CN114188619B - 用于预警电池热失控状态的方法、系统及存储介质 - Google Patents

用于预警电池热失控状态的方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种用于预警电池热失控状态的方法、系统及存储介质，属于锂电池热失控预警技术领域。所述方法包括确定当前时刻；获取电池组中单体电池在所述当前时刻前的预设时间段内的单体电压波形；通过上述技术方案，本发明提供的用于预警电池热失控状态的方法、系统及存储介质通过获取单体电池在当前时刻的电压波形和温度波形，计算电池压差熵以及电池温差熵，并通过电池压差熵以及电池温差熵计算出电池热失控熵值，将电池热失控熵值与预设阈值比较以判断电池是否处于热失控的状态，结合电压与温度的双重判断，能够在电池发生热失控的初期被监测到并及时发出预警，进而降低了损失。

Description

用于预警电池热失控状态的方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及锂电池热失控预警技术领域，具体地涉及一种用于预警电池热失控状态的方法、系统及存储介质。
背景技术
随着电动汽车的迅速发展，锂电池作为其主流动力来源则备受关注。锂电池在过充、短路以及加热情况下，容易出现热失控而着火，甚至爆炸的情况，危害人身安全。电池热失控发生时往往同时存在电池温度的快速升高和电池单体电压的快速下降。
目前电池管理系统(Battery Management System，BMS)一般通过温度的快速升高来进行判断，当热失控发生时，一般电池温度会缓慢上升，等电池温度急速上升时，热失控已完全发生，因此采用这种方式，无法判断早期热失控，导致危害的发生。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种用于预警电池热失控状态的方法、系统及存储介质，该用于预警电池热失控状态的方法、系统及存储介质能够对电池是否处于热失控状态进行监测判断并发出热失控预警。
为了实现上述目的，本发明实施例一方面提供一种用于预警电池热失控状态的方法，包括：
确定当前时刻；
获取电池组中单体电池在所述当前时刻前的预设时间段内的单体电压波形；
根据公式(1)计算所述电池组的电池压差熵，
Figure BDA0003347467840000021
其中，
Figure BDA0003347467840000022
为所述单体电池的电池压差熵，t0为所述预设时间段的起始时刻，tw为所述当前时刻，Vmax(t)为t时刻下所有单体电压中的最大值，Vmin(t)为t时刻下所有单体电压中的最小值；
获取电池组中单体电池在所述当前时刻前的预设时间段内的温度波形；
根据公式(2)计算所述电池组的电池温差熵，
Figure BDA0003347467840000023
其中，
Figure BDA0003347467840000024
为所述电池温差熵，Tmax(t)为t时刻下所有温度中的最大值，Tmin(t)为t时刻下所有温度中的最小值；
根据公式(3)计算所述电池组的电池热失控熵值，
Figure BDA0003347467840000025
其中，
Figure BDA0003347467840000026
为当前时刻的电池热失控熵值；
判断所述电池热失控熵值是否大于所述电池组的预设阈值；
在判断所述电池热失控熵值大于所述电池组的预设阈值的情况下，确定所述电池组处于热失控状态。
可选地，所述方法还包括：
获取所述电池组当前时刻的电流；
判断所述电流是否大于预设的电流限定值；
在判断所述电流小于或等于所述电流限定值的情况下，获取电池组中单体电池在所述当前时刻前的预设时间段内的单体电压波形。
可选地，所述方法还包括：
获取所述电池组当前时刻的电流；
判断所述电流是否大于预设的电流限定值；
在判断所述电流大于所述电流限定值的情况下，获取所述电池组在当前时刻前的预设时间间隔的电流以作为所述电池组当前时刻的电流。
可选地，所述方法还包括：
获取所述电池组当前时刻的电流；
判断所述电流是否大于预设的电流限定值；
在判断所述电流大于所述电流限定值的情况下，获取所述电池组在当前时刻前的多个预设时间间隔的电流以作为预测电流；
从多个所述预测电流中选择小于或等于所述电流限定值的两个预测电流；
计算两个所述预测电流对应的时刻的电池热失控熵值；
根据公式(4)计算当前时刻的电池预测热失控熵值，
Figure BDA0003347467840000031
其中，t1、t2为当前时刻前的一个预设时间间隔的两端的时刻，
Figure BDA0003347467840000032
为t1时刻的电池热失控熵值，
Figure BDA0003347467840000033
