CN112834938B - 电池内短路检测方法、电子装置以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电池内短路检测方法、电子装置以及存储介质。所述方法包括：在t₁时刻通过第一电流I₁对电池放电；计算所述电池在t₁+dt时刻的第一放电压降ΔV₁；在t₂时刻通过第二电流I₂对所述电池放电，其中，I₁≠I₂；计算所述电池在t₂+dt时刻的第二放电压降ΔV₂；根据所述第一电流I₁、第一放电压降ΔV₁、第二电流I₂和第二放电压降ΔV₂确定所述电池是否存在内短路现象。通过本申请可以准确地确定电池是否出现内短路现象，可以保障电子装置和用户安全。

Description

电池内短路检测方法、电子装置以及存储介质

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池内短路检测方法、电子装置和存储介质。

背景技术

电池系统的安全问题一直备受关注，特别是由于电池内部短路而引起的电池故障，起火甚至爆炸都会给用户带来极大的损伤。锂离子电池内部短路的产生原因包括多种，其中包括隔膜损坏、电池制造过程中引入杂质颗粒、电极材料的溶解和沉积、电极析锂形成枝晶等。由于电池内部因素所引起的电池内部短路在初期现象不显著，但在电池继续正常使用或极端状况下，可能随着时间的推移而愈发严重。因此，在使用便携式电子产品时，电池的内部短路需要尽早发现并及时处理，这对于保障用户与设备的安全极为重要。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种电池内短路检测方法、电子装置和存储介质，可以准确地确定电池是否出现内短路现象。

本申请一实施方式提供了一种电池内短路检测方法，所述方法包括：在t₁时刻通过第一电流I₁对电池放电；计算所述电池在t₁+dt时刻的第一放电压降ΔV₁，其中，ΔV₁＝V₀-V₁，V₀为所述电池在静置状态下的端电压，V₁为所述电池在t₁+dt时刻的端电压；在t₂时刻通过第二电流I₂对所述电池放电，其中，I₁≠I₂；计算所述电池在t₂+dt时刻的第二放电压降ΔV₂，其中，ΔV₂＝V₀-V₂，V₂为所述电池在t₂+dt时刻的端电压；根据所述第一电流I₁、第一放电压降ΔV₁、第二电流I₂和第二放电压降ΔV₂确定所述电池是否存在内短路现象。

根据本申请的一些实施方式，所述方法还包括：计算所述第二放电压降ΔV₂与所述第一放电压降ΔV₁之间的第一比值dV_Ratio和所述第二电流I₂与所述第一电流I₁之间的第二比值dI_Ratio；若所述第一比值dV_Ratio与所述第二比值dI_Ratio之间的差值的绝对值大于预设值，输出所述电池存在内短路现象的提示信息。

根据本申请的一些实施方式，所述方法还包括：若所述电池存在内短路现象，计算所述电池中的内短路电阻的大小。

根据本申请的一些实施方式，所述计算所述电池中的内短路电阻的大小包括：建立所述电池的等效电路模型，并确定所述等效电路模型中的所述电池的第一电压V′₁；计算所述等效电路模型中的所述内短路电阻的第二电压V′₂；基于所述第一电压V′₁和所述第二电压V′₂得到放电压降方程；根据所述放电压降方程计算所述电池中的内短路电阻的大小。

根据本申请的一些实施方式，通过以下公式确定所述第一电压V′₁：

V′₁＝U_oc-(I+I_ISC)×r，其中，U_oc为所述电池的开路电压，r为所述电池的内阻，I_ISC为流经所述内短路电阻的电流，I为流经所述电池的内阻的电流。

根据本申请的一些实施方式，通过以下公式确定所述第二电压V′₂：

V′₂＝I_ISC×R_ISC，其中，R_ISC为所述内短路电阻的大小。

根据本申请的一些实施方式，通过以下公式确定所述放电压降方程：

其中，ΔV＝U_oc-V′₁，V′₁＝V′₂。

根据本申请的一些实施方式，所述根据所述放电压降方程计算所述电池中的内短路电阻的大小包括：

基于所述放电压降方程得到第一放电压降

基于所述放电压降方程得到第二放电压降

根据所述第一放电压降和所述第二放电压降计算得到第一比值

并根据所述第一比值得到所述电池中的内短路电阻的大小为

本申请一实施方式提供了一种电子装置，所述电子装置包括：电池；以及处理器，用于执行如上所述的电池内短路检测方法。

本申请一实施方式提供了一种存储介质，其上存储有至少一条计算机指令，所述计算机指令由处理器加载并用于执行如上所述的电池内短路检测方法。

本申请的实施方式可以通过计算电池在不同放电电流下的压降比值，判断所述电池是否存在内部短路现象，并在确定电池出现内部短路现象时计算内短路电阻值。不仅可以准确地确定电池是否出现内部短路现象，还能准确地计算短路电阻值的大小。从而尽早发现电池的内部短路现象，保障电子装置与用户的安全。

