CN102565611B - 动力电池的内短路检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池的内短路检测方法：在车辆再次运行或充电时，检测电池的最低电压是否低于设定值且持续预定时间，则判断存在短路，通过BMS提示对电池进行维护操作；当电池处在放电末端时，通过BMS识别电池静态时的差异，如出现电池容量差异过大，超过设定值，并持续预定时间，则判断为电池存在短路，通过BMS发出报警，提醒对电池进行维护操作；通过BMS中记录电池达到截止电压的次数，电池的充电截止或放电截止次数差异大于设定值时，则判断为电池存在短路，通过BMS发出报警，提醒对电池进行维护操作。本发明采用多种手段对电池内短路进行识别，通过在长期运行数据的基础上，结合统计学的方法，能最大程度对电池内短路情况进行识别。

Description

动力电池的内短路检测方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及到动力电池的内短路检测方法。

背景技术

动力电池在电动汽车上已得到了广泛的应用，动力电池的安全可靠性关系到电动汽车的安全使用。动力电池应用受其特性的影响，对环境温度、使用方法都有特殊的要求，在应用过程中不仅要保证其运行在良好的温度环境，同时也要设定合理的使用方法以及检测方法，合理的使用方法保证发挥电池的最大性能，而检测方法确保电池出现问题时能及时发现，以免造成更大的电池损坏甚至造成电池安全事故。

电池内短路就是电池使用过程中一种关系安全的问题，造成电池内短路的可能原因有以下几点：第一，动力电池在低温情况下充电，由动力电池性能决定，如在低温下充电，电池容易形成结晶，日积月累，结晶增长刺破电池隔膜，这就造动力电池内短路；第二，在电池过充电或过放电情况下，造成离子的不可逆，在长期的累积过程中，也会造成电池内短路。

怎样检测电池的内短路成为动力电池安全使用的要求，动力电池内短路的检测一直是其应用中的难题。由于动力电池一般都是单个封装，对其内短路的检测没有可以直接实施的方法，在使用过程中一般都采取定期维护的方法，定期对动力电池进行检测。比如，设定一定使用时间，对动力电池进行全充全放电，通过设备采集分析电池数据，对可疑电池（电池容量下降等）进行人工维护。

由于动力电池容量和电压的要求，一般都是多节串并联使用的方式，采用人工分析的方法耗时耗力，且因人为原因难免出现遗漏，可靠性低，且人工维护成本高。这极大的影响到动力电池在电动汽车上的大范围使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动力电池的内短路检测方法，这一方法解决了依靠人工定期维护电池来发现电池内短路的不便，同时提高了识别的可靠性，降低电池的维护成本，保证电池大范围应用的安全可靠。

为解决上述技术问题，本发明方法的方案是：

一种动力电池的内短路检测方法，

在车辆再次运行或充电时，检测电池的最低电压是否低于设定值，并持续预定时间，则判断为电池存在短路，通过电池管理系统 BMS，提示对电池进行维护操作。

当电池处在放电末端时，通过电池管理系统识别电池静态时的差异，如出现电池容量差异过大，超过设定值，并持续预定时间，则判断为电池存在短路，通过电池管理系统 BMS发出报警，提醒对电池进行维护操作。

通过电池管理系统 BMS中记录电池达到截止电压的次数，电池的充电截止或放电截止次数差异大于设定值时，则判断为电池存在短路，通过电池管理系统 BMS发出报警，提醒对电池进行维护操作。

本发明相比现有技术具有以下显著的有益效果：

本发明方法可以保证电池出现内短路之前，尽早识别可能出现内短路的电池，提醒用户尽早维护，保证电动汽车的使用安全。

本发明方法采用在线识别的方式，在电动汽车运行过程中能及早发现可疑电池，以提醒对其进行维护。新方法是依赖于电池管理系统来实现的，因电池管理系统在动力电池运行过程中对电池的各项参数进行在线检测，结合这些参数，采用模糊算法，对电池内短路进行识别，在发现可疑电池后，通过电池管理系统发出报警甚至限制车辆使用，以保证可疑电池能得到及时的维护，将电池内短路的情况限制到最小。