为t2时刻的电池热失控熵值，
Figure BDA0003347467840000034
为当前时刻的电池预测热失控熵值；
判断所述电池预测热失控熵值是否大于所述电池组的预设阈值；
在判断所述电池预测热失控熵值大于所述电池组的预设阈值的情况下，确定所述电池组处于热失控状态。
可选地，所述方法还包括：
在确定所述电池组处于热失控状态的情况下，发出预警信息。
可选地，所述电池组的预设阈值为9。
另一方面，本发明提供一种用于预警电池热失控状态的系统，所述系统包括：
电流传感器，设置于所述电池组的所在环路中，以获取所述电池组的输出电流；
电压传感器，并联于所述电池组的每个单体电池上，以获取每个所述单体电池的单体电压；
控制器，与所述电流传感器、所述电压传感器连接，用于执行如上述任一所述的方法。
可选地，所述系统还包括警报器，与所述控制器连接，用于启动以发出预警信息。
再一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如上述任一所述的方法。
通过上述技术方案，本发明提供的用于预警电池热失控状态的方法、系统及存储介质通过获取单体电池在当前时刻的电压波形和温度波形，计算电池压差熵以及电池温差熵，并通过电池压差熵以及电池温差熵计算出电池热失控熵值，将电池热失控熵值与预设阈值比较以判断电池是否处于热失控的状态，结合电压与温度的双重判断，能够在电池发生热失控的初期被监测到并及时发出预警，进而降低了损失。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的用于预警电池热失控状态的方法的流程图；
图2是根据本发明的一个实施方式的用于预警电池热失控状态的方法的部分流程图；
图3是根据本发明的一个实施方式的用于预警电池热失控状态的方法中电流限定值判定的流程图；
图4是根据本发明的一个实施方式的用于预警电池热失控状态的方法中电流预测热失控熵值判定的流程图；
图5是根据本发明的一个实施方式的用于预警电池热失控状态的方法中发出预警信息的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1是根据本发明的一个实施方式的用于预警电池热失控状态的方法的流程图。在图1中，该方法可以包括：
在步骤S10中，获取电池组中单体电池在当前时刻前的预设时间段内的单体电压波形。其中，需要确定初始时刻，在确定时刻后根据预设的时间段确定当前时刻，该时间段可根据实际电池组的运行状态进行设置或调整。在本发明的一个实施方式中，可以采用电压传感器获取单体电池在初始时刻和当前时刻之间单体电压波形。
在步骤S11中，根据公式(1)计算电池组的电池压差熵，
Figure BDA0003347467840000051
其中，
Figure BDA0003347467840000052
为单体电池的电池压差熵，t0为预设时间段的起始时刻，tw为当前时刻，Vmax(t)为t时刻下所有单体电压中的最大值，Vmin(t)为t时刻下所有单体电压中的最小值。
在步骤S12中，获取电池组中单体电池在当前时刻前的预设时间段内的温度波形。其中，同步获取电池组中单体电池在初始时刻和当前时刻之间的温度波形，在本发明一个实施方式中，可以采用温度传感器获取单体电池在初始时刻和当前时刻之间的温度波形。
在步骤S13中，根据公式(2)计算电池组的电池温差熵，
Figure BDA0003347467840000061
其中，
Figure BDA0003347467840000062
为电池温差熵，Tmax(t)为t时刻下所有温度中的最大值，Tmin(t)为t时刻下所有温度中的最小值。
在步骤S14中，根据公式(3)计算电池组的电池热失控熵值，
Figure BDA0003347467840000063
其中，
Figure BDA0003347467840000064
为当前时刻的电池热失控熵值。
在步骤S15中，判断电池热失控熵值是否大于电池组的预设阈值。其中，在判断电池是否处于热失控的状态前，设定电池组的热失控的预设阈值，根据步骤S14中计算出的电池热失控熵值与预设阈值进行比较，用以判断该电池组是否处于热失控的状态。
在步骤S16中，在判断电池热失控熵值大于电池组的预设阈值的情况下，确定电池组处于热失控状态。其中，电池热失控熵值大于预设阈值说明电池热失控熵值超标，即该电池组处于热失控的状态，工作人员可根据判断结果及时采取相应的处理措施。
在步骤S17中，在判断电池热失控熵值小于或等于电池组的预设阈值的情况下，确定电池组未处于热失控状态。其中，电池热失控熵值小于或等于预设阈值说明电池热失控熵值在可控范围之内，即该电池组未处于热失控的状态，电池组能够正常工作。
