CN112782587A - 一种动力电池单体异常变化检测方法及*** - Google Patents
一种动力电池单体异常变化检测方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种动力电池单体异常变化检测方法，包括：建立单体动态数据采集模型，实时采集单体电芯的电压数据；根据采集的电压数据得到最高单体电压和最低单体电压；获取充放电过程电压曲线，根据充电和放电过程分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率；将得到的最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率与设定阈值比较，判断单体电芯是否存在异常变化。建立单体采集模型，识别最高单体电压，最低单体电压，在车辆运行或充电过程中进行实时跟踪变化情况，并根据单体电压变化进行相应的处理。能够快速检测并有效识别单体电芯可能出现的异常情况。
Description
技术领域
本发明属于动力电池检测技术领域，具体地涉及一种动力电池单体异常变化检测方法及***。
背景技术
随着新能源技术的大力发展，动力电池在各领域的应用越来越多，也广泛应用在新能源车辆上，动力电池的安全性越发重要。目前新能源车出现较多的安全事故上主要体现在充电上，动力电池出现过充，动力电池被刺破，电芯出现胀气、鼓包、漏液等现象，引起动力电池***出现热失控和热扩散导致车辆自燃，造成重大经济损失。此外在电池持续放电过程中单体电压出现异常下降的情况，也会出现上述问题。目前对防止动力电池出现过充的处理手段主要是通过检测动力电池最高单体电压的进行处理，检测方式单一，考虑不够全面，另外在非充电状态下也要尽可能被识别，防止动力电池在非健康情况下继续使用。
在针对动力电池管理***设计检测方法时要对单体电芯可能出现的异常情况能够快速检测并有效识别出来，避免异常情况进一步恶化，造成单体电芯出现损坏从而引发的一系列安全事故。
公告号为CN 111208445 A的专利公开了一种动力电池异常单体识别方法，包括：根据车辆工况数据集生成异常判断阈值；接收单体车辆工况数据，通过单体车辆工况数据以及异常判断阈值判断单体车辆的电池单体状态；通过单体车辆工况数据更新车辆工况数据集，根据更新后的车辆工况数据集更新异常判断阈值。其仅仅通过电池单体电压数据计算电池单体异常指标，通过所述电池单体异常指标和所述异常判断阈值判断电池单体是否存在异常，没有结合充放电不同阶段进行综合判断。无法有效的识别单体电芯可能出现的异常情况，无法锁定单体的位置。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种动力电池单体异常变化检测方法及***，建立单体采集模型，从电池***内所有单体电芯中识别出最高单体电压，最低单体电压，同时识别出最高单体所处位置，最低单体所处位置，根据已识别出的电池单体信息，在车辆运行或充电过程中进行实时跟踪变化情况，并根据单体电压变化进行相应的处理。能够快速检测并有效识别单体电芯可能出现的异常情况。
本发明的技术方案是：
一种动力电池单体异常变化检测方法，包括以下步骤：
S01：建立单体动态数据采集模型，实时采集单体电芯的电压数据；
S02：根据采集的单体电芯的电压数据得到最高单体电压和最低单体电压；
S03：获取充电和放电过程电压曲线，根据充电和放电过程分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率；
S04：将得到的最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率与设定阈值比较，判断单体电芯是否存在异常变化。
优选的技术方案中，所述步骤S01中通过电池管理***采集动力电池***内的单体电芯的电压，建立单体动态数据采集模型为：V=OCV+Ii×R，并设定窗口范围；
其中，V为动态电压、OCV为开路电压、Ii为动态电流、R为内阻。
优选的技术方案中，所述步骤S03中，根据充电和放电过程曲线得到电流、单体电压及路谱，若判断为行车放电，根据电流方向判断放电或回电，根据放电或回电分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率。
