[发明专利]一种锂离子电池短路与滥用故障的诊断及分离方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池短路与滥用故障的诊断及分离方法，其针对短路及滥用损伤两大类典型故障，充分考虑温度因素，提出了基于电池电、热模型的采用多模型估计与温度估计的在线故障诊断框架。能够在线获取关键故障信息，对多种故障进行有效检测与分离。本发明考虑了温度对电池内阻的影响，故障诊断及分离精度得到有效提高。通过引入热模型，电池的额外产热行为能够被有效检测，提示故障的发生，同时为内外短路的区分提供了依据。

技术领域

本发明涉及电池故障诊断与分离技术领域，具体涉及一种锂离子电池短路与滥用故障的诊断及分离方法。

背景技术

由于锂离子电池的制造缺陷或使用不良等多方面的原因，电池运行故障无法完全避免。若故障不能够被及时检测，将给电池系统的安全运行带来巨大风险。短路作为一种典型的电池故障，无论是内短路还是外短路，其造成的放热反应所积聚的热量都可能诱发热失控并危害周围其他单体。而由于制造不一致性及管理策略的缺陷，电池会遭遇不同程度的过充、过放等滥用情况。尽管滥用后电池仍能够继续运行，但其导致的电池不可逆损伤将带来诸多不良隐患。因此，为了保证锂离子电池安全使用，发展准确高效的锂离子电池故障诊断方法是必要的和有价值的。

现有技术中对电池故障诊断的方法主要分为两大类：无模型的方法和基于模型的方法。其中，无模型方法根据故障时电池特性的变化，通过监测电池电流、电压等变量并利用数据分析手段捕获故障信号。该方法虽然检测速度较快，但由于缺乏对电池工作机理的描述，较难实现故障分离。而基于模型的方法则需要构建解析模型用以准确描述电池的电学、热学等行为，通常结合参数辨识或状态估计手段实现故障诊断。同时，现有电池故障诊断技术还局限于仅针对单一类型的故障，缺乏对不同类型故障下电池特性差异的考虑，尚未形成相对完备的综合故障诊断框架以实现不同类型故障的诊断及分离。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于针对锂电池短路及滥用损伤两大类典型故障，充分考虑温度因素，实现关键故障信息的在线获取，对多种故障进行有效检测与分离。

本发明提供了一种锂离子电池短路与滥用故障的诊断及分离方法，主要分为步骤一至步骤二的离线准备阶段和步骤三至步骤四的在线故障诊断与分离阶段，其具体包括以下步骤：

步骤一、开展锂离子电池特性试验，获取电流、电压、温度等试验数据；进行锂离子电池滥用试验，获取滥用损伤后的电池样本；并同样对滥用损伤后的电池进行特性实验；

步骤二、选择适合的电池等效电路模型，利用步骤一获取的试验数据辨识得到多个分别对应于正常条件及不同滥用损伤条件下的等效电路模型；获取电池热物性参数，构建面向控制的电池热模型；

步骤三、基于辨识得到对应正常条件与不同滥用损伤条件的等效电路模型，估计电池开路电压并计算与不同故障对应模型的匹配概率；结合所述电池热模型计算与不同故障对应模型的温度残差信息；

步骤四、基于前述故障诊断信息，根据不同故障的差异特性，判断系统故障情况并进行分离。

进一步的、步骤一中所述的锂离子电池特性实验主要包括容量测试、开路电压测试(Open Circuit Voltage,OCV)、恒流放电测试、混合脉冲测试等建模所需的必要实验。

进一步地，步骤二中选择适合的电池等效电路模型为Rint模型、一阶RC模型、二阶RC模型等的任意一种；面向控制的电池热模型可为集中质量热模型、双层集总参数模型等的一种，所采集的电池热物性参数包括热容、热阻等。

进一步地，所述步骤三具体包括：

1)、根据测量得到的电池电流与端电压，基于前述步骤二中的等效电路模型使用滤波估计算法进行电池开路电压估计，同时计算端电压测量值与各模型估计值的残差；

2)、通过残差概率评价方法计算正常或故障下的模型的归一化匹配概率，输出电池开路电压估计值和各故障模型匹配概率；