附图说明

图1是根据本申请一实施方式的电子装置的示意图。

图2为本申请一实施例的电池内短路检测方法的流程图。

图3为电池存在内短路时采用的电池等效电路模型。

图4为电池不存在内短路时采用的电池等效电路模型。

图5为根据本申请一实施方式的电池内短路检测方法计算电池内短路电阻检测结果示意图。

主要元件符号说明

电子装置 100

存储器 11

处理器 12

电池 13

采集装置 14

计时器 15

如下具体实施方式将结合上述附图进一步详细说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

请参阅图1，图1为本申请一实施例的电子装置的示意图。所述电子装置100包括，但不仅限于，存储器11、至少一个处理器12、电池13、采集装置14、以及计时器15，上述元件之间可以通过总线连接，也可以直接连接。

需要说明的是，图1仅为举例说明电子装置100。在其他实施例中，电子装置100也可以包括更多或者更少的元件，或者具有不同的元件配置。所述电子装置100可以为电动摩托、电动单车、电动汽车、手机、平板电脑、个数数字助理、个人电脑，或者任何其他适合的可充电式设备。

在一个实施例中，所述电池13为可充电电池，用于给所述电子装置100提供电能。例如，所述电池13可以是铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池及磷酸铁锂电池等。所述电池13通过电池管理系统(Battery Management System，BMS)与所述处理器12逻辑相连，从而通过所述电池管理系统实现充电、以及放电等功能。所述电池管理系统可通过CAN或RS485与储能逆变器(Power Conversion System，PCS)通讯连接。所述电池13包括电芯(图中未示出)，所述电池可以采用可循环再充电的方式反复充电。

在本实施例中，所述采集装置14用于采集电池13的电压及电池13的充电电流。在本实施例中，所述采集装置14用于采集所述电池13的电芯的电压及所述电池13的电芯的充电电流。在本实施例中，所述采集装置14为模数转换器。可以理解的是，所述采集装置14还可为其他电压采集装置及电流采集装置。所述计时器15用于记录所述电池13的电芯在充电过程中的充电时间。可以理解的是，所述电子装置100还可以包括其他装置，例如压力传感器、光线传感器、陀螺仪、湿度计、红外线传感器等。

请参阅图2，图2为本申请一实施例的电池内短路检测方法的流程图。所述电池内短路检测方法应用于电池上。所述电池内短路检测方法包括下列步骤：

步骤S20：以dt为采样间隔实时采集电池的端电压和电流。

在本实施方式中，在电池工作过程(例如，充电或者放电过程)中，通过所述采集装置14以dt为采样间隔实时采集所述电池的端电压和电流。需要说明的是，在所述电池处于静置状态下，先通过所述采集装置14采集所述电池的端电压V₀。此时，所述电池的开路电压OCV可以作为所述电池的端电压。

步骤S21：在t₁时刻通过第一电流I₁对所述电池放电。

在本实施方式中，为了确定所述电池在工作过程中是否存在内短路现象，需要计算所述电池在不同放电电流下的压降比值，并根据所述压降比值判断所述电池是否存在内部短路现象，若确定所述电池存在内部短路现象，则计算内短路电阻值。

在一实施方式中，在所述t₁时刻使用负载以所述第一电流I₁对所述电池进行脉冲放电。需要说明的是，在其他实施方式中，还可以以所述第一电流I₁对所述电池进行恒流放电。

步骤S22：计算所述电池在t₁+dt时刻的第一放电压降ΔV₁，其中，ΔV₁＝V₀-V₁，V₀为所述电池处于静置状态下的端电压，V₁为所述电池在t₁+dt时刻的端电压。

在本实施方式中，通过以所述第一电流I₁对所述电池进行脉冲放电后，可以计算所述电池在t₁+dt时刻的第一放电压降ΔV₁。具体地，通过所述采集装置14采集所述电池在t₁+dt时刻的端电压V₁，再根据所述电池处于静置状态下的端电压V₀，得到所述电池在t₁+dt时刻的第一放电压降ΔV₁＝V₀-V₁。

