CN107256987B - 一种动力电池微短路检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池微短路检测方法，该动力电池由N节电池串联而成，包括一个正极输出端和一个负极输出端，N>1；该微短路检测方法包括如下步骤：S1、在电池组的正极输出端或负极输出端设置电流检测装置，电流检测装置连接电池管理系统；S2、设置微短路检测的SOC区间；S3、在微短路SOC区间内，计算出N节电池的平均电压和单个电池在SOC区间内的平均电压，然后计算N节电池在SOC区间内的平均电压与单个电池在SOC区间内的平均电压之差，记为W；S4、根据差值W计算各节电池的自放电率K；S5、将在设定SOC区间内计算的各个电池自放电率K与设置自放电率阀值K1比较，在电池组中任一电池自放电率K大于自放电率阀值K1，则判定电池组发生了微短路。

Description

一种动力电池微短路检测方法
技术领域
本发明涉及电池领域，特别涉及电池工作中微短路检测方法。
背景技术
锂离子电池已经成为动力电池的主流，近年来时常出现的安全问题，也引起了行业的高度重视。所有针对锂电池安全的技术规范和标准，都只能实现整体的安全等级，无法保证每个锂离子电池的安全性。因为电池的安全问题大多数情况下是由偶然意外的因素引发内短路，具有不可预见的特点，因此事先的检测是不能推断锂离子电池安全的。比如制造过程中混入杂质颗粒，经过一段时间的使用会刺穿隔膜。比如加工工艺上极耳虚焊，充放电时形成高温点，引起隔膜绝缘变差。再比如电池与电池固定机械结构应力较大，在反复充放电过程中对隔膜施加挤压撕扯作用，造成隔膜损坏等等。
微短路在发展初期，不会造成安全问题，仅仅表现为自放电率过大，但如果微短路长期发展，就有可能引起大面积短路，造成起火爆炸等突发安全事故。因此对于微短路的实时检测监控，对于动力电池系统和电动汽车具有重要的意义。现有技术对于动力电池微短路的检测，主要的办法是注液前对于绝缘的检测。电池制成后通过长时间的静置，可以测得自放电率，但是这样方法耗时很长，而且不能在使用过程中对微短路进行检测。现有技术没有一种能够对串联电池组中各节电池是否出现微短路进行检测的方法，而动力电池都是要形成串联电池组来使用的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种动力电池微短路检测方法，以达到在电池运行过程中对电池的微短路现象进行实时监测，提高电池的安全性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种动力电池微短路检测方法，该动力电池包括串联电池组，电池组由N节电池串联而成，电池组由一个正极输出端和一个负极输出端，其中，N>1；所述的动力电池的微短路检测方法包括如下步骤：
S1、在电池组的正极输出端或负极输出端设置电流检测装置，电流检测装置连接电池管理系统；
S2、在电池管理系统中设置微短路检测的SOC区间；
S3、在微短路SOC区间内，计算出N节电池的平均电压和单个电池在SOC区间内的平均电压，然后计算N节电池在SOC区间内的平均电压与单个电池在SOC区间内的平均电压之差，记为W；
S4、根据差值W计算各节电池的自放电率K；
S5、将在设定SOC区间内计算的各个电池自放电率K与设置自放电率阀值K1比较，在电池组中任一电池自放电率K大于自放电率阀值K1，则判定电池组发生了微短路。
在步骤S3中，计算出N节电池的平均电压和单个电池在SOC区间内的平均电压的方法是：
在每节电池两端设置电压检测装置，电压检测装置连接电池管理系统，用于检测每节电池两端的电压；
在微短路检测的SOC区间内，将SOC区间分为M个SOC监测点，在每个SOC监测点检测N节电池的电压，将N节电池的电压求和后除以N即为每个SOC监测点的N节电池平均电压，将M个SOC监测点的每个SOC监测点的N节电池平均电压求和再除以M即为在微短路SOC区间内N节电池的平均电压；
在M个监测点中，监测每个电池在不同SOC监测点的电压，每个电池共监测到M个电压，将每个电池在不同SOC监测点上的电压求和后再除以M即为单个电池在SOC区间内的平均电压。
在步骤S4中各节电池的自放电率K计算方法为：将每节电池相对应的差值W除以时间T即为自放电率K，其中时间T为电池出厂到微短路检测时的时间。
所述的自放电率阀值K为10％。
在步骤S5中，若判定为微短路后，进行分级报警：
在任一电池自放电率K在介于自放电率阀值K1和两倍的自放电率之间时，此时启动一级报警，启动报警灯进行一级报警；
