CN112462274A - 一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法 - Google Patents

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吴晓刚
温涛
周美兰
陈继忠
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Harbin University of Science and Technology
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    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Abstract

本发明公开了一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法。步骤1：确定有内短路故障的电池组，将一个包含N节电池的电池组分成若干电池小组，分别将电池小组并联到一个可调的电压源上；步骤2：基于步骤1确定电池组中内短路电池的电池序号；步骤3：计算步骤2的内短路等效电阻，来验证方法的有效性。本发明针对在大规模电池组中需要对每一节电池进行故障诊断导致的计算负担大的问题。

Description

一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法
技术领域
本发明属于电池领域；具体涉及一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法。
背景技术
现有的大型电池组故障诊断方法大多需要对每一节电池进行故障诊断，费时费力，使工作效率大大降低。
发明内容
本发明公开了一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法，针对在大规模电池组中需要对每一节电池进行故障诊断导致的计算负担大的问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法，，所述成组电池内短路故障诊断方法包括以下步骤：
步骤1：确定有内短路故障的电池组，将一个包含N节电池的电池组分成若干电池小组，分别将电池小组并联到一个可调的电压源上；
步骤2：基于步骤1确定电池组中内短路电池的电池序号；
步骤3：计算步骤2的内短路等效电阻，来验证方法的有效性。
进一步的，所述步骤1包括以下步骤，
步骤1.1：将电池组恒流恒压充电至满电状态，并将电池组静置；
步骤1.2：将恒压源并联到电池组中的电池小组上，监测电池小组和恒压源之间的电流方向；
步骤1.3：当检测到步骤1.2的电流方向出现反向变化，则能判断电池小组中包含有内短路故障的电池。
进一步的，所述步骤1.1的静置时间为0.5h-1.5h。
进一步的，所述步骤1.2中电压源的电压值小于电池组中各个单体电池的电压和，电压源的电压值与电池组中各个单体电池的电压和的电压差值设置为10mV。
进一步的，所述步骤2包含以下步骤，
步骤2.1：检测到有包含内短路故障电池的电池小组后，记录该电池小组中各电池单体的电压数值；
步骤2.2：当某节电池单体的电压数值持续的降低，则能判断该节电池有内短路故障。
进一步的，所述步骤3包含以下步骤，
步骤3.1：由当前时刻的电压Vb通过计算出当前时刻故障电池单体的电量；
步骤3.2：通过求取t2时间段内由恒压源传递到电池小组的电量Q；
步骤3.3：通过计算出故障电池单体在没有获得恒压源传递过来的电量的情况下的电量Q2；
步骤3.4：通过由电量Q2计算出无电量传递情况下的故障电池单体电压Vc；
步骤3.5：由最初时刻电压Va和无电量传递情况下的故障电池单体电压Vc计算出故障电池单体在t2期间应有的实际电压降V；
步骤3.6：以实际电压降V计算出由于内短路故障导致的漏电量Q；
步骤3.7：计算t2期间的平均内短路电流Isc；
步骤3.8：根据欧姆定律计算出内短路等效电阻Rsc，来验证方法的有效性。
进一步的，所述步骤3中，通过电池管理系统中内置的算法获得，单体电池的荷电状态SOC。
本发明的有益效果是：
1.本发明能减小内短路故障诊断的计算负担。
2.本发明可以定量评估出内短路故障的严重程度。
附图说明
附图1区分正常电池小组与故障电池小组的原理图。
附图2本发明计算内短路等效电阻流程图。
附图3内短路故障戴维南等效电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法，所述成组电池内短路故障诊断方法包括以下步骤：
步骤1：确定有内短路故障的电池组，将一个包含N节电池的电池组分成若干电池小组，分别将电池小组并联到一个可调的电压源上；
步骤2：基于步骤1确定电池组中内短路电池的电池序号；
步骤3：计算步骤2的内短路等效电阻，来验证方法的有效性。
进一步的，所述步骤1包括以下步骤，
步骤1.1：将电池组恒流恒压充电至满电状态，并将电池组静置；
步骤1.2：将恒压源并联到电池组中的电池小组上，监测电池小组和恒压源之间的电流方向；如果小组电池中不包含内短路的电池单体，因为小组电池的电压大于电压源，能量流动方向为从电池小组流向电压源，体现为电流从小组电池正极流向电压源正极，随着电池小组能量的减少，小组电池的电压会逐渐下降直至与电压源相等，此时小组电池与电压源之间的电流为零；
步骤1.3：当检测到步骤1.2的电流方向出现反向变化，则能判断电池小组中包含有内短路故障的电池。
如果小组电池中包含内短路电池，则能量流动方向会先从小组电池流向电压源，然后在电流经过零点后能量会反过来从电压源流向小组电池，这是因为小组中包含内短路电池，电流经过零点后，内短路电池单体仍会持续消耗能量，这会导致电池小组的电压在电流过零点后有继续下降的趋势，此时，电压源就会为小组电池提供能量，也就是说，当反向电流稳定后，反向电流的幅值就可以看作是小组电池中内短路电池的内短路电流，通过这样的方法便可以确定电池小组中是否包含内短路的电池。
进一步的，所述步骤1.1的静置时间为0.5h-1.5h。
进一步的，所述步骤1.2中电压源的电压值小于电池组中各个单体电池的电压和，电压源的电压值与电池组中各个单体电池的电压和的电压差值设置为10mV。
进一步的，所述步骤2包含以下步骤，
步骤2.1：检测到有包含内短路故障电池的电池小组后，记录该电池小组中各电池单体的电压数值；
步骤2.2：当某节电池单体的电压数值持续的降低，则能判断该节电池有内短路故障。
通过分析反向电流稳定后电池小组中电池单体的电压来确定有内短路故障的电池序号，电压源提供的能量等于故障电池小组中由于内短路故障消耗的能量，然而，由于电池小组中的电池为串联连接，这些能量会平均分配给电池小组中的所有单体，当电池小组中的某节电池有内短路故障时，其电压会持续的下降，根据这一点则可以判断出电池小组中有内短路故障的电池。
进一步的，所述步骤3包含以下步骤，
步骤3.1：由当前时刻的电压Vb通过计算出当前时刻故障电池单体的电量；
步骤3.2：通过求取t2时间段内由恒压源传递到电池小组的电量Q；
步骤3.3：通过计算出故障电池单体在没有获得恒压源传递过来的电量的情况下的电量Q2；
步骤3.4：通过由电量Q2计算出无电量传递情况下的故障电池单体电压Vc；
步骤3.5：由最初时刻电压Va和无电量传递情况下的故障电池单体电压Vc计算出故障电池单体在t2期间应有的实际电压降V；
步骤3.6：以实际电压降V计算出由于内短路故障导致的漏电量Q；
步骤3.7：计算t2期间的平均内短路电流Isc；
步骤3.8：根据欧姆定律计算出内短路等效电阻Rsc，来验证方法的有效性。
通过计算出的内短路故障电池应有的实际电压降获得电池的漏电量，通过欧姆定律计算出内短路等效电阻。
进一步的，所述步骤3中，通过电池管理系统中内置的算法(卡尔曼滤波算法及其变体)获得，单体电池的荷电状态SOC。
将整个电池组分成各个小组，将电池小组并联到恒压源上，通过监测是否有反向电流来确定包含内短路电池的电池小组，再进一步监测该电池小组中各电池单体电池的电压值，如果某节电池的电压持续下降，则可以判断该节电池有内短路故障，最后对内短路故障的等效内短路电阻进行了计算，降低了内短路故障诊断的计算负担。

