CN104833920B - 电池模组的故障分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种电池模组的故障分析方法及系统，其中方法包括以下步骤：电流扰动步骤，在既定频率范围内对电池模组进行电流扰动，以得到动态阻抗结果，电池模组包括多个电池；生成步骤，根据电池模组中每个电池的动态阻抗结果得到对应的动态阻抗变化图，动态阻抗变化图包括多个区间；分析步骤，根据每个动态阻抗变化图中多个区间的形状变化分析电池模组的故障。根据本发明实施例的电池模组的故障分析方法，通过每个动态阻抗变化图中多个区间的形状变化确定故障，从而提高了分析时间和效率，能够及时、快速的发现问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电池模组的故障分析方法及系统。
背景技术
在越来越注重节能、环保的当今主流发展趋势下，电动汽车作为一个新兴技术逐渐被推广和产业化。在众多技术难点中，作为提供动力的核心部件-电池的分析和总结显得尤为重要。通过对电池的分析不仅可以快速的发现问题找到其根本原因，同时对电池的节能、效率等整体性能的提高具有密切关联。
以往，对电动汽车运行中出现的问题进行分析时普遍采用的是更换电池，并通过拆解实验分析出其电芯问题。分析方法具体为：测试电压和内阻(例如，交流内阻和直流内阻)等，并根据其电压和内阻判断连接件是否正常。然后进一步对电池模块拆解，对每个电池的静态信息和动态信息进行分析，以根据对对每个电池的静态信息和动态信息的分析结果判断失效的电芯。
虽然，以往的方式可以判断出部分失效的电芯，但是耗费周期长效率比较低，需要记录大量信息，同时未必能够分析出原因。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
为此，本发明一方面提供一种电池模组的故障分析方法。所述方法可以解决消耗周期长、效率低等问题。
本发明另一方面提供一种电池模组的故障分析系统。
有鉴于此，本发明一方面的实施例提出一种电池模组的故障分析方法，包括以下步骤：电流扰动步骤，在既定频率范围内对所述电池模组进行电流扰动，以得到动态阻抗结果，所述电池模组包括多个电池；生成步骤，根据所述电池模组中每个电池的所述动态阻抗结果得到对应的动态阻抗变化图，所述动态阻抗变化图包括多个区间；分析步骤，根据每个所述动态阻抗变化图中所述多个区间的形状变化分析所述电池模组的故障。
根据本发明实施例的电池模组的故障分析方法，通过每个动态阻抗变化图中多个区间的形状变化确定故障，从而提高了分析时间和效率，能够及时、快速的发现问题。
本发明的方案中，所述分析步骤具体可以为，将所述每个动态阻抗变化图与同等条件下的标量动态阻抗变化图的对应区间进行比较以确定所述电池模组中存在故障的电池和具体故障。因此，可以精确的确定存在故障的电池，提高分析效率。
本发明的方案中，所述多个区间可以包括：欧姆阻抗、电池膜阻抗区域、电阻阻抗区域和离子扩散行阻抗区域。通过每个区间的与同等条件下的标量动态阻抗变化图进行比较可以确定存在故障的电池，并能够确定具体是什么故障。从而以简单对比的方式快速、高效地找到故障点。
本发明的方案中，所述电流扰动的范围可以为10mA～10A。通过对不同电池特性挑这个电流扰动的范围提高分析效率。
本发明的方案中，所述既定频率范围可以为10Hz～104Hz。
本发明另一方面的实施例提出一种电池模组的故障分析系统，包括：电池模组，所述电池模组包括多个电池；分析装置，所述分析装置与所述电池模组的每个电池相连，所述分析装置用于对所述多个电池进行电流扰动以得到动态阻抗结果，并根据所述动态阻抗结果和与标准动态阻抗变化分析得到所述电池模组的故障，所述标准动态阻抗变化为与所述电池模组同等条件下的无故障电池的动态阻抗变化。
根据本发明实施例的电池模组的故障分析系统，通过每个动态阻抗变化图中多个区间的形状变化确定故障，从而提高了分析时间和效率，能够及时、快速的发现问题。