在步骤S10至步骤S17中，在计算电池组的电池热失控熵值时，首先需要确定初始时刻，根据预设的时间段确定当前时刻，并同步获取当前时刻下该电池组中单体电池的电压波形以及温度波形，再根据电压波形以及温度波形获取电池组的电池热失控熵值。现有技术中，常采用监控温度来对电池组是否处于热失控状态进行判断，若电池组的温度快速升高，则说明该电池组处于热失控的状态。但是，一般在电池热失控发生的时候，温度呈现缓慢上升的状态，待得温度快速发生时，热失控已经完全发生，此时采取应急措施已经无法改变结果。由于在电池热失控发生的时候伴随着电池温度的快速升高和电池单体电压的快速下降，因此在本发明的该实施方式中，采取对电池组的电压以及温度同步监控的方式，获取电池的热失控熵值，通过将电池的热失控熵值与预设阈值进行比较，即可判断出该电池组是否处于热失控的状态，且该电池的热失控熵值为实时数据，能够在电池组发生热失控的早期监测出，以便于工作人员能够及时处理，避免了重大事故和重大损失的发生。
在本发明的该实施方式中，为了避免电动汽车急加速和能量回馈对电池压差熵判断的影响，需要排除该种情况对电池压差熵值的错误计算。具体地，该方法还可以包括如图2所示的步骤。在图2中，该方法还可以包括：
在步骤S20中，获取电池组当前时刻的电流。其中，在电动汽车急加速和能量回馈时，电流异常增大，导致对于电池压差熵的计算存在较大的误差，故需要获取当前时刻的电流，以避免由于电动汽车急加速和能量回馈时造成对电池组的热失控的误判。在本发明的一个实施方式中，可采用电流传感器对电池组的电流进行实时监测。
在步骤S21中，判断电流是否大于预设的电流限定值。其中，预先设定该电池组的限定值，电动汽车急加速和能量回馈时，电流异常增大，将异常电流与电流限定值进行比较，以便于工作人员更准确地判断该电池组的状态。
在步骤S22中，在判断电流小于或等于电流限定值的情况下，获取电池组中单体电池在当前时刻前的预设时间段内的单体电压波形。其中，若监测到的电流小于或等于电流限定值，说明该电池组的电流正常，进而可根据同步监测到的该电池组的单体电池的电压和温度，获得准确的电池热失控熵值，即可做出准确的电池组是否处于热失控状态的判断。若监测到的电流大于电流限定值，说明该电池组的电流异常，此时获得的电池热失控熵值不准确，不可作为热失控的判断标准，则需要继续获取电池组当前时刻的电流。
在步骤S20至S22中，通过获取电池组当前时刻的电流，并将该电流与预设的电流限定值进行比较，即可判断出该电流是否为异常电流。在电动汽车急加速和能量回馈时，电流异常增大，导致电压异常，因此此时获得的电池热失控熵值不具有作为电池组是否处于热失控状态的标准。在本发明的该实施方式中，增加对电池组的电流的判断步骤，能够筛除异常值对判断结果的影响，进而提高了该方法对电池热失控判断的准确性。
在本发明的该实施方式中，为了避免电动汽车急加速和能量回馈对电池压差熵判断的影响，需要排除该种情况对电池压差熵值的错误计算。具体地，该方法还可以包括如图3所示的步骤。在图3中，该方法还可以包括：
在步骤S30中，获取电池组当前时刻的电流。其中，在电动汽车急加速和能量回馈时，电流异常增大，导致对于电池压差熵的计算存在较大的误差，故需要获取当前时刻的电流，以避免由于电动汽车急加速和能量回馈时造成对电池组的热失控的误判。在本发明的一个实施方式中，可采用电流传感器对电池组的电流进行实时监测。
在步骤S31中，判断电流是否大于预设的电流限定值。其中，预先设定该电池组的限定值，电动汽车急加速和能量回馈时，电流异常增大，将异常电流与电流限定值进行比较，以便于工作人员更准确地判断该电池组的状态。
在步骤S32中，在判断电流大于电流限定值的情况下，获取电池组在当前时刻前的预设时间间隔的电流以作为电池组当前时刻的电流。其中，若监测到的电流大于电流限定值，说明该电池组的电流异常，此时获得的电池热失控熵值不可作为热失控的判断标准，可将上个预设的时间间隔的电流以作为电池组当前时刻的电流，即当前时刻的电池热失控熵值与上个预设时间间隔的电池热失控熵值一致，判定该电池组未处于热失控状态。通过将上个预设时间间隔的电池热失控熵值作为当前时刻的电池热失控熵值，能够在出现电动汽车急加速和能量回馈导致电流异常增大时，能够跳过对此时的热失控的判断，避免误判的情况出现。
在步骤S30至S32中，在获取当前时刻的电流大于电流限定值时，将上个预设时间间隔的电流作为电池组当前时刻的电流，即当前时刻的电池热失控熵值与上个预设时间间隔的电池热失控熵值一致，跳过了在电流大于电流限定值的情况下进行判定电池热失控的情况，能够保障该方法对电池是否处于热失控状态的准确性，避免出现误判的情况。
在本发明的该实施方式中，为了避免电动汽车急加速和能量回馈对电池压差熵判断的影响，需要排除该种情况对电池压差熵值的错误计算。具体地，该方法还可以包括如图4所示的步骤。在图4中，该方法还可以包括：