步骤S23：在t₂时刻通过第二电流I₂对所述电池放电，其中，I₁≠I₂。

在本实施方式中，为了保持所述电池的放电深度(Depth of discharge，DOD)不变，在所述t₂时刻使用负载以所述第二电流I₂对所述电池进行脉冲放电。

步骤S24：计算所述电池在t₂+dt时刻的第二放电压降ΔV₂，其中，ΔV₂＝V₀-V₂，V₂为所述电池在t₂+dt时刻的端电压。

在本实施方式中，通过以所述第二电流I₂对所述电池进行脉冲放电后，可以计算所述电池在t₂+dt时刻的第二放电压降ΔV₂。具体地，通过所述采集装置14采集所述电池在t₂+dt时刻的端电压V₂，再根据所述电池在静置状态下的端电压V₀，得到所述电池在t₂+dt时刻的第二放电压降ΔV₂＝V₀-V₂。

步骤S25：根据所述第一电流I₁、第一放电压降ΔV₁、第二电流I₂和第二放电压降ΔV₂确定所述电池是否存在内短路现象。若所述电池存在内短路现象，流程进入步骤S26；若所述电池不存在内短路现象，流程进入步骤S27。

在本实施方式中，计算所述第二放电压降ΔV₂与所述第一放电压降ΔV₁之间的第一比值dV_Ratio和所述第二电流I₂与所述第一电流I₁之间的第二比值dI_Ratio，并根据所述第一比值dV_Ratio和第二比值dI_Ratio的大小，确定所述电池是否存在内短路现象。

具体地，若所述第一比值dV_Ratio与所述第二比值dI_Ratio之间的差值的绝对值大于预设值，确定所述电池存在内短路现象，流程进入步骤S26，计算所述电池中的内短路电阻的大小，并输出所述电池存在内短路现象的提示信息和所述内短路电阻的大小；若所述第一比值dV_Ratio等于所述第二比值dI_Ratio，确定所述电池不存在内短路现象，流程进入步骤S27，输出电池处于正常状态的提示信息。

需要说明的是，在理想情况下，若所述第一比值dV_Ratio不等于所述第二比值dI_Ratio，确定所述电池存在内短路现象。然而，由于存在采样误差，在所述第一比值dV_Ratio与所述第二比值dI_Ratio之间的差值的绝对值大于所述预设值时，可以确定所述电池存在内短路现象。其中，所述预设值可以是所述第二比值的5％(0.05×dI_Ratio)。

在另一实施方式中，若

大于一阈值(如5％)时，可以确定所述电池存在内短路现象。

在本实施方式中，若确定所述电池存在内短路现象，计算所述电池中的内短路电阻的大小。具体地，计算所述电池中的内短路电阻的大小的方法包括：

(a)建立所述电池的等效电路模型。在本实施方式中，所述电池等效电路模型可为Rint模型，Thevenin模型，PNGV模型，2阶RC模型等。在本实施例中，所述电池等效电路模型为Rint模型。所述Rint模型可以模拟发生内短路的电池在放电工况下的电压响应。请参考图3，图3为计算所述电池中的内短路电阻的大小时采用的电池等效电路模型。在图3中，R_ISC为所述内短路电阻，U_oc为电池开路电压，r为电池的内阻，I_ISC为流经所述内短路电阻的电流，I为流经所述电池的内阻r的电流。

(b)计算所述等效电路模型中的所述电池的第一电压V′₁。在本实施方式中，在所述电池处于放电状态时，根据欧姆定律和基尔霍夫定律，计算所述等效电路模型中的所述电池的端电压(即第一电压V′₁)。由于所述电池的内阻和所述内短路电阻串联，根据所述欧姆定律可知：U₀＝(I+I_ISC)×r。其中，U₀为电池的内阻两端的电压，I为流经所述电池的内阻r的电流，I_ISC为流经所述内短路电阻的电流，r为所述电池的内阻。所述基尔霍夫定律包括：

其中，m是所述电池等效电路模型中的闭合回路的元件数目，v_k为元件两端的电压。由此可知，U_oc＝V′₁+U₀，从而通过公式(1)可以确定所述第一电压V′₁：

V′₁＝U_oc-(I+I_ISC)×r (1)

(c)计算所述等效电路模型中的所述内短路电阻的第二电压V′₂。在本实施方式中，根据欧姆定律可知，所述等效电路模型中的所述内短路电阻的第二电压V′₂可以通过公式(2)确定。

V′₂＝I_ISC×R_ISC (2)