优选的技术方案中，所述步骤S04中判断单体电芯是否存在异常变化包括：
充电过程中，若最高单体电压变化小于0或最低单体电压变化小于0或单体最高电压变化率小于0或单体最低电压变化率小于0，判断单体电芯处于非健康状态，停止充电；反之判断单体电芯处于健康状态；
在行车放电过程中，若最高单体电压变化和最低单体电压变化小于等于0，最高单体电压变化和最低单体电压变化的压差小于设定值，且对应最高、最低单体电压变化率小于设定值，判断单体电芯处于健康状态，否则判断处于非健康状态，控制停止运行；
在行车回电过程中，若最高单体电压变化和最低单体电压变化大于等于0，且对应最高、最低单体电压变化率小于设定值，判断单体电芯处于健康状态，否则判断处于非健康状态，控制停止运行。
优选的技术方案中，所述步骤S02中还包括获取最高单体电压和最低单体电压的初始单体电芯位置，所述步骤S03在充放电过程中，实时获取最高单体电压和最低单体电压的单体电芯位置，与初始单体电芯位置比较，若不相同，则将该单体电芯的电压与阈值比较，若小于阈值，则，判断该单体电芯异常。
本发明还公开了一种动力电池单体异常变化检测***，包括：
单体动态数据采集模型建立模块，建立单体动态数据采集模型，实时采集单体电芯的电压数据；
计算获取模块，根据采集的单体电芯的电压数据得到最高单体电压和最低单体电压；
参数计算模块，获取充电和放电过程电压曲线，根据充电和放电过程分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率；
异常判断模块，将得到的最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率与设定阈值比较，判断单体电芯是否存在异常变化。
优选的技术方案中，所述单体动态数据采集模型建立模块中通过电池管理***采集动力电池***内的单体电芯的电压，建立单体动态数据采集模型为：V=OCV+Ii×R，并设定窗口范围；
其中，V为动态电压、OCV为开路电压、Ii为动态电流、R为内阻。
优选的技术方案中，所述参数计算模块中，根据充电和放电过程曲线得到电流、单体电压及路谱，若判断为行车放电，根据电流方向判断放电或回电，根据放电或回电分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率。
优选的技术方案中，所述异常判断模块中判断单体电芯是否存在异常变化包括：
充电过程中，若最高单体电压变化小于0或最低单体电压变化小于0或单体最高电压变化率小于0或单体最低电压变化率小于0，判断单体电芯处于非健康状态，停止充电；反之判断单体电芯处于健康状态；
在行车放电过程中，若最高单体电压变化和最低单体电压变化小于等于0，最高单体电压变化和最低单体电压变化的压差小于设定值，且对应最高、最低单体电压变化率小于设定值，判断单体电芯处于健康状态，否则判断处于非健康状态，控制停止运行；
在行车回电过程中，若最高单体电压变化和最低单体电压变化大于等于0，且对应最高、最低单体电压变化率小于设定值，判断单体电芯处于健康状态，否则判断处于非健康状态，控制停止运行。
优选的技术方案中，所述计算获取模块还包括获取最高单体电压和最低单体电压的初始单体电芯位置，所述参数计算模块在充放电过程中，实时获取最高单体电压和最低单体电压的单体电芯位置，与初始单体电芯位置比较，若不相同，则将该单体电芯的电压与阈值比较，若小于阈值，则，判断该单体电芯异常。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、建立单体采集模型，从电池***内所有单体电芯中识别出最高单体电压Vmax，最低单体电压Vmin，同时识别出最高单体所处位置N1，最低单体所处位置N2，根据已识别出的电池单体信息，在车辆运行或充电过程中进行实时跟踪变化情况，并根据单体电压变化进行相应的处理。能够快速检测并有效识别单体电芯可能出现的异常情况。
2、从动态电压采集模型中，对***中所有单体电压数据进行采集，在充放电过程中，如果出现非最高、最低单体电压异常变化，并进行充分的识别和确认后锁定单***置。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明动力电池单体异常变化检测***的原理框图；