本发明采用多种手段对电池内短路进行识别，通过在长期运行数据的基础上，结合统计学的方法，能最大程度对电池内短路情况进行识别。本发明方法中，第一点利用车辆在刚上电的情况对电池状态进行识别，能有效的排除电池对识别的影响，提高识别可靠性，同时也能将内短路的情况及早发现，降低车辆在运行时出现危险可能性；第二点，利用运行时电池放电末端压差的判断弥补第一种方法中不能动态识别的缺点，第三点，通过对充电和放电末端的识别，进一步弥补第一二点的识别范围窄的不足。通过综合三点来判断电池内短路，涵盖电池运行的较大范围，保证了电池全范围使用的需求。

本发明弥补了电池应用中的安全应用的需求，保证了电池的安全应用。

具体实施方式

本发明利用电池管理系统能在线检测动力电池各项运行参数的条件，通过对电池长期运行数据的分析，发明了这一内短路的方法。在电池长期运行过程中发现，电池的内短路与电池的容量下降、电池的寿命有明显的关系。动力电池一般由上百节电池串并联组成，电池管理系统会对每节电池的运行电压、电流及容量进行检测，在长期运行后，电池容量会有下降，而会出现内短路的电池其容量下降明显，在运行过程中的电流响应特性与其他良好电池差异大，电池电压在电池放电末端和电池充电末端都有明显差异。于是，通过在电池管理系统中对电池上述差异进行记录分析，在出现差异过大时，发出警报。

本发明提出的动力电池的内短路检测方法，包括的三种检测方法，所述三种检测方法，既可以单独判断电池是否存在内短路，又可以相互补充共同判断。

第一种检测方法，利用车辆在刚上电的情况对电池状态进行识别，在车辆再次运行或充电时，检测电池的最低电压是否低于设定值，并持续预定时间，则判断为电池存在短路，通过电池管理系统 BMS，提示对电池进行维护操作。

针对电池的容量，电池管理系统结合电池的电压、内阻进行识别，在电池放电末端造的车辆停车后，可疑电池的电压由于有内短路的趋势，电压下降较其他电池快，在车辆再次运行和充电时，通过对电压的判断来识别可疑电池。如磷酸铁锂电池，为保证电池的安全会设定放电截止电压2.0V，在出现电池电压低于2.0V时，会限制车辆运行，此时如果电池处在良好阶段，电池电压会逐渐恢复到2.0V以上，而有内短路趋势的电池，其自放电大，在电池放电末端放置一段时间后，电池电压会由于电池的类微短路继续下降，即表现为车辆停车后，电池电压会继续下降到2.0V以下，于是，在车辆再次运行或充电时，当检测到电池电压过低（如低于1.5V时），限制车辆对动力电池进行放电和充电，通过电池管理系统报警提示对电池进行维护。

第二种检测方法利用运行时电池放电末端压差的判断弥补了第一种方法中不能动态识别的缺点。该方法的具体方案是，当电池处在放电末端时，通过电池管理系统识别电池静态时的差异，如出现电池容量差异过大，则判断为电池存在短路，通过电池管理系统 BMS发出报警，提醒对电池进行维护操作。

电池在放电末端，由于容量的差异，会造成多节动力电池间出现电压的差异，一般动力电池的容量在动力电池出厂前都进行过容量匹配，相互间的容量差异小，直观的体现为电压差异很小，而对于有微短路可能的电池，在电池放电末端，差异体现明显，通过对电池长期运行数据的分析，良好电池在末端的差异一般在100mV左右，而当出现有微短路电池时，其差异会变大，初期的差异能达到300mV,于是，当电池处在放电末端时，通过电池管理系统识别电池静态时的差异，当出现电池容量差异过大时，通过电池管理系统发出报警，提醒对电池进行维护。