(d)基于所述第一电压V′₁和所述第二电压V′₂得到放电压降方程。由于内短路电阻两端分压与所述电池的第一电压相同，即V′₁＝V′₂，并且所述放电压降ΔV＝U_oc-V′₁，或者ΔV＝U_oc-V′₂。因此，通过上述公式(1)和公式(2)以及放电压降ΔV＝U_oc-V′₁，可以确定所述放电压降方程为公式(3)为：

(e)根据所述放电压降方程计算所述电池中的内短路电阻的大小。

在本实施方式中，根据所述放电压降方程计算所述电池在t₁+dt时刻的第一放电压降ΔV₁，以及计算所述电池在t₂+dt时刻的第二放电压降ΔV₂，根据所述第一放电压降和所述第二放电压降计算得到第一比值，

并重新整理第一比值的公式可以得到所述内短路电阻的大小为R_ISC。

具体地，根据所述放电压降方程计算所述电池中的内短路电阻的大小包括：基于所述放电压降方程得到第一放电压降

基于所述放电压降方程得到第二放电压降

根据所述第一放电压降和所述第二放电压降计算得到第一比值

并根据所述第一比值得到所述电池中的内短路电阻的大小为

需要说明的是，对于没有出现内短路现象的电池，可以建立另一电池等效电路模型。例如，参考图4所示的另一Rint模型模拟电池放电工况下的电压响应。此时，所述电池为标准电池，即为不存在内短路现象的电池。在图4中，U_oc为电池开路电压，r为电池的内阻，I为流经所述电池的内阻r的电流。在所述电池处于放电状态时，所述电池的端电压V＝U_oc-I×r，其中U_oc为电池的开路电压，r为电池的内阻。分别将U₀，V₁，I₁代入所述端电压对应的公式V₁＝U₀-I₁×r，可得所述电池在t₁+dt时刻的第一放电压降ΔV₁＝U₀-V₁＝I₁×r；由于所述电池在t₂时刻的放电深度(DOD)不变，因此t₂时刻电池的端电压与t1时刻相同，均等于U₀。同理将V₂和I₂代入所述端电压对应的公式V₂＝U₀-I₂×r，可得t₂+dt时刻的第二放电压降ΔV₂＝U₀-V₂＝I₂×r；从而得到所述第一放电压降与所述第二放电压降的第一比值

即所述第一比值等于所述第二比值。由此验证了在所述第一比值等于所述第二比值的情况下，确定所述电池没有出现内短路现象。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的电池内短路检测方法进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本实施例中，按照图2所示的流程，根据实时获取的电池恒流充电过程中的端电压变化，对电池是否发生内短路及内短路电阻大小进行检测。此实施例中待测样品电池为三元锂软包电池，额定容量为4Ah。在此实施例中，将阻值为75Ω、150Ω、225Ω和750Ω的定值电阻分别与三个待测样品电池并联模拟电池发生内短路状况，并通过本申请的电池内短路检测方法估算出内短路电阻的大小。具体包括如下步骤：

(1)在电池工作过程中，以1s为采样间隔实时获取并记录电池端电压和电流数据。

(2)保持电池在静置状态下记录所述电池的端电压V₀，此时所述电池的端电压可以作为电池的开路电压OCV。

(3)在第10s使用负载以I₁为2A电流对所述电池进行2s脉冲放电，记录所述电池的第一放电压降ΔV₁＝V₀-V₁，其中V₁为第11s电池的端电压。

(4)保持电池放电深度不变，在第70s时刻使用负载以I₂为4A电流对电池进行2s脉冲放电，记录电池放电压降ΔV₂＝V₀-V₂，其中V₂为第71s电池的端电压。

(5)计算两次放电压降比值

如果dV_Ratio与两次放电电流比值I₂/I₁相等，则电池不存在内短路；如果dV_Ratio与两次放电电流比值I₂/I₁不相等，则电池存在内短路现象。很明显，在本实施例中dV_Ratio与两次放电电流比值I₂/I₁不相等。

(6)若判定电池存在内短路现象，则计算所述电池的内短路电阻

需要说明的是，上述步骤(1)至步骤(6)描述了一个定值电阻与一个待测样品电池并联模拟电池发生内短路状况。按照本实施例中所描述方法，电池内短路检测结果如图5所示。三个待测样品电池分别并联75Ω的定值电阻模拟电池发生内短路状况时，通过本申请提供的电池内短路检测方法计算得到的内短路电阻的电阻值减去所述定值电阻，得到一差值，将所述差值除以所述定值电阻可以计算得到检测误差。如图5中所示，所述三个待测样品电池分别并联75Ω的定值电阻模拟电池发生内短路状况时，计算的检测误差大概分别为1％、1.49％和2.49％。同理，可以计算得到所述三个待测样品电池分别并联150Ω的定值电阻模拟电池发生内短路状况时的检测误差，所述三个待测样品电池分别并联225Ω的定值电阻模拟电池发生内短路状况时的检测误差，以及所述三个待测样品电池分别并联750Ω的定值电阻模拟电池发生内短路状况时的检测误差。由图5可知，所述三个待测样品电池分别与不同的定值电阻模拟电池发生内短路状况时计算的电阻值与所述定值电阻的阻值相差不大，验证了本申请提供的电池内短路检测方法计算电池存在内短路现象时，计算的内短路电阻的准确性较高。

