[发明专利]基于SOC相关系数的串联锂电池组早期内短路在线检测方法

说明书

本发明提供了一种基于SOC相关系数的串联锂电池组早期内短路在线检测方法，用于对电动汽车中串联锂电池组的内短路故障进行预警，包括以下步骤：步骤1，通过电动汽车的电池管理系统实时采集串联锂电池组中各单体电池的电压、电池组总电流及温度，并通过SOC估计算法对各单体电池的SOC值进行估计；步骤2，通过移动窗口的方式计算第n个单体电池与相邻两个单体电池在固定时间域内的SOC相关系数r_n‑1,n和r_n,n+1；步骤3，将SOC相关系数r_n‑1,n和r_n,n+1与设定的阈值r_thr进行比较，当第n个单体电池与相邻两个单体电池的SOC相关系数r_n‑1,n和r_n,n+1在同一时刻均小于阈值r_thr时，判断该单体电池发生了内短路，电池管理系统进行内短路警报。

技术领域

本发明属于电池安全管理领域，具体涉及一种基于SOC相关系数的串联锂电池组早期内短路在线检测方法。

背景技术

随着能源与环境问题的日益突出，新能源汽车的蓬勃发展已成为必然的趋势。锂离子电池由于其在能量密度、功率密度以及自放电率等方面的优势，被广泛应用于电动汽车与储能行业。为了满足电动汽车的续航里程需求，许多电池厂都追求更大容量的电池，通过向电池中填充更多的活性材料可以满足这一目的，但这将导致锂离子电池更容易出现内短路故障。近年来发生了多起由于内短路而引发的锂离子电池安全事故。2013年，波音787发生动力电池组起火事故，事故起因是某一电池单体发生内短路导致电池组起火；2016年，三星Note7手机发生大范围爆炸事故，事后经过调查，发现该款电池的负极材料受挤压导致析锂，锂枝晶刺穿隔膜后形成内短路。内短路极有可能引起热失控，但内短路具有很长的潜伏期。因此，早期对内短路的有效诊断对提高锂电池的安全性具有重大意义。

为了实内短路的在线辨识，研究者们基于内短路对锂离子电池电化学特性与热特性的影响提出了许多早期内短路检测算法。综合来说，现有内短路检测方法可以分为4类：(1)基于对串联电池组单体电压的比较。将实测电压与模型预测电压进行比较，当电压低于预测值到一定程度则判断发生内短路。但是汽车上所采集的电压信号受到传感器精度的影响，具有较大的噪声，因此这种直接通过比较实测电压数据的方法需要设定较大的阈值以防止误报，而设置较大的阈值则意味着内短路的程度加大或检测时间延长。(2)基于串联电池组一致性的比较。通过计算一段时间内电池的漏电量来计算内短路电阻。目前这种基于串联电池组一致性的内短路检测方法已经比较成熟，基本能在一定时间内检测出100欧及以下的内短路。但是当内短路阻值为100欧时，其短路电流很小，要达到算法能够辨识的程度需要较长的时间。(3)基于漏电量的比较。通过计算一段时间内电池的漏电量来计算内短路电阻。(4)基于电池间剩余充电电量变化的内短路检测方法，以串联电池组中第一个充满的电池为基准，计算在达到充电截止电压时，其他电池的剩余充电量，通过比较各单体连续两次剩余充电电量变化来检测内短路。该方法无需建立模型就能够准确检测出内短路并进行量化，大大减少BMS的计算与储存空间，但是该方法的一个缺陷是仅在充电工况起作用，且受用户充电习惯的影响。(5)基于特殊电路结构的比较。采用一种环形对称的电路结构，通过比较流经某一支路的电流的比值求得内短路阻值。该方法能够实现并联电池组的内短路检测，并把检测时间由小时提升到了秒级。但是由于采用了特殊的电路结构，在应用时可能会导致成本过高，而且该方法对电流的采样精度在动态工况下无法满足。

可以看出，目前锂电池内短路检测方法大多是基于特定工况，有些不能检测早期的内短路或者检测时间非常长，有些由于计算复杂不适合在线计算。因此，提出一种适合在线使用的锂电池早期内短路快速检测方法至关重要。

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SOC相关系数的串联锂电池组早期内短路在线检测方法。