在任一电池自放电率K在介于两倍的K1和三倍的K1之间时，此时启动二级报警，二级报警启动蜂鸣器进行报警；
在任一电池自放电率K大于三倍的K1时，此时启动三级报警，蜂鸣器工作并且断开电池组的输出。
一种动力电池微短路检测方法，该动力电池包括由m个串联电池组相互并联形成的串联电池组，并联电池组包括一个正极输出端和一个负极输出端，每个串联电池组n节电池串联而成；该动力电池微短路检测方法为：
S1、在正极输出端或负极输出端设置电流检测装置，并连接到电池管理系统；
S2、设置微短路检测的SOC区间；
S3、在微短路检测区间内，计算出m*n节电池的平均电压和单节电池在SOC区间内的平均电压，然后计算m*n节电池在SOC区间内的平均电压和单节电池在SOC区间内的平均电压之差，记为w；
S4、根据差值w计算各节电池的自放电率k；
S5、将在设定的SOC区间内计算的各个电池的自放电率k与设置的自放电率阀值k1比较，在任一电池自放电率k大于自放电率阀值k1时，判定电池组发生微短路。
计算m*n节电池的平均电压和单节电池在SOC区间内的平均电压的方法为：
在每节电池的两端设置电压检测装置，电压检测装置连接电池管理系统，用于检测每节电池两端的电压；
在微短路检测的SOC区间内，将SOC区间内分为多个SOC监测点，在每个SOC监测点分别检测m*n节电池的电压，将m*n节电池的电压求和后除以电池个数m*n即可得到每个SOC监测点的m*n节电池的平均电压，将每个SOC监测点的m*n节电池的平均电压相加后再除以SOC监测点个数即可得到在微短路区间内m*n节电池的平均电压；
监测每个电池在不同SOC监测点的电压，每节电池在不同的SOC监测点上的电压求和后再除以SOC监测点个数即为单节电池再SOC区间内的平均电压。
在步骤S4中各节电池的自放电率k计算方法为：将每节电池相对应的差值w除以时间T即为自放电率k，其中时间T为电池出厂到微短路检测时的时间。
本发明的优点在于：在电池组的使用过程中，当电池处于微短路检测的SOC区间时，对电池组内的电池进行微短路情况进行检测，判定是否存在微短路现象，及时发现电池组出现的微短路，避免电池组由于微短路演变成安全事故，提高电池组的安全性能。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明实施例1的串联电池组的微短路检测示意图；
图2为本发明实施例2的并联电池组的微短路检测示意图。
上述图中的标记均为：
1为单节电池，2为电池管理系统BMS检测模块，3为电池管理系统管理单元MCU，4为电压检测线，5为BMS检测模块和管理单元的通讯连接线，6为输出正极，7为电流检测装置，8为输出负极。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
实施例1：
如图1所示，为一种串联电池组组成的动力电池的微短路检测的结构原理图。串联电池组由N节电池串联连接而成，串联电池组包括一个一个正极输出端和负极输出端，用于向外部提供电能，电池组N为自然数，且N>1；电池管理系统包括电池管理系统BMS检测模块2和电池管理系统管理单元MCU3，监测模块2包括电压检测装置和电流检测装置分别用于检测电压和电流，这里通过电压检测线连接监测模块2中的电压检测装置，电流检测装置用于检测正极输出端或负极输出端的电流数据，电池管理系统的管理单元MCU用于接收电压电流数据并进行处理判定是否存在微短路，其中微短路的检测方法为包括如下步骤：
S1、在电池组的正极输出端或负极输出端设置电流检测装置，电流检测装置连接电池管理系统中的MCU；
S2、在电池管理系统中设置微短路检测的SOC区间；
S3、在微短路SOC区间内，计算出N节电池的平均电压和单个电池在SOC区间内的平均电压，然后计算N节电池在SOC区间内的平均电压与单个电池在SOC区间内的平均电压之差，记为W；
S4、根据差值W计算各节电池的自放电率K；
S5、将在设定SOC区间内计算的各个电池自放电率K与设置自放电率阀值K1比较，在电池组中任一电池自放电率K大于自放电率阀值K1，则判定电池组发生了微短路。
微短路电池的特性是在充放电过程中，在微短路检测SOC区间内，该电池电压减去平均电池电压的值都是负数，且这个差值即为自放电产生的，因此可以由此数值求得自放电率的大小。
由于电池组是由多个电池串联而成，在步骤S3中，计算出N节电池的平均电压和单个电池在SOC区间内的平均电压的方法是：
在每节电池两端设置电压检测装置，电压检测装置连接电池管理系统的MCU，用于检测每节电池两端的电压；