本发明的方案中，所述分析装置包括：电流扰动模块，用于在既定频率范围内对所述电池模组进行电流扰动，以得到动态阻抗结果，所述电池模组包括多个电池；生成模块，根据所述电池模组中每个电池的所述动态阻抗结果得到对应的动态阻抗变化图，所述动态阻抗变化图包括多个区间；分析模块，根据每个所述动态阻抗变化图中所述多个区间的形状变化分析所述电池模组的故障。因此，可以精确的确定存在故障的电池，提高分析效率。
本发明的方案中，所述多个区间包括：欧姆阻抗、电池膜阻抗区域、电阻阻抗区域和离子扩散行阻抗区域。通过每个区间的与同等条件下的标量动态阻抗变化图进行比较可以确定存在故障的电池，并能够确定具体是什么故障。从而以简单对比的方式快速、高效地找到故障点。
本发明的方案中，所述电流扰动的范围可以为10mA～10A。通过对不同电池特性挑这个电流扰动的范围提高分析效率。
本发明的方案中，所述既定频率范围可以为10Hz～104Hz。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的电池模组的故障分析系统的结构框图；
图2为根据本发明实施例的对由两个电池构成的电池模组生成的动态阻抗变化图；
图3为对图2中第一个电池NO1-1A与同等条件下标量动态阻抗变化图的对比结果。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为根据本发明一个实施例的电池模组的故障分析系统的结构框图。如图1所示，根据本发明实施例的电池模组的故障分析系统包括：电池模组100和分析装置300。
具体地，电池模组100包括电池110、120、130和140。分析装置300分别与电池模组中的电池110、120、130和140相连，该分析装置300用于对电池110、120、130和140进行电流扰动以得到动态阻抗结果，并根据动态阻抗结果和与标准动态阻抗变化分析得到电池模组的故障，标准动态阻抗变化为与电池模组同等条件下的无故障电池的动态阻抗变化。根据用途和规模的大小通常一个电池模组包括十几个、几十个电池，具体由实际情况而定。从这些大量电池当中，可通过一些阻抗分析可快速确定一个无故障电池，将该电池可作为同等条件下的无故障电池。通过将该无故障电池与待分析电池一起进行处理即可得到该无故障电池的动态阻抗变化图，即同等条件下的标量动态阻抗变化图，在此不再具体说明。
在本发明的示例中，电池模组包括多个电池。每个电池与分析装置300的对应部分相连接。例如，每个电池的正、负极端与该分析装置300相连构建电压、电流的辅助通道。该分析装置300可以为电化学工作站等电化学分析设备。
在本发明的一个实施例中，分析装置300包括：电流扰动模块310、生成模块330和分析模块350。
具体地，电流扰动模块310用于在既定频率范围(例如，10Hz～104Hz该范围可根据测试对象的特性进行缩放调整，以缩短分析时间提高效率)内对电池模组进行电流扰动，以得到动态阻抗结果。该电流扰动的范围可以为10mA～10A该范围可以根据测试对象的特性进行调整。
生成模块330根据电池模组中每个电池的动态阻抗结果得到对应的动态阻抗变化图，该动态阻抗变化图包括：欧姆阻抗、电池膜阻抗区域、电阻阻抗区域和离子扩散行阻抗区域。通过将每个电池的动态阻抗结果依次连接即可得到动态阻抗变化图。图2为根据本发明实施例的对由两个电池构成的电池模组生成的动态阻抗变化图。如图2所示，黑方框表示NO1-1A为第一个电池的动态阻抗变化图，白方框表示NO2-1A为第二个电池的动态阻抗变化图。如图2所示，曲线与横坐标的交点表示欧姆阻抗；从点1开始到点2之间的区间代表电池膜阻抗行为，即电池膜阻抗区域；从点2至点3为止的区间表示电阻阻抗行为，即电阻阻抗区域；从点3至结尾部分为离子扩散行为，即离子扩散阻抗区域。所要说明的是点1、点2和点3的位置可根据电池模组的使用时间和材料等因素存在一些差异。
