[發(fā)明專(zhuān)利]低溫工況導(dǎo)致電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)短路故障的在線監(jiān)測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110160692.6
• 申請(qǐng)日: 2021-02-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112946522A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖先勇;陳智凡;汪穎;鄭子萱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/52
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/52;G01R31/385;G01R31/367;G01R31/396;G01R31/392
• 代理公司: 成都禾創(chuàng)知家知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51284
• 代理人: 劉凱

本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫工況導(dǎo)致電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)短路故障的在線監(jiān)測(cè)方法，首先建立鋰電池內(nèi)短路等效模型來(lái)模擬鋰電池內(nèi)短路時(shí)電壓隨電流負(fù)荷變化的瞬態(tài)響應(yīng)，然后基于鋰電池化學(xué)原理分析低溫工況下鋰電池內(nèi)短路故障的典型過(guò)程與干擾因素，計(jì)算電池單體間的相關(guān)系數(shù)，再確定低溫工況導(dǎo)致的內(nèi)短路曲線特征值，最后基于電池相關(guān)系數(shù)特征值統(tǒng)計(jì)所有內(nèi)短路頻次對(duì)鋰電池內(nèi)短路進(jìn)行安全狀態(tài)評(píng)估。本發(fā)明基于單體電芯的內(nèi)短路波形特征，利用移動(dòng)窗口濾波器以及主動(dòng)降噪方法提高精度，有效地實(shí)現(xiàn)鋰電池低溫內(nèi)短路的在線監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池管理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種低溫工況導(dǎo)致電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)短路故障的在線監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

基于鋰電池的移動(dòng)儲(chǔ)能單元能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)，已被廣泛用于電子產(chǎn)品(如手機(jī)、手表、微型計(jì)算機(jī))及各類(lèi)機(jī)電設(shè)備(電動(dòng)汽車(chē)、移動(dòng)儲(chǔ)能電站)，2022年北京冬奧會(huì)將首次引入鈦酸鋰-磷酸鐵鋰移動(dòng)式儲(chǔ)能車(chē)作為云頂賽區(qū)的應(yīng)急保障備用電源，戶(hù)外高寒條件對(duì)改型電源提出了更高的要求，其失效或故障會(huì)導(dǎo)致賽事中斷，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，甚至引發(fā)嚴(yán)重安全問(wèn)題。近年來(lái)已有數(shù)起安全事故與鋰離子電池相關(guān)，針對(duì)高寒環(huán)境下鋰離子電池安全狀態(tài)的研究是當(dāng)下熱點(diǎn)。

以往鋰離子電池安全狀態(tài)的研究主要集中于四種電氣故障：

(1)過(guò)充電(Over charge,OC):電池充電電壓超過(guò)其最大電壓閾值。

(2)過(guò)放電(Over discharge,OD):電池放電低于其最低電壓閾值。

(3)外部短路(External short circuit,ESC):電池放電電流大于最大放電電流，端電壓接近零，溫度迅速升高。

(4)內(nèi)部短路(Internal short circuit,ISC):電池內(nèi)部正負(fù)極短接或臨時(shí)短接，端電壓出現(xiàn)突降。

現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)(Battery management system，BMS)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池單體電壓，基本實(shí)現(xiàn)了電池單體過(guò)充/放電告警功能；通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組總電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)外部短路的監(jiān)測(cè)與告警；與過(guò)充/放電故障相比，短路故障通常有著更大的危害性，是引發(fā)安全事故的關(guān)鍵原因之一，但由于電池組通常是由成百上千個(gè)單體電芯串并聯(lián)而成，單體電芯內(nèi)部短路在電池組層面很難被準(zhǔn)確識(shí)別，其在線監(jiān)測(cè)方法仍然是目前亟待解決的問(wèn)題。

鋰離子電池內(nèi)短路是指鋰電池正負(fù)極銅、鋰等電極材料不斷堆積，穿過(guò)隔膜導(dǎo)致正負(fù)極短接。內(nèi)短路使得鋰電池內(nèi)部電流急劇升高，熱效應(yīng)增強(qiáng)，甚至發(fā)生熱失控，電池起火或爆炸。國(guó)內(nèi)外研究表明，零度以下低溫工況中由于鋰枝晶而引發(fā)的鋰電池內(nèi)短路事件占到有統(tǒng)計(jì)內(nèi)短路事件的80％以上。

現(xiàn)有的電池內(nèi)短路故障檢測(cè)方法一般采用參數(shù)估計(jì)設(shè)置內(nèi)短路閾值的方法，其技術(shù)方案如下：

首先建立鋰電池的完整電-熱-內(nèi)短路參數(shù)模型，將內(nèi)短路的故障問(wèn)題轉(zhuǎn)變成為電池內(nèi)部參數(shù)(如SOC、SOH與電池內(nèi)阻等)的估計(jì)問(wèn)題，通過(guò)電池單體電壓的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定疑似異常的“問(wèn)題電池”，將其余電池視為“正常電池”，通過(guò)比對(duì)“問(wèn)題電池”內(nèi)部參數(shù)偏離“正常電池”的程度，實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)短路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與定位。

現(xiàn)有技術(shù)建立了完整的鋰電池電化學(xué)模型，闡釋了內(nèi)短路的發(fā)生機(jī)理，能夠在內(nèi)短路早期就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但如果要對(duì)電池單體內(nèi)部參數(shù)開(kāi)展精確檢測(cè)，就只能采用離線檢測(cè)甚至破壞性實(shí)驗(yàn)的方法，檢測(cè)成本高，反應(yīng)速度慢，大多局限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，目前還沒(méi)有一個(gè)可行的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方案。