CN112776667A - 一种车端动力电池析锂在线监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车端动力电池析锂在线监控的方法。该方法通过在车端或换电站场景下对电池充电后静置状态下的电池电压数据进行采集，并根据采集的电压数据对各时刻的电压偏离度进行计算；当计算得到的某时刻对应的所述电压偏离度大于上一时刻的电压偏离度时，则触发对电池电压变化趋势的计算，并根据计算得到的电压变化趋势判定电池是否析锂。通过上述方式，本发明能够利用车端或换电站场景下电池充电后的静置状态，准确采集电池的电压数据并进行电压偏离度计算，进而根据电压偏离情况触发对电压变化趋势的计算，以便准确高效地实现对电芯析锂的无损检测；且本发明提供的方法时间短、成本低、效率高、准确性好，具有较高的实际应用价值。

Description

一种车端动力电池析锂在线监控方法

技术领域

本发明涉及电池析锂检测技术领域，尤其涉及一种车端动力电池析锂在线监控方法。

背景技术

电池在过充或低温充电的过程中有析锂的风险。电池析锂不仅会导致电池容量衰减，降低整个电池包的使用寿命；锂枝晶与电解液反应还可能熔穿隔膜，导致电池内部局部短路，电池温度快速上升，电池甚至整个电池包都有热失控的风险。尽管电池管理系统可以通过监控电池温度快速变化发出报警，但这种情况已经严重威胁到乘客与车辆的安全。因此，如果能在早期对电池析锂变化情况进行监控，将有效降低因析锂导致电池热失控的风险，对保障乘客及车辆的安全具有重要意义。

判断电池是否析锂的常规方法是对电芯进行拆解，通过人工观察判断电芯是否发生析锂现象。然而，这种方式不仅成本高、耗时长，难以及时获取电芯的析锂情况，而且属于破坏性实验，不能大规模应用。因此，有必要寻求能够简便高效地对电池析锂情况进行无损检测的方法。

公开号为CN108872859A的专利提供了一种电池析锂的检测方法，该专利通过在电池充电结束后静置电池，并采集电池在静置过程的电压曲线，当电压曲线中包含平台区间或者反弹区间时，则确定电池析锂。该方法虽然能够在不拆卸电芯的条件下进行检测，但其直接对电压曲线进行分析的方式容易发生误报，结果不够准确；并且，该专利对于电压曲线中是否包含平台区间或反弹区间的判断较为复杂，影响了检测效率和检测的准确性。因此，当前仍需要对电池析锂的判断方式进行改进，以提高检测效率和准确度。

有鉴于此，有必要设计一种改进的电池析锂判断方法，以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种车端动力电池析锂在线监控方法。通过在车端或换电站场景下对电池充电后静置状态下的电压信息进行采集，并计算其电压偏离度；再根据电压偏离度来判断电芯电压是否明显偏离，并在发生明显偏离时触发对电压变化趋势的计算，进而根据电压数据的降低速率来判断电池是否析锂，准确、高效地实现对电池析锂的无损检测，达到更好的预警效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种车端动力电池析锂在线监控方法，其算法框架示意图如图1所示，包括如下步骤：

S1、在车端或换电站场景下，按照预设的时间间隔对电池充电后静置状态下的电池电压数据进行实时采集；

S2、根据步骤S1采集的所述电压数据对各时刻的电压偏离度进行计算；

S3、当步骤S2中计算得到的某时刻对应的所述电压偏离度大于上一时刻的电压偏离度时，则触发对电池电压变化趋势的计算，并根据所述电压变化趋势判定电池是否析锂。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述电池电压数据包括自停止充电的t₀时刻至完成去极化过程的t_I时刻之间采集到的电池内各电芯的电压数据。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述电压偏离度的计算包括对所述t₀时刻至所述t_I时刻之间任一t_i时刻(0≤i≤I)的平均电压AvgVolt_i和电压方差StdVolt_i进行计算，其计算方法如下：

其中，m表示电池内电芯的总数；CellVolt_i,j表示在t_i时刻电池内的电芯j对应的电压，1≤j≤m。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述电压偏离度的计算方法如下：

其中，devi_i,j表示t_i时刻电芯j的电压偏离度；该电芯j在t_i时刻的上一时刻的电压偏离度则表示为devi_i-1,j。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，当devi_i,j＞0时，表示t_i时刻电芯j的电压高于t_i时刻的平均电压；当devi_i,j＜0时，表示t_i时刻电芯j的电压低于t_i时刻的平均电压。

作为本发明的进一步改进，当步骤S2中计算得到的各时刻的电压偏离度均小于或等于所述上一时刻的电压偏离度时，则无需计算所述电压变化趋势，并判定电池无明显析锂风险，可正常流通。