分析模块350根据每个动态阻抗变化图中欧姆阻抗、电池膜阻抗区域、电阻阻抗区域或离子扩散阻抗区域的形状变化分析电池模组的故障。例如，可将每个电池的每个区域的形状与同等条件下标量动态阻抗变化图进行比较根据存在差异的区间判断该电池所存在的故障。通过大量实验和分析得出，当欧姆阻抗存在异常时，其电池故障是由联接等因素所引起的接触内阻。当电池膜阻抗区域存在异常时，其电池故障为单体电池的内部结构问题。电阻阻抗区域存在异常时，其电池故障是由电池自身的老化所带来的反应动态内阻的异常。离子扩散阻抗区域存在异常时，其电池故障是由电池电极内部所出现的异常致使离子扩散出现问题。通过每个区间的与同等条件下的标量动态阻抗变化图进行比较可以确定存在故障的电池，并能够确定具体是什么故障。从而以简单对比的方式快速、高效地找到故障点。
图3为对图2中第一个电池NO1-1A与同等条件下标量动态阻抗变化图的对比结果。如图3所示，白色圆圈表示第一个电池NO1-1A的动态阻抗变化图，黑色倒三角形表示同等条件下标量动态阻抗变化图，通过对比可以看出在离子扩散行阻抗区域存在差异。因此可以确定第一个电池NO1-1A和第二电池NO2-1A的不一致性是由于两个电池之间的连接问题所引起的。
根据本发明的发实施例，通过每个动态阻抗变化图中多个区间的形状变化确定故障，从而提高了分析时间和效率，能够及时、快速的发现问题。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种电池模组的故障分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
电流扰动步骤，在既定频率范围内对所述电池模组进行电流扰动，以得到动态阻抗结果，所述电池模组包括多个电池；
生成步骤，根据所述电池模组中每个电池的所述动态阻抗结果得到对应的动态阻抗变化图，所述动态阻抗变化图包括多个区间；
分析步骤，根据每个所述动态阻抗变化图中所述多个区间的形状变化分析所述电池模组的故障，其中，所述分析步骤具体为，将所述每个动态阻抗变化图与同等条件下的标量动态阻抗变化图的对应区间进行比较以确定所述电池模组中存在故障的电池和具体故障，并且所述多个区间包括：欧姆阻抗、电池膜阻抗区域、电阻阻抗区域和离子扩散行阻抗区域，其中，当所述欧姆阻抗存在异常时，电池故障为由联接因素所引起的接触内阻，当所述电池膜阻抗区域存在异常时，电池故障为单体电池的内部结构问题，当所述电阻阻抗区域存在异常时，电池故障为由电池自身的老化所带来的反应动态内阻的异常，当所述离子扩散阻抗区域存在异常时，电池故障为由电池电极内部所出现的异常致使离子扩散出现问题。
2.如权利要求1所述的电池模组的故障分析方法，其特征在于，所述电流扰动的范围为10mA～10A。
3.如权利要求1所述的电池模组的故障分析方法，其特征在于，所述既定频率范围为10Hz～104Hz。
4.一种电池模组的故障分析系统，其特征在于，包括：
电池模组，所述电池模组包括多个电池；
分析装置，所述分析装置与所述电池模组的每个电池相连，所述分析装置用于对所述多个电池进行电流扰动以得到动态阻抗结果，并根据所述动态阻抗结果和与标准动态阻抗变化分析得到所述电池模组的故障，所述标准动态阻抗变化为与所述电池模组同等条件下的无故障电池的动态阻抗变化，其中，所述分析装置包括：电流扰动模块，用于在既定频率范围内对所述电池模组进行电流扰动，以得到动态阻抗结果，所述电池模组包括多个电池；生成模块，根据所述电池模组中每个电池的所述动态阻抗结果得到对应的动态阻抗变化图，所述动态阻抗变化图包括多个区间；分析模块，根据每个所述动态阻抗变化图中所述多个区间的形状变化分析所述电池模组的故障，并且所述多个区间包括：欧姆阻抗、电池膜阻抗区域、电阻阻抗区域和离子扩散行阻抗区域，其中，当所述欧姆阻抗存在异常时，电池故障为由联接因素所引起的接触内阻，当所述电池膜阻抗区域存在异常时，电池故障为单体电池的内部结构问题，当所述电阻阻抗区域存在异常时，电池故障为由电池自身的老化所带来的反应动态内阻的异常，当所述离子扩散阻抗区域存在异常时，电池故障为由电池电极内部所出现的异常致使离子扩散出现问题。
5.如权利要求4所述的电池模组的故障分析系统，其特征在于，所述电流扰动的范围为10mA～10A。
6.如权利要求4所述的电池模组的故障分析系统，其特征在于，所述既定频率范围为10Hz～104Hz。
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