在步骤S40中，获取电池组当前时刻的电流。其中，在电动汽车急加速和能量回馈时，电流异常增大，导致对于电池压差熵的计算存在较大的误差，故需要获取当前时刻的电流，以避免由于电动汽车急加速和能量回馈时造成对电池组的热失控的误判。在本发明的一个实施方式中，可采用电流传感器对电池组的电流进行实时监测。
在步骤S41中，判断电流是否大于预设的电流限定值。其中，预先设定该电池组的限定值，电动汽车急加速和能量回馈时，电流异常增大，将异常电流与电流限定值进行比较，以便于工作人员更准确地判断该电池组的状态。
在步骤S42中，在判断电流大于电流限定值的情况下，获取电池组在当前时刻前的多个预设时间间隔的电流以作为预测电流。其中，若监测到的电流大于电流限定值，说明该电池组的电流异常，此时获得的电池热失控熵值不可作为热失控的判断标准，为了能够克服电动汽车急加速和能量回馈时电流异常的情况，从该电池组的当前时刻前的多个预设时间间隔的电流作为预测电流来预测当前时刻未发生电动汽车急加速和能量回馈时的电流。
在步骤S43中，从多个预测电流中选择小于或等于电流限定值的两个预测电流。其中，任选两个小于或等于电流限定值的两个预测电流，通过这两个预测电流预测当前时刻未发生电动汽车急加速和能量回馈时的电流。
在步骤S44中，计算两个预测电流对应的时刻的电池热失控熵值。其中，根据两个预测电流计算对应的预测电压，再根据上述公式(1)、公式(2)以及公式(3)计算出两个预测电流对应的电流热失控熵值。
在步骤S45中，根据公式(4)计算当前时刻的电池预测热失控熵值，
Figure BDA0003347467840000101
其中，t1、t2为当前时刻前的一个预设时间间隔的两端的时刻，
Figure BDA0003347467840000102
为t1时刻的电池热失控熵值，
Figure BDA0003347467840000103
为t2时刻的电池热失控熵值，
Figure BDA0003347467840000104
为当前时刻的电池预测热失控熵值。
在步骤S46中，判断电池预测热失控熵值是否大于电池组的预设阈值。其中，若为当前时刻电池组未发生动汽车急加速和能量回馈的情况，则电池预测热失控熵值为当前时刻该电池组的电池热失控熵值，将该电池预测热失控熵值与预设阈值比较，即可判断该电池组是否处于热失控状态。
在步骤S47中，在判断电池预测热失控熵值大于电池组的预设阈值的情况下，确定电池组处于热失控状态。其中，若电池预测热失控熵值大于电池组的预设阈值，则说明该电池组的电压下降过快和/或温度上升过快，该电池组处于热失控的状态。
在步骤S48中，在判断电池预测热失控熵值小于或等于电池组的预设阈值的情况下，确定电池组未处于热失控状态。其中，电池预测热失控熵值小于或等于预设阈值说明电池预测热失控熵值在可控范围之内，即该电池组未处于热失控的状态，电池组能够正常工作。
在步骤S40至S48中，从多个预测电流中选择小于或等于电流限定值的两个预测电流，并计算两个预测电流对应的电池热失控熵值，通过两个电池热失控熵值获得电池预测热失控熵值，并将该电池预测热失控熵值与预设阈值比较，以判断该电池组是否处于热失控状态。采用预测的方法获得该电池组未发生电动汽车急加速和能量回馈时的电池预测热失控熵值来判断该电池组所处的状态，能够降低该电池组出现错误判断的概率，提高该方法对该电池组所处的状态判定的准确性和有效性。
在本发明的该实施方式中，为了在电池组处于热失控状态时能够提醒工作人员及时处理，需要增加对工作人员警示的功能。具体地，该方法还可以包括如图5所示的步骤。在图5中，该方法还可以包括：
在步骤S50中，判断该电池组是否处于热失控状态。
在步骤S51中，在判断该电池组处于热失控的情况下，发出预警信息。
在本发明的该实施方式中，该电池组的预设阈值可以为9。
另一方面，本发明还提供一种用于预警电池热失控状态的系统，该系统可以包括电流传感器、电压传感器、温度传感器以及控制器。具体地，该电流传感器设置于电池组的所在环路中，以获取电池组的输出电流；该电压传感器并联于电池组的每个单体电池上，以获取每个单体电池的单体电压；该温度传感器与电池组连接，以获取电池组的温度；该控制器与电流传感器、电压传感器、温度传感器连接，用于执行如上任一的方法。
在本发明的该实施方式中，该系统还可以包括警报器。具体地，该警报器与控制器连接，用于启动以发出预警信息。
再一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以存储有指令，该指令用于被机器读取以使得该机器执行如上任一的方法。