图2为本发明动力电池单体异常变化检测方法的流程图；
图3为本发明动力电池单体电压检测***框图；
图4为充电过程中未采取单体异常保护的数据示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1所示，一种动力电池单体异常变化检测***，基于电池管理***对电池***内的各电池单体的电压采集，建立单体采集模型，从电池***内所有单体电芯中识别出最高单体电压Vmax，最低单体电压Vmin，同时识别出最高单体所处位置N1，最低单体所处位置N2，根据已识别出的电池单体信息，在车辆运行或充电过程中进行实时跟踪变化情况，并根据单体电压变化进行相应的处理。具体包括以下步骤：
单体动态数据采集模型建立模块，建立单体动态数据采集模型，实时采集单体电芯的电压数据；
计算获取模块，根据采集的单体电芯的电压数据得到最高单体电压和最低单体电压；
参数计算模块，获取充电和放电过程电压曲线，根据充电和放电过程分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率；
异常判断模块，将得到的最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率与设定阈值比较，判断单体电芯是否存在异常变化。
另一实施例中，如图2所示，一种动力电池单体异常变化检测方法，包括以下步骤：
S01：建立单体动态数据采集模型，实时采集单体电芯的电压数据；
S02：根据采集的单体电芯的电压数据得到最高单体电压和最低单体电压；
S03：获取充电和放电过程电压曲线，根据充电和放电过程分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率；
S04：将得到的最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率与设定阈值比较，判断单体电芯是否存在异常变化。
如图3所示，步骤S01中通过电池管理***采集动力电池***内的单体电芯的电压，建立单体动态数据采集模型为：V=OCV+Ii×R，并设定窗口范围；
其中，V为动态电压、OCV为开路电压、Ii为动态电流、R为内阻。
步骤S02中根据采集单体电压数据识别出最高单体电压Vmax，最低单体电压Vmin，并获取最高、最低单体所处位置N1、N2，并存储，获取的最高、最低单体电压进行实时更新。
步骤S03中，根据充电和放电过程电压曲线得到电流、单体电压及路谱，若判断为行车放电，根据电流方向判断放电或回电，根据放电或回电分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率。
在持续充电过程中，根据充电电流的变化，判断***充电电流是否趋于稳定，还是单体电压在逐渐上升。在单位时间内Δt，最高单体电压由V1变成V2，最低单体电压由V3变成V4，并根据所得数据进行计算：得出最高单体电压变化：ΔVmax=V2-V1，最低单体电压变化：ΔVmin=V4-V3，单体最高电压变化率=ΔVmax/Δt，单体最低电压变化率=ΔVmin/Δt，从而获得变化窗口。
在行车过程中，由于行车有放电和回馈，不能单一根据固定条件进行判断，需要有所区分，因此采集单体电压在单位时间内Δt，最高单体电压由Vd1变成Vd2体电压由Vd3变成Vd4，并判断电流方向，I1为放电、I2为回电，判断计算条件：
1、经有I1电流判断放电情况下，ΔVdmax=Vd2-Vd1，最低单体电压变化：ΔVdmin=Vd4-Vd3，单体最高电压变化率=ΔVdmax/Δt，单体最低电压变化率=ΔVdmin/Δt；
2、经有I2电流判断回电情况下，ΔVdmax=Vd2-Vd1，最低单体电压变化：ΔVdmin=Vd4-Vd3，单体最高电压变化率=ΔVdmax/Δt，单体最低电压变化率=ΔVdmin/Δt；
根据以上电流判断条件，获得单体变化窗口。
步骤S04中判断单体电芯是否存在异常变化包括：
充电过程中，若最高单体电压变化小于0或最低单体电压变化小于0或单体最高电压变化率小于0或单体最低电压变化率小于0，判断单体电芯处于非健康状态，停止充电；反之判断单体电芯处于健康状态；