Claims (7)

1.一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法，其特征在于，所述成组电池内短路故障诊断方法包括以下步骤：
步骤1：确定有内短路故障的电池组，将一个包含N节电池的电池组分成若干电池小组，分别将电池小组并联到一个可调的电压源上；
步骤2：基于步骤1确定电池组中内短路电池的电池序号；
步骤3：计算步骤2的内短路等效电阻，来验证方法的有效性。
2.根据权利要求1所述一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤，
步骤1.1：将电池组恒流恒压充电至满电状态，并将电池组静置；
步骤1.2：将恒压源并联到电池组中的电池小组上，监测电池小组和恒压源之间的电流方向；
步骤1.3：当检测到步骤1.2的电流方向出现反向变化，则能判断电池小组中包含有内短路故障的电池。
3.根据权利要求2所述一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1.1的静置时间为0.5h-1.5h。
4.根据权利要求1所述一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1.2中电压源的电压值小于电池组中各个单体电池的电压和，电压源的电压值与电池组中各个单体电池的电压和的电压差值设置为10mV。
5.根据权利要求1所述一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2包含以下步骤，
步骤2.1：检测到有包含内短路故障电池的电池小组后，记录该电池小组中各电池单体的电压数值；
步骤2.2：当某节电池单体的电压数值持续的降低，则能判断该节电池有内短路故障。
6.根据权利要求1所述一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3包含以下步骤，
步骤3.1：由当前时刻的电压Vb通过计算出当前时刻故障电池单体的电量；
步骤3.2：通过求取t2时间段内由恒压源传递到电池小组的电量Q；
步骤3.3：通过计算出故障电池单体在没有获得恒压源传递过来的电量的情况下的电量Q2；
步骤3.4：通过由电量Q2计算出无电量传递情况下的故障电池单体电压Vc；
步骤3.5：由最初时刻电压Va和无电量传递情况下的故障电池单体电压Vc计算出故障电池单体在t2期间应有的实际电压降V；
步骤3.6：以实际电压降V计算出由于内短路故障导致的漏电量Q；
步骤3.7：计算t2期间的平均内短路电流Isc；
步骤3.8：根据欧姆定律计算出内短路等效电阻Rsc，来验证方法的有效性。
7.根据权利要求6所述一种基于电池自放电效应的成组电池内短路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3中，通过电池管理系统中内置的算法获得，单体电池的荷电状态SOC。
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