第三种检测方法利用通过对充电和放电末端的识别，进一步弥补第一二点的识别范围窄的不足。该方法的具体方案是，通过电池管理系统 BMS中记录电池达到截止电压的次数，电池的充电截止或放电截止次数差异大于设定值时，则判断为电池存在短路，通过电池管理系统 BMS发出报警，提醒对电池进行维护操作。

有微短路的电池另一方面体现为其内阻差异大，而要可靠的识别这一差异不仅需要上述两点在电池放电末端进行识别，更需要在电池充电末端进行识别。电池管理系统通过记录电池长期充电的数据，若出现某节电池长期充电都提前达到截止电压，即在电池充电截止时，通过电池管理系统中记录各节电池达到截止电压的次数，当某节电池达到截止电压的次数明显超出其他电池时，则标记此电池可疑。类似的，在放电末端也对电池达到截止电压的次数进行记录，当某节电池达到截止电压的次数明显超出其他电池时，则标记此电池可疑。

实施例1

以判断磷酸铁锂型锂离子电池是否存在内短路为例，对本发明方案做具体说明

每次电池管理系统BMS上电（电流小于10A时），判断单体压差，提醒驾驶员对电池进行及时检修，具体策略如下：

1）上电后若最高单体电压大于3.35V，不进行压差判断；

2） 上电后若最高单体电压在3.35V和3.25V之间，压差大于100mv且持续1S，置压差过大故障；

3） 上电后若最高单体电压在3.25V和3.15V之间，压差大于300mv，且持续1S，置压差过大故障；

4）上电后若最高单体电压小于3.15V以下,不进行压差过大判断。每次上电过程中只判断一次欠压故障，若上电过程中检测到电压差过大故障，置二级故障标志位，不进行故障保护。

开机时，检测最低电压是否低于1.5V，若低于1.5V，且持续1S， BMS进入保护模式，禁止放电和充电。

电池的充电截止或放电截止次数差异大于300次时，禁止放电和充电。

采用上述方法针对磷酸铁锂型锂离子电池否存在内短路进行判断，电池组在初次成组前，需要确认各个电池容量的一致性，如电池在实际运行过程中，有出现内部短路的情况，可以准确判断出短路发性（如短路情况严重，则很快可以上报，如是轻微短路，则需要一定运行时间后，也可以通过BMS报警，提示用户，做到提前预防的效果）

本发明在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的调整，例如，仅仅只对电动汽车的动力系统的电池管理系统和电机控制两部分集中控制等，但这些改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种电池的内短路检测方法，其特征在于：

在车辆再次运行或充电时，检测电池的最低电压是否低于设定值，并持续预定时间，则判断为电池存在短路，通过电池管理系统 BMS，提示对电池进行维护操作，

当电池处在放电末端时，通过电池管理系统识别电池静态时的差异，如出现电池容量差异过大超过设定值，并持续预定时间，则判断为电池存在短路，通过电池管理系统 BMS发出报警，提醒对电池进行维护操作，

通过电池管理系统 BMS中记录电池达到截止电压的次数，电池的充电截止或放电截止次数差异大于设定值时，则判断为电池存在短路，通过电池管理系统 BMS发出报警，提醒对电池进行维护操作。

2、根据权利要求1所述的电池的内短路检测方法，其特征在于：

1）、电池系统开机时，检测最低电压是否低于设定的电压1.5V，若低于设定的电压，且持续时间到达到设定的时间，1S，电池管理系统 BMS进入保护模式，禁止放电和充电，

2）、上电后若最高单体电压在电池平台下在3.35V和3.25V之间，压差大于设定的压差100mv，且持续时间到达到设定的时间，1S，电池管理系统 BMS置压差过大故障；

3）、上电后若最高单体电压在电池平台下在3.25V和3.15V之间，压差大于设定的压差300mv，且持续时间到设定的时间1S，电池管理系统 BMS置压差过大故障；

4）、电池的充电截止或放电截止次数差异大于设定的次数300次时，电池管理系统 BMS禁止放电和充电。