在微短路检测的SOC区间内，将SOC区间分为M个SOC监测点，在每个SOC监测点检测N节电池的电压，将N节电池的电压求和后除以N即为每个SOC监测点的N节电池平均电压，将M个SOC监测点的每个SOC监测点的N节电池平均电压求和再除以M即为在微短路SOC区间内N节电池的平均电压；
在M个监测点中，监测每个电池在不同SOC监测点的电压，每个电池共监测到M个电压，将每个电池在不同SOC监测点上的电压求和后再除以M即为单个电池在SOC区间内的平均电压。
在步骤S4中各节电池的自放电率K计算方法为：将每节电池相对应的差值W除以时间T即为每节电池的自放电率K，其中时间T为电池出厂到微短路检测时的时间。时间T通常以月为单位来计算自放电率。
在步骤S5中，若判定为微短路后，进行分级报警：
在任一电池自放电率K在介于自放电率阀值K1和两倍的自放电率之间时，此时启动一级报警，启动报警灯进行一级报警；
在任一电池自放电率K在介于两倍的K1和三倍的K1之间时，此时启动二级报警，二级报警启动蜂鸣器进行报警；
在任一电池自放电率K大于三倍的K1时，此时启动三级报警，蜂鸣器工作并且断开电池组的输出。
这里三级报警实现采用电池管理系统连接的指示灯、蜂鸣器、断路器等实现，是电池管理系统常用的功能。
由于自放电率一般设定在10％为合格标准，大于10％即为产生了微短路，为了实现分级报警，在放电率大于30％实现断电保护，断开蓄电池的输出，在10％-20％之间时通过指示灯来报警、在20-30％之间时通过蜂鸣器报警，大于30％时断开电池组的供电输出。这样可以做到分等级报警，根据危险程度的不同采用不同的报警方式。
SOC检测区间可以选择在60％-70％之间，电池管理系统根据检测的输出电流计算当前SOC，在SOC区间的充放电过程中，取区间内的多个监测点分别计算N节电池的平均电压和单节电池在SOC区间的平均电压，如取60％、65％、70％三个点，单个电池在SOC区间的平均电压为分别求60％、65％、70％三个点的单个电池的电压，和后将三个电压求和再除以3即为单个电池在SOC区间的平均电压；N节电池在SOC区间的平均电压为：先分别计算60％、65％、70％三个监测点处的N节电池的电压，每个监测点处N节电池电压相加后再除以N即为监测点处的N节电池的电压，然后将三个监测点60％、65％、70％处求得的监测点的平均电压相加再除以监测点个数3即为N节电池在SOC区间的平均电压。
实施例2
如图2，一种动力电池微短路检测方法，动力电池由并联电池组形成，动力电池包括由m个串联电池组相互并联形成的串联电池组，并联电池组包括一个正极输出端和一个负极输出端，每个串联电池组n节电池串联而成；在每节电池两端设置的检测线连接至电压检测装置，在正极输出端或负极输出端设置电流检测装置，检测的电压或电流均传递至电池管理系统的MCU中，MCU通过数据分析判定电池是否微短路，电压检测装置和电流检测装置可以采用电池管理系统自带的检测模块进行数据检测然后传递给MCU进行判定，其具体步骤如下：
S1、在正极输出端或负极输出端设置电流检测装置，并连接到电池管理系统；
S2、设置微短路检测的SOC区间；
S3、在微短路检测区间内，计算出m*n节电池的平均电压和单节电池在SOC区间内的平均电压，然后计算m*n节电池在SOC区间内的平均电压和单节电池在SOC区间内的平均电压之差，记为w；m*n表示m乘以n，m*n即为总的电池数量；
S4、根据差值w计算各节电池的自放电率k；
S5、将在设定的SOC区间内计算的各个电池的自放电率k与设置的自放电率阀值k1比较，在任一电池自放电率k大于自放电率阀值k1时，判定电池组发生微短路。
在步骤S3中，计算m*n节电池的平均电压和单节电池在SOC区间内的平均电压的方法为：
在每节电池的两端设置电压检测装置，电压检测装置连接电池管理系统，用于检测每节电池两端的电压；
在微短路检测的SOC区间内，将SOC区间内分为多个SOC监测点，在每个SOC监测点分别检测m*n节电池的电压，分别将每个SOC监测点的相对应的m*n节电池的电压求和后除以电池个数m*n即可得到每个SOC监测点的m*n节电池的平均电压，将每个SOC监测点的m*n节电池的平均电压相加后再除以SOC监测点个数即可得到在微短路区间内m*n节电池的平均电压；
监测每个电池在不同SOC监测点的电压，每节电池在不同的SOC监测点上的电压求和后再除以SOC监测点个数即为单节电池再SOC区间内的平均电压。
其中，SOC区间可以设置为60％-70％这个区间内，在区间内设置监测点，如60％、65％、70％等，监测点的个数可以认为设定，这里不做具体限定。
在步骤S4中各节电池的自放电率k计算方法为：将每节电池相对应的差值w除以时间T即为单个自放电率k，其中时间T为电池出厂到微短路检测时的时间。