在行车放电过程中，若最高单体电压变化和最低单体电压变化小于等于0，最高单体电压变化和最低单体电压变化的压差小于设定值，且对应最高、最低单体电压变化率小于设定值，判断单体电芯处于健康状态，否则判断处于非健康状态，控制停止运行；
在行车回电过程中，若最高单体电压变化和最低单体电压变化大于等于0，且对应最高、最低单体电压变化率小于设定值，判断单体电芯处于健康状态，否则判断处于非健康状态，控制停止运行。
步骤S02中还包括获取最高单体电压和最低单体电压的初始单体电芯位置，步骤S03在充放电过程中，实时获取最高单体电压和最低单体电压的单体电芯位置，与初始单体电芯位置比较，若不相同，则将该单体电芯的电压与阈值比较，若小于阈值，则，判断该单体电芯异常。
具体的，根据计算已获得的变化窗口值进行判断单体电压变化情况，并进行相关处理：
1、根据所得到单体电压变化窗口值进行判断处理，插枪充电过程中由于能量传递进入动力电池，因此得出，充电过程ΔVmax、ΔVmin，以及对应的电压变化率都应为正值，否则判断电池处于非健康状态，立即停止充电，并进行故障问题排查；
2、在行车放电过程中，经判断电池***处理能量输出阶段，瞬间出现大脉冲电流，当ΔVdmax≤0，ΔVdmin≤0，即压差小于设定值，且对应最高、最低单体变化率小于设定值，判断处于健康状态，否则判断单体电芯处于非健康状态，控制停止运行，并进行故障问题排查；
3、在行车回电过程中，经判断电池***处于能量回馈阶段，出现大脉冲回馈电流，当ΔVdmax≥0，ΔVdmin≥0，且最高、最低单体变化率小于设定值，判断处于健康状态，否则判断电池处于非健康状态，控制停止运行，并进行故障问题排查；
4、在充放电过程中，根据***上电初始获得最高、最低单体的电压和位置进行比较，如果出现其他位置单体电压突然变成最高或最低，且低于严重故障设定值，则判断该单体异常，立即停止充放电，并进行故障问题排查。
如图4所示，一个充电过程中最高单体在缓慢上升，最低单体在缓慢上升后开始下降，后突然直接跌落，由于没有采用单体异常判断从而引发了电芯的热失控，根据图中数据所示，如果采用了单体异常检测判断的方法，在最低单体刚出现下降过程立即采取相应的处理措施即可以避免后面的单体电压突然跌落，同时也可以避免热失控的出现。
在处理单体异常时，根据当前电流方向判断车辆动力电池处于何种运行模式，采集当前所有单体电压，计算单体电压的变化值ΔV，电压变化率ΔV/Δt，根据计算的结果情况来判断，当前动力电池是否有异常，以便能够尽早识别，并处理。
从单体异常检测方法，在同样电流条件下，通过单体电压的变化值ΔV，可以识别出动力电池***中单体的容量、内阻差异，相同电流下ΔV变化的越快说明单体的容量越低、内阻越大，电池管理***把相关数据进行存储，在进行单体异常时判断时作为基础数据进行比较分析。
根据建立单体动态数据采集模型，也可以从数据分析当前动力电池的一致性，当前环境下，动力电池的一致性是否处于较好的水平。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种动力电池单体异常变化检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：建立单体动态数据采集模型，实时采集单体电芯的电压数据；
S02：根据采集的单体电芯的电压数据得到最高单体电压和最低单体电压；
S03：获取充电和放电过程电压曲线，根据充电和放电过程分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率；
S04：将得到的最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率与设定阈值比较，判断单体电芯是否存在异常变化。
2.根据权利要求1所述的动力电池单体异常变化检测方法，其特征在于，所述步骤S01中通过电池管理***采集动力电池***内的单体电芯的电压，建立单体动态数据采集模型为：V=OCV+Ii×R，并设定窗口范围；
其中，V为动态电压、OCV为开路电压、Ii为动态电流、R为内阻。