请继续参阅图1，本实施例中，所述存储器11可以是电子装置的内部存储器，即内置于所述电子装置的存储器。在其他实施例中，所述存储器11也可以是电子装置的外部存储器，即外接于所述电子装置的存储器。

在一些实施例中，所述存储器11用于存储程序代码和各种数据，并在电子装置的运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。

所述存储器11可以包括随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

在一实施例中，所述处理器12可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者所述处理器也可以是其它任何常规的处理器等。

所述存储器11中的程序代码和各种数据如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，例如实现电池内短路检测方法中的步骤，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于在计算机可读存储介质中，所述计算机程序在被处理器12执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)等。

可以理解的是，以上所描述的模块划分，为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在相同处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在相同单元中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

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

Claims (9)

1.一种电池内短路检测方法，其特征在于，所述方法包括：

在t₁时刻通过第一电流I₁对电池放电；

计算所述电池在t₁+dt时刻的第一放电压降ΔV₁，其中，ΔV₁＝V₀-V₁，V₀为所述电池在静置状态下的端电压，V₁为所述电池在t₁+dt时刻的端电压；

在t₂时刻通过第二电流I₂对所述电池放电，其中，I₁≠I₂；

计算所述电池在t₂+dt时刻的第二放电压降ΔV₂，其中，ΔV₂＝V₀-V₂，V₂为所述电池在t₂+dt时刻的端电压；

根据所述第一电流I₁、第一放电压降ΔV₁、第二电流I₂和第二放电压降ΔV₂确定所述电池是否存在内短路现象；

若所述电池存在内短路现象，计算所述电池中的内短路电阻R_ISC的大小；

根据所述第一放电压降ΔV₁和所述第二放电压降ΔV₂计算得到第一比值

并根据所述第一比值得到所述电池中的内短路电阻

2.如权利要求1所述的电池内短路检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算所述第二放电压降ΔV₂与所述第一放电压降ΔV₁之间的第一比值dV_Ratio和所述第二电流I₂与所述第一电流I₁之间的第二比值dI_Ratio；

若所述第一比值dV_Ratio与所述第二比值dI_Ratio之间的差值的绝对值大于预设值，输出所述电池存在内短路现象的提示信息。

3.如权利要求1所述的电池内短路检测方法，其特征在于，所述计算所述电池中的内短路电阻的大小包括：

建立所述电池的等效电路模型，并确定所述等效电路模型中的所述电池的第一电压V′₁；

计算所述等效电路模型中的所述内短路电阻的第二电压V′₂；

基于所述第一电压V′₁和所述第二电压V′₂得到放电压降方程；

根据所述放电压降方程计算所述电池中的内短路电阻的大小。

4.如权利要求3所述的电池内短路检测方法，其特征在于，通过以下公式确定所述第一电压V′₁：

V′₁＝U_oc-(I+I_ISC)×r，其中，U_oc为所述电池的开路电压，r为所述电池的内阻，I_ISC为流经所述内短路电阻的电流，I为流经所述电池的内阻的电流。

5.如权利要求4所述的电池内短路检测方法，其特征在于，通过以下公式确定所述第二电压V′₂：

V′₂＝I_ISC×R_ISC，其中，R_ISC为所述内短路电阻的大小。

6.如权利要求5所述的电池内短路检测方法，其特征在于，通过以下公式确定所述放电压降方程：

其中，ΔV＝U_oc-V′₁，V′₁＝V′₂。

7.如权利要求6所述的电池内短路检测方法，其特征在于，所述根据所述放电压降方程计算所述电池中的内短路电阻的大小包括：

基于所述放电压降方程得到第一放电压降

基于所述放电压降方程得到第二放电压降

8.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：

电池；以及

处理器，用于执行如权利要求1至7中任意一项所述的电池内短路检测方法。

9.一种存储介质，其上存储有至少一条计算机指令，其特征在于，所述指令由处理器加载并用于执行如权利要求1至7中任意一项所述的电池内短路检测方法。

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