这里也可以采用分级报警方式对检测的微短路状态进行报警，分级报警的具体方式同实施例1。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种动力电池微短路检测方法，其特征在于：该动力电池包括串联电池组，电池组由N节电池串联而成，电池组由一个正极输出端和一个负极输出端，其中，N>1；所述的动力电池的微短路检测方法包括如下步骤：
S1、在电池组的正极输出端或负极输出端设置电流检测装置，电流检测装置连接电池管理系统；
S2、在电池管理系统中设置微短路检测的SOC区间；
S3、在微短路SOC区间内，计算出N节电池的平均电压和单个电池在SOC区间内的平均电压，然后计算N节电池在SOC区间内的平均电压与单个电池在SOC区间内的平均电压之差，记为W；
S4、根据差值W计算各节电池的自放电率K；
S5、将在设定SOC区间内计算的各个电池自放电率K与设置自放电率阀值K1比较，在电池组中任一电池自放电率K大于自放电率阀值K1，则判定电池组发生了微短路；
在步骤S3中，计算出N节电池的平均电压和单个电池在SOC区间内的平均电压的方法是：
在每节电池两端设置电压检测装置，电压检测装置连接电池管理系统，用于检测每节电池两端的电压；
在微短路检测的SOC区间内，将SOC区间分为M个SOC监测点，在每个SOC监测点检测N节电池的电压，将N节电池的电压求和后除以N即为每个SOC监测点的N节电池平均电压，将M个SOC监测点的每个SOC监测点的N节电池平均电压求和再除以M即为在微短路SOC区间内N节电池的平均电压；
在M个监测点中，监测每个电池在不同SOC监测点的电压，每个电池共监测到M个电压，将每个电池在不同SOC监测点上的电压求和后再除以M即为单个电池在SOC区间内的平均电压。
2.如权利要求1所述的一种动力电池微短路检测方法，其特征在于：在步骤S4中各节电池的自放电率K计算方法为：将每节电池相对应的差值W除以时间T即为自放电率K，其中时间T为电池出厂到微短路检测时的时间。
3.如权利要求1所述的一种动力电池微短路检测方法，其特征在于：所述的自放电率阀值K为10％。
4.如权利要求1所述的一种动力电池微短路检测方法，其特征在于：在步骤S5中，若判定为微短路后，进行分级报警：
在任一电池自放电率K在介于自放电率阀值K1和两倍的自放电率之间时，此时启动一级报警，启动报警灯进行一级报警；
在任一电池自放电率K在介于两倍的K1和三倍的K1之间时，此时启动二级报警，二级报警启动蜂鸣器进行报警；
在任一电池自放电率K大于三倍的K1时，此时启动三级报警，蜂鸣器工作并且断开电池组的输出。
5.一种动力电池微短路检测方法，其特征在于：该动力电池包括由m个串联电池组相互并联形成的串联电池组，并联电池组包括一个正极输出端和一个负极输出端，每个串联电池组n节电池串联而成；该动力电池微短路检测方法为：
S1、在正极输出端或负极输出端设置电流检测装置，并连接到电池管理系统；
S2、设置微短路检测的SOC区间；
S3、在微短路检测区间内，计算出m*n节电池的平均电压和单节电池在SOC区间内的平均电压，然后计算m*n节电池在SOC区间内的平均电压和单节电池在SOC区间内的平均电压之差，记为w；
S4、根据差值w计算各节电池的自放电率k；
S5、将在设定的SOC区间内计算的各个电池的自放电率k与设置的自放电率阀值k1比较，在任一电池自放电率k大于自放电率阀值k1时，判定电池组发生微短路；
计算m*n节电池的平均电压和单节电池在SOC区间内的平均电压的方法为：
在每节电池的两端设置电压检测装置，电压检测装置连接电池管理系统，用于检测每节电池两端的电压；
在微短路检测的SOC区间内，将SOC区间内分为多个SOC监测点，在每个SOC监测点分别检测m*n节电池的电压，将m*n节电池的电压求和后除以电池个数m*n即可得到每个SOC监测点的m*n节电池的平均电压，将每个SOC监测点的m*n节电池的平均电压相加后再除以SOC监测点个数即可得到在微短路区间内m*n节电池的平均电压；
监测每个电池在不同SOC监测点的电压，每节电池在不同的SOC监测点上的电压求和后再除以SOC监测点个数即为单节电池再SOC区间内的平均电压。
6.如权利要求5所述的一种动力电池微短路检测方法，其特征在于：在步骤S4中各节电池的自放电率k计算方法为：将每节电池相对应的差值w除以时间T即为自放电率k，其中时间T为电池出厂到微短路检测时的时间。
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