[發明專利]一種基于弛豫過程的鋰離子電池內短路故障診斷方法

在審

• 申請號: 202211234609.6
• 申請日: 2022-10-10
• 公開（公告）號: CN115932611A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 毛磊;余昆;章恒
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01R31/3835
• 分類號: G01R31/3835;G01R31/389;G01R31/52
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

1.一種基于弛豫過程的鋰離子電池內短路故障診斷方法，其特征在于：通過比較內短路的故障電池與正常電池在弛豫過程中的電壓，來判斷被測電池是否發生內短路故障，并計算短路電阻大小以判斷故障的嚴重程度，具體包括如下步驟：

步驟1、建立極化與弛豫的關聯：所述極化的大小表示為過電位，過電位隨電流強度的增大而增大；所述弛豫是極化的逆過程，即電池結束充放電后，電池回到平衡電位的過程；電池一旦發生內部短路，短路電流消耗電能，電池荷電狀態SOC降低，引起電池電壓下降；通過分析電池放電后的電壓響應來識別ISC故障；

步驟2、分析內部短路故障電池的弛豫過程：

內部短路故障電池的弛豫過程和損耗過程均影響電池停止工作后的電壓，弛豫過程和損耗過程的影響是相互獨立的；在內部短路故障電池放電后，對內部短路故障電池的弛豫電壓V_FR和損耗電壓V_D求和，得到內部短路故障電池的電壓響應V_SC，如式(1)所示：

V_SC＝V_FR+V_D????????????????????(1)

式(1)中的損耗電壓V_D與短路電阻有關，用于評估電池的內部短路故障水平；短路電阻值減小，短路電流增大，荷電狀態進一步減小，使得損耗電壓V_D增加；

基于式(1)，損耗電壓V_D通過內部短路故障電池的電壓響應V_SC和弛豫電壓V_FR計算得到，其中內部短路故障電池的電壓響應V_SC直接通過測量內部短路故障電池電壓得到；將式(1)的弛豫電壓V_FR替換為正常電池的弛豫電壓V_NR以評估內部短路故障水平，如式(2)所示：

V_SC＝V_NR+V_D????????????????????(2)

步驟3、獲得正常電池的弛豫電壓V_NR：在一定的電流區間內，電池的過電位與電流線性相關，即弛豫電壓大小與電流線性相關；

步驟4、計算短路電阻：

在損耗過程中，用式(3)計算短路電阻損耗的電量：

W＝UIt??????????????????????(3)

其中，W是損耗的電能，U和I分別是電池電壓和流經短路電阻的電流，t是電池停止工作后的靜置時間；為了評估電池ISC程度，將電池停止工作前的放電截止電壓設為恒定值，即電池電壓U是定值；設定電池停止工作后的靜置時間t為定值，通過式(3)計算在電池停止工作后相同時間內損耗的電能；

對于不同內部短路程度的短路電阻r₁,r₂，流經短路電阻回路的電流和損耗電能按如下表達：

其中，r₂＝kr₁，下標1和2代表不同的內部短路程度，k是常數，用來表示不同ISC程度下內短路電阻的數值關系，I₁和I₂分別表示不同ISC程度下流經短路內阻的電流，W₁和W₂分別表示不同ISC程度短路內阻消耗的電量；

從式(4)中得出損耗電能與短路電阻的乘積是一個定值，在此處被定義為C₀，即：

W₂r₂＝W₁r₁＝C₀????????????????????(5)

基于式(5)，電池短路電阻按照式(6)計算：

其中W為短路電阻損耗的電能，由于損耗電壓與損耗電能的關系是恒定的，式(6)中的W用損耗電壓V_D來替代；式(7)中的常數C表示損耗電壓與短路電阻的乘積：

最后，基于式(7)和損耗過程的電壓響應算出短路電阻，通過短路電阻大小判斷內部短路故障的嚴重程度。