通过上述技术方案，本发明提供的用于预警电池热失控状态的方法、系统及存储介质通过获取单体电池在当前时刻的电压波形和温度波形，计算电池压差熵以及电池温差熵，并通过电池压差熵以及电池温差熵计算出电池热失控熵值，将电池热失控熵值与预设阈值比较以判断电池是否处于热失控的状态，结合电压与温度的双重判断，能够在电池发生热失控的初期被监测到并及时发出预警，进而降低了损失。
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、商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、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种用于预警电池热失控状态的方法，其特征在于，包括：
确定当前时刻；
获取电池组中单体电池在所述当前时刻前的预设时间段内的单体电压波形；
根据公式(1)计算所述电池组的电池压差熵，
Figure FDA0003780976920000011
其中，
Figure FDA0003780976920000012
为所述单体电池的电池压差熵，t0为所述预设时间段的起始时刻，tw为所述当前时刻，Vmax(t)为t时刻下所有单体电压中的最大值，Vmin(t)为t时刻下所有单体电压中的最小值；
获取电池组中单体电池在所述当前时刻前的预设时间段内的温度波形；
根据公式(2)计算所述电池组的电池温差熵，
Figure FDA0003780976920000013
其中，
Figure FDA0003780976920000014
为所述电池温差熵，Tmax(t)为t时刻下所有温度中的最大值，Tmin(t)为t时刻下所有温度中的最小值；
根据公式(3)计算所述电池组的电池热失控熵值，
Figure FDA0003780976920000015
其中，
Figure FDA0003780976920000016
为当前时刻的电池热失控熵值；
判断所述电池热失控熵值是否大于所述电池组的预设阈值；
在判断所述电池热失控熵值大于所述电池组的预设阈值的情况下，确定所述电池组处于热失控状态；
所述方法还包括：
获取所述电池组当前时刻的电流；
判断所述电流是否大于预设的电流限定值；
在判断所述电流小于或等于所述电流限定值的情况下，获取电池组中单体电池在所述当前时刻前的预设时间段内的单体电压波形；
所述方法还包括：
获取所述电池组当前时刻的电流；
判断所述电流是否大于预设的电流限定值；
在判断所述电流大于所述电流限定值的情况下，获取所述电池组在当前时刻前的预设时间间隔的电流以作为所述电池组当前时刻的电流；
所述方法还包括：
获取所述电池组当前时刻的电流；
判断所述电流是否大于预设的电流限定值；
在判断所述电流大于所述电流限定值的情况下，获取所述电池组在当前时刻前的多个预设时间间隔的电流以作为预测电流；
从多个所述预测电流中选择小于或等于所述电流限定值的两个预测电流；
计算两个所述预测电流对应的时刻的电池热失控熵值；
根据公式(4)计算当前时刻的电池预测热失控熵值，
Figure FDA0003780976920000021
其中，t1、t2为当前时刻前的一个预设时间间隔的两端的时刻，
Figure FDA0003780976920000022
为t1时刻的电池热失控熵值，
Figure FDA0003780976920000023
为t2时刻的电池热失控熵值，
Figure FDA0003780976920000024
为当前时刻的电池预测热失控熵值；
判断所述电池预测热失控熵值是否大于所述电池组的预设阈值；
在判断所述电池预测热失控熵值大于所述电池组的预设阈值的情况下，确定所述电池组处于热失控状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在确定所述电池组处于热失控状态的情况下，发出预警信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池组的预设阈值为9。
4.一种用于预警电池热失控状态的系统，其特征在于，所述系统包括：
电流传感器，设置于所述电池组的所在环路中，以获取所述电池组的输出电流；
电压传感器，并联于所述电池组的每个单体电池上，以获取每个所述单体电池的单体电压；
控制器，与所述电流传感器、所述电压传感器连接，用于执行如权利要求1至3任一所述的方法。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括警报器，与所述控制器连接，用于启动以发出预警信息。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如权利要求1至3任一所述的方法。
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