3.根据权利要求1所述的动力电池单体异常变化检测方法，其特征在于，所述步骤S03中，根据充电和放电过程电压曲线得到电流、单体电压及路谱，若判断为行车放电，根据电流方向判断放电或回电，根据放电或回电分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率。
4.根据权利要求1所述的动力电池单体异常变化检测方法，其特征在于，所述步骤S04中判断单体电芯是否存在异常变化包括：
充电过程中，若最高单体电压变化小于0或最低单体电压变化小于0或单体最高电压变化率小于0或单体最低电压变化率小于0，判断单体电芯处于非健康状态，停止充电；反之判断单体电芯处于健康状态；
在行车放电过程中，若最高单体电压变化和最低单体电压变化小于等于0，最高单体电压变化和最低单体电压变化的压差小于设定值，且对应最高、最低单体电压变化率小于设定值，判断单体电芯处于健康状态，否则判断处于非健康状态，控制停止运行；
在行车回电过程中，若最高单体电压变化和最低单体电压变化大于等于0，且对应最高、最低单体电压变化率小于设定值，判断单体电芯处于健康状态，否则判断处于非健康状态，控制停止运行。
5.根据权利要求1所述的动力电池单体异常变化检测方法，其特征在于，所述步骤S02中还包括获取最高单体电压和最低单体电压的初始单体电芯位置，所述步骤S03在充放电过程中，实时获取最高单体电压和最低单体电压的单体电芯位置，与初始单体电芯位置比较，若不相同，则将该单体电芯的电压与阈值比较，若小于阈值，则，判断该单体电芯异常。
6.一种动力电池单体异常变化检测***，其特征在于，包括：
单体动态数据采集模型建立模块，建立单体动态数据采集模型，实时采集单体电芯的电压数据；
计算获取模块，根据采集的单体电芯的电压数据得到最高单体电压和最低单体电压；
参数计算模块，获取充电和放电过程电压曲线，根据充电和放电过程分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率；
异常判断模块，将得到的最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率与设定阈值比较，判断单体电芯是否存在异常变化。
7.根据权利要求6所述的动力电池单体异常变化检测***，其特征在于，所述单体动态数据采集模型建立模块中通过电池管理***采集动力电池***内的单体电芯的电压，建立单体动态数据采集模型为：V=OCV+Ii×R，并设定窗口范围；
其中，V为动态电压、OCV为开路电压、Ii为动态电流、R为内阻。
8.根据权利要求6所述的动力电池单体异常变化检测***，其特征在于，所述参数计算模块中，根据充电和放电过程电压曲线得到电流、单体电压及路谱，若判断为行车放电，根据电流方向判断放电或回电，根据放电或回电分别计算得到最高单体电压变化、最低单体电压变化、单体最高电压变化率和单体最低电压变化率。
9.根据权利要求6所述的动力电池单体异常变化检测***，其特征在于，所述异常判断模块中判断单体电芯是否存在异常变化包括：
充电过程中，若最高单体电压变化小于0或最低单体电压变化小于0或单体最高电压变化率小于0或单体最低电压变化率小于0，判断单体电芯处于非健康状态，停止充电；反之判断单体电芯处于健康状态；
在行车放电过程中，若最高单体电压变化和最低单体电压变化小于等于0，最高单体电压变化和最低单体电压变化的压差小于设定值，且对应最高、最低单体电压变化率小于设定值，判断单体电芯处于健康状态，否则判断处于非健康状态，控制停止运行；
在行车回电过程中，若最高单体电压变化和最低单体电压变化大于等于0，且对应最高、最低单体电压变化率小于设定值，判断单体电芯处于健康状态，否则判断处于非健康状态，控制停止运行。
10.根据权利要求6所述的动力电池单体异常变化检测***，其特征在于，所述计算获取模块还包括获取最高单体电压和最低单体电压的初始单体电芯位置，所述参数计算模块在充放电过程中，实时获取最高单体电压和最低单体电压的单体电芯位置，与初始单体电芯位置比较，若不相同，则将该单体电芯的电压与阈值比较，若小于阈值，则，判断该单体电芯异常。
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