电池数量一般为36-96pcs之间。

当静态初始电压V1≤A时，设备自动将对应电池充电流程停止，禁止充电并进行最终排异。

(2)充电过程动态电压监控分析。

通常的，电池首次充电时采用阶梯式电流递增充电模式，起始电流阶梯在0.05C～0.1C范围内。

监控和分析动态电压行为，需统计和分析充电不同电量时的动态电压值和区间化电压增量，识别反馈异常电压行为。

在充电初期，电压在1.0V～3.0V之间，电池内部金属异物在该电位区间内发生氧化反应，或内部隔膜打折破损等局部电子交换，导致电压增量降低，因此充电初期电压行为可以识别隐患电池。

优选的，充电0.1％SOC时动态电压(记为V2)、充电1％SOC时动态电压(记为V3)及第一区间电压增量(记为△V1＝V3-V2)、充电2％SOC时动态电压(记为V4)及第二区间电压增量(记为△V2＝V4-V3)、充电5％SOC时动态电压(记为V5)及第三区间电压增量(记为△V3＝V5-V4)。

动态电压需要满足以下条件：V2＞B，V3＞C，C1＞△V1＞C2，V4＞D，D1＞△V2＞D2，V5＞E，E1＞△V3＞E2。

其中，B、C、D、E均为常数，分别为该模块(36～96pcs)所有动态V2、V3、V4、V5整体数据分布的5±1δ下限(即：模块数据中值-(4δ～6δ)，δ为统计该电池所属型号100个模块动态电压分布标准差的中值，通过后台分析并进行设定。每个模块的判定标准是随该模块动态电压分布中值而浮动的。C1、C2、D1、D2、E1、E2均为常数，分别为该模块(36～96pcs)所有区间△V1、△V2、△V3整体数据分布的5±1δ上限和5±1δ下限(即：模块数据中值±(4δ～6δ)，δ为统计该型号100个模块区间电压增量分布标准差的中值，通过后台分析并进行设定。每个模块的判定标准是随该模块动态电压及区间电压增量分布中值而浮动的。

B、C、D、E、C1、C2、D1、D2、E1、E2均为常数，与对应模块相对应，不同模块之间常数实时计算更新，并在一定范围内轻微浮动变化，进行一致性排异。

当充电过程电压行为超出规格范围时，设备自动将对应电池充电流程停止，禁止继续充电并进行最终排异。

根据不同体系的差异，在充电初期10％SOC范围内也可进行适当调整动态电压监控分析位置，从而通过电压行为实现异常电池的识别和控制。

同时，充电过程中电压降低、恒压充电过程中电流升高，幅度超过0.5％均自动将对应电池充电流程停止，禁止继续充电并进行最终排异。

本发明方法在首次充电过程，通过在线监控电池电压状态以及电压变化曲线，在线分析识别内短路异常隐患电池，并迅速完成对应电池充电停止操作，从而避免电池热失控着火安全事故发生，为安全生产提供有效保障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种在线监控电池内短路异常的方法，其特征在于，所述方法包括如下内容：

3)对动态电压进行监控分析，统计和分析充电不同电量时的动态电压值和区间化电压增量，识别反馈异常电压行为，若发现异常则停止对锂电池进行充电；

统计和分析充电不同电量时的动态电压值和区间化电压增量，具体为判断动态电压是否满足如下条件：

B、C、D、E均为常数，分别为该电池所属模块所有动态电压V2、V3、V4、V5整体数据分布的5±1δ下限，即为模块数据中值-(4δ～6δ)，δ为统计该电池所属型号若干个模块对应充电状态动态电压分布标准差的中值，通过后台分析并设定，每个模块的判定标准是随该模块动态电压分布中值而浮动的；C1、C2、D1、D2、E1、E2均为常数，分别为该模块所有区间电压增量△V1、△V2、△V3整体数据分布的5±1δ上限和5±1δ下限，即模块数据中值±(4δ～6δ)，δ为统计该电池所属型号若干个模块对应各个区间电压增量分布标准差的中值，每个模块的判定标准是随该模块区间动态电压增量分布中值而浮动的，其中，一个模块是指设备中同时进行充放电的一个独立单元；

2.根据权利要求1所述的一种在线监控电池内短路异常的方法，其特征在于：常数A＝电池所属模块的初始静态电压的分布中值-(4δ～6δ)，δ为统计该电池所属型号若干个模块初始静态电压分布标准差的中值，每个模块的判定标准常数A是随该模块初始静态电压分布中值而浮动的，其中，一个模块是指设备中同时进行充放电的一个独立单元。

3.根据权利要求1所述的一种在线监控电池内短路异常的方法，其特征在于：在充电过程中，电压降低或者恒压充电过程中电流升高的幅度超过一定百分比时，均停止对电池充电。