作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，当t_i时刻电芯j对应的电压偏离度大于所述上一时刻的电压偏离度时，所述电压变化趋势的计算方法如下：

S31、取t_i-n～t_i时刻内电芯j的电压数据，绘制成随时间变化的电压曲线，并通过线性拟合得到所述电压曲线的斜率ki，作为t_i时刻对应的时间段内电压变化程度表征值；

S32、再按照与步骤S31相同的方式计算t_i+1时刻对应的时间段内电压变化程度表征值k(i+1)；

S33、比较k(i+1)与ki的大小；

其中，t_i-n表示t_i时刻前n个时间间隔对应的时刻，n为1～10之间的任一整数；t_i+1表示t_i时刻后一个时间间隔对应的时刻。

作为本发明的进一步改进，在步骤S33中，当k(i+1)＞ki时，判定j电芯析锂风险较高，触发电池析锂报警；当k(i+1)≤ki时，则判定j电芯无明显析锂风险，可正常流通。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，采集所述电池电压数据的时间间隔为1～10s。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，采集的所述电池电压数据被实时上传至云端，进行存储与计算。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过在车端或换电站场景下对电池析锂情况进行监控，能够为电池提供一种长时间静置状态的工况场景，并对电池静置过程的电压数据进行采集，从而根据电压偏离度来判断电芯电压是否明显偏离；同时，在检测到电芯电压发生明显偏离时，本发明能够进一步对电压变化趋势进行计算，并根据电压数据的降低速率判断电池是否析锂，准确高效地实现对电芯析锂的无损检测，达到更好的预警效果，不易发生误报情况。

(2)本发明通过对电池静置过程的电芯电压数据进行采集，并对电池内各电芯电压相对于电池总体电压分布的偏离度进行计算，从而判断电芯电压的偏离情况；并在电芯电压达到一定偏离程度的同时触发对电压变化趋势的计算，进而通过偏离之前更长时间的电压数据变化趋势更加快速、精准地判定电池是否析锂。基于上述方式，本发明能够准确高效地对电芯析锂情况进行无损检测，避免了对电池进行拆解的破坏性试验和复杂的析锂情况判断过程，具有时间短、成本低、效率高、准确性好的优点，能够满足实际应用的需求。

(3)本发明通过选择车端或换电站场景进行电池析锂在线监控，不仅能够有效利用电动车充电后的停车状态，基于车端对电池电压数据进行实时采集；还能够有效利用电池换下后在换电站进行充电后的静置状态，基于换电站对电池电压数据进行采集。因此，本发明提供的方法能够直接基于车辆日常使用过程中常见的车端和换电站场景，不需要为了检测特地将电池拆卸下来，不影响车辆的正常使用，具有较好的应用前景。同时，本发明通过将采集的电压数据实时上传至云端，不仅能够长时间地储存大量数据，还能够对电压偏离度进行精确计算，进而对电池电压变化趋势进行分析，以便准确、及时地判断电池是否发生析锂，并进行相应预警，便于根据预警结果有序合理地安排维修维护工作，达到节约成本、保证电池安全使用的效果。

附图说明

图1为本发明提供的一种车端动力电池析锂在线监控方法的算法框架示意图。

图2为析锂风险较高的电池和无明显析锂风险的电池在充电后静置状态下的电芯电压变化对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供了一种车端动力电池析锂在线监控方法，包括如下步骤：

S1、在车端或换电站场景下，按照预设的时间间隔对电池充电后静置状态下的电池电压数据进行实时采集；

S2、根据步骤S1采集的所述电压数据对各时刻的电压偏离度进行计算；

S3、当步骤S2中计算得到的某时刻对应的所述电压偏离度大于上一时刻的电压偏离度时，则触发对电池电压变化趋势的计算，并根据所述电压变化趋势判定电池是否析锂。

具体地，在本发明的一个实施例中，步骤S1中电池充电后静置状态下的电池电压数据由车端通过电池管理系统(BMS)在车辆充电后的停车状态下进行采集，并通过车联网将数据实时上传至云端，进行存储与计算。在本发明的其他实施例中，该电池电压数据也可以由换电站端对换下来的电池进行充电后在静置状态下进行采集，采集的数据按照相同的方式实时上传至云端进行存储与计算。

其中，电池电压数据包括自停止充电的t₀时刻至完成去极化过程的t_I时刻之间采集到的电池内各电芯的电压数据。在本发明的一个实施例中，电池电压数据的采集时间间隔为5s，在其他实施例中，该时间间隔可以根据需要进行调整，一般为1～10s。

