[发明专利]动力锂电池的内短路与漏液故障的在线监测与区分系统

说明书

本发明涉及动力锂电池的内短路与漏液故障的在线监测与区分系统。本发明包括电池采样模块与监控系统，其中监控系统包含一种利用电池包内各电芯的实时状态数据来判断电池内短路故障与漏液故障的算法；电池采样模块实时采集电池包中各单体电芯的实时状态数据，然后通过通信总线上传监控系统；监控系统将收集到的各实时状态数据进行处理，其包含了一种基于电池包内电芯单体电压一致性统计规律来进行故障表征量的提取方法，以及通过表征量来在线监测与区分电池的内短路故障与漏液故障的算法。本发明监测系统可以实时监控电池的单体故障，不用对电池单体进行拆卸检测，能够极大的节省人力物力，具有更高的实时性，做到故障早发现、早控制、早解决。

技术领域

本发明涉及动力锂电池的内短路与漏液故障的在线监测与区分系统，属于电力电子与动力锂电池的储能系统安全技术领域，特别涉及新能源汽车和大规模电力储能。

背景技术

电池内短路是电池自燃事故的主要原因之一。它是电池单体由于隔膜失效而导致正负极直接接触的现象。造成动力电池内短路的诱因主要分为三种，第一种为外部滥用造成的内短路，例如挤压、穿刺等机械滥用造成隔膜的形变和撕裂，过充电，过放电等电气滥用产生的枝晶刺穿隔，以及热滥用造成的高温使隔膜发生收缩和折叠。第二种是电池制造过程中因材料含有的金属杂质、环境中的粉尘、模切时产生的毛刺等问题导致电池缺陷。第三种是电池在应用过程中过于频繁地进行低温充电或充电电路过大导致负极表面析锂，从而导致内短路现象的发生。第二种和第三种情况产生的内短路之初比较轻微，不会立即触发热失控。

除此之外，电池老化造成的漏液和过热也是造成电池热失控而自燃的重要元凶。传统的液态有机电解质有机液体电解质由于其在锂离子电导率高的优势，几乎用于所有商用电池。液体电解质始终存在泄漏的风险，泄漏的原因可能是密封效果差、老化、过充、内压增加、物理损伤等；液体电解液的易燃性引发了安全隐患，可能造成外部短路等安全事故。

内短路和漏液故障作为电池自燃的主要成因，受到了各国学者的研究与重视。尤其是在新能源汽车和大规模电力储能的应用中，快速有效地在线监测出这两种故障，直接关系到电池安全。而在现有的监测技术中总体上有两方面的缺陷，一方面，目前业界的监测方案中没有考虑到电池组中带有的随机性误差，没有简便易行的表征量提取方法来过滤掉随机性误差带来的影响，从而可能导致误判，监测准确性不高。另一方面，目前的在线监测方案中还没有能够明确区分内短路故障与漏液故障的办法，没法对检测出来的故障问题进行对症下药，采取最好的故障控制手段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供动力锂电池的内短路与漏液故障的在线监测与区分系统，实时监控电池的性能指标，快速确定故障单体，以及故障单体的故障类型，大大提高大型动力电池储能系统运行的安全性。

本发明技术方案是：动力锂电池的内短路与漏液故障的在线监测与区分系统，包括电池采样模块与监控系统，其中监控系统包含一种利用电池包内各电芯的实时状态数据来判断电池内短路故障与漏液故障的算法；

所述电池采样模块实时采集电池包中各单体电芯的实时状态数据，然后通过通信总线上传监控系统；

所述监控系统将收集到的各实时状态数据进行处理，其包含了一种基于电池包内电芯单体电压一致性统计规律来进行故障表征量的提取方法，以及通过表征量来在线监测与区分电池的内短路故障与漏液故障的算法。

作为本发明的进一步方案，各实时状态数据包含：电池包电流、各单体电芯电压、电池包总电压、电池包温度。

作为本发明的进一步方案，所述电池采样模块将各实时状态数据汇总信息上传至监控系统，监控系统与预警系统通信。

作为本发明的进一步方案，通过表征量来在线监测与区分电池的内短路故障与漏液故障的算法的步骤为：

步骤一、从BMS数据流中获得各电芯单体实时状态数据；