由于电池充电过程中的电压包括端电压、欧姆极化电压、电化学极化电压等，在完成充电后撤去电流，则欧姆极化电压消失，此时的电压受电化学极化电压的影响较大。基于此，电池充电后的停车过程为去极化过程，该去极化过程的时间长短与不同的电池设计、充电电流等因素有关，可以根据实际情况进行调整。

在上述去极化过程中，如果电池发生析锂，则电池负极表面的锂会缓慢嵌入到负极，使负极电位下降，电池的电压则下降缓慢或者有上升趋势。基于电池在静置过程中发生析锂导致的电压变化，本发明能够根据静置过程中电压下降速率的变化情况判断电芯是否析锂。

为了更加简便、高效、准确地获取电压下井速率的变化情况，在本发明的一个实施例中，通过先计算电压偏离度，在某一时刻对应的电压偏离度超过上一时刻的电压偏离度时进一步对电压变化趋势进行计算，并通过计算电芯电压的变化斜率来对电压下降速率的变化情况进行准确计算。

具体地，先按照预设的时间间隔对车辆充电后停车状态下的电池电压数据进行实时采集。

基于t₀时刻至t_I时刻之间每个时间间隔下采集到的电池中各电芯的电压数据，对任一t_i时刻(0≤i≤I)的平均电压AvgVolt_i和电压方差StdVolt_i进行计算，并以此计算t_i时刻下电芯j对应的电压偏离度，其计算方法如下：

其中，m表示电池内电芯的总数；CellVolt_i,j表示在ti时刻电池内的电芯j对应的电压，1≤j≤m；devi_i,j表示t_i时刻电芯j的电压偏离度，该电芯j在t_i时刻的上一时刻的电压偏离度即表示为devi_i-1，j。当devi_i，j＞0时，表示t_i时刻电芯j的电压高于t_i时刻的平均电压；当devi_i，j＜0时，表示t_i时刻电芯j的电压低于t_i时刻的平均电压。

当t_i时刻计算得到的任一电芯j的电压偏离度devi_i，j大于上一时刻的电压偏离度devi_i-1，j时，则判定该电芯电压发生明显偏离，从而触发对电池电压变化趋势的计算。

为了准确判断电池电压的变化趋势，本发明通过获取t_i时刻往前的更多数据，将该时间段内时间与电压的数据进行线性拟合，并将获得的斜率值作为该段时间内电压变化程度表征值。其具体计算方法如下：

S31、取t_i-n～t_i时刻内电芯j的电压数据，绘制成随时间变化的电压曲线，并通过线性拟合得到所述电压曲线的斜率ki，作为t_i时刻对应的时间段内电压变化程度表征值；

S32、再按照与步骤S31相同的方式计算t_i+1时刻对应的时间段内电压变化程度表征值k(i+1)；

S33、比较k(i+1)与ki的大小；

其中，t_i-n表示t_i时刻前n个时间间隔对应的时刻，n为1～10之间的任一整数；t_i+1表示t_i时刻后一个时间间隔对应的时刻。

基于上述方式，本发明能够对t_i时刻及其下一时刻对应的时间段内的电压变化斜率进行准确计算，通过对斜率大小对比准确反映电芯电压的变化情况。

当k(i+1)＞ki时，表明电芯电压的斜率变大了，由于电芯电压在静置过程呈下降状态，其斜率为负值，斜率变大表示电芯电压的下降速率放缓，其电芯电压的变化曲线如图1中类型2所示。类型2的电芯电压变化趋势表明电池中的电芯发生了析锂，导致去极化过程后期的电压下降速率变缓。因此，根据对电池电芯电压变化斜率的计算，可以在得到k(i+1)＞ki的结果时，判定j电芯析锂风险较高，从而触发电池析锂报警，便于有序合理地安排维修维护工作，降低因析锂导致的电池热失控的风险，以保证车辆及乘客的安全。

同理，当得到k(i+1)≤ki的结果时，其电芯电压的变化曲线如图1中的类型1所示，表明在静置去极化过程中，电芯电压的下降速率基本一致，则可以判定j电芯无明显析锂风险，可正常流通，此时不触发电池析锂报警。

通过上述方式，本发明能够利用车端或换电站提供的工况场景对充电后静置状态下的电池电压数据进行准确采集与电压偏离度计算，从而判断电芯电压的偏离情况；并在电芯电压达到一定偏离程度的同时触发对电压变化趋势的计算，并根据电芯电压的降低速率来判断电芯析锂情况，从而准确高效地对电芯析锂情况进行无损检测，避免了对电池进行拆解的破坏性试验和复杂的析锂情况判断过程，具有时间短、效率高、成本低廉的优点，能够快速准确地对电芯析锂情况进行检测，降低因析锂导致的电池热失控的风险，有效保证车辆及乘客的安全，以满足实际应用的需求。

综上所述，本发明提供了一种车端动力电池析锂在线监控的方法。该方法通过在车端或换电站场景下对电池充电后静置状态下的电池电压数据进行采集，并根据采集的电压数据对各时刻的电压偏离度进行计算；当计算得到的某时刻对应的所述电压偏离度大于上一时刻的电压偏离度时，则触发对电池电压变化趋势的计算，并根据计算得到的电压变化趋势判定电池是否析锂。通过上述方式，本发明能够利用车端或场景下电池充电后的静置状态，准确采集电池的电压数据并进行电压偏离度计算，进而根据电压偏离情况触发对电压变化趋势的计算，以便准确高效地实现对电芯析锂的无损检测；且本发明提供的方法时间短、成本低、效率高、准确性好，具有较高的实际应用价值。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种车端动力电池析锂在线监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在车端或换电站场景下，按照预设的时间间隔对电池充电后静置状态下的电池电压数据进行实时采集；

S2、根据步骤S1采集的所述电压数据对各时刻的电压偏离度进行计算；

S3、当步骤S2中计算得到的某时刻对应的所述电压偏离度大于上一时刻的电压偏离度时，则触发对电池电压变化趋势的计算，并根据所述电压变化趋势判定电池是否析锂。

2.根据权利要求1所述的一种车端动力电池析锂在线监控方法，其特征在于：在步骤S1中，所述电池电压数据包括自停止充电的t₀时刻至完成去极化过程的t_I时刻之间采集到的电池内各电芯的电压数据。

3.根据权利要求2所述的一种车端动力电池析锂在线监控方法，其特征在于：在步骤S2中，所述电压偏离度的计算包括对所述t₀时刻至所述t_I时刻之间任一t_i时刻(0≤i≤I)的平均电压AvgVolt_i和电压方差StdVolt_i进行计算，其计算方法如下：

其中，m表示电池内电芯的总数；CellVolt_i，j表示在ti时刻电池内的电芯j对应的电压，1≤j≤m。

4.根据权利要求3所述的一种车端动力电池析锂在线监控方法，其特征在于：在步骤S2中，所述电压偏离度的计算方法如下：

其中，devi_i，j表示t_i时刻电芯j的电压偏离度；该电芯j在t_i时刻的上一时刻的电压偏离度则表示为devi_i-1，j。

5.根据权利要求4所述的一种车端动力电池析锂在线监控方法，其特征在于：在步骤S2中，当devi_i，j＞0时，表示t_i时刻电芯j的电压高于t_i时刻的平均电压；当devi_i，j＜0时，表示t_i时刻电芯j的电压低于t_i时刻的平均电压。

6.根据权利要求1所述的一种车端动力电池析锂在线监控方法，其特征在于：当步骤S2中计算得到的各时刻的电压偏离度均小于或等于所述上一时刻的电压偏离度时，则无需计算所述电压变化趋势，并判定电池无明显析锂风险，可正常流通。

7.根据权利要求4所述的一种车端动力电池析锂在线监控方法，其特征在于：在步骤S3中，当t_i时刻电芯j对应的电压偏离度大于所述上一时刻的电压偏离度时，所述电压变化趋势的计算方法如下：

S31、取t_i-n～t_i时刻内电芯j的电压数据，绘制成随时间变化的电压曲线，并通过线性拟合得到所述电压曲线的斜率ki，作为t_i时刻对应的时间段内电压变化程度表征值；

S32、再按照与步骤S31相同的方式计算t_i+1时刻对应的时间段内电压变化程度表征值k(i+1)；

S33、比较k(i+1)与ki的大小；

其中，t_i-n表示t_i时刻前n个时间间隔对应的时刻，n为1～10之间的任一整数；t_i+1表示t_i时刻后一个时间间隔对应的时刻。

8.根据权利要求7所述的一种车端动力电池析锂在线监控方法，其特征在于：在步骤S33中，当k(i+1)＞ki时，判定j电芯析锂风险较高，触发电池析锂报警；当k(i+1)≤ki时，则判定j电芯无明显析锂风险，可正常流通。

9.根据权利要求1～8中任一权利要求所述的一种车端动力电池析锂在线监控方法，其特征在于：在步骤S1中，采集所述电池电压数据的时间间隔为1～10s。

10.根据权利要求1～9中任一权利要求所述的一种车端动力电池析锂在线监控方法，其特征在于：在步骤S1中，采集的所述电池电压数据实时上传至云端，进行存储与计算。

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