CN114252772A - 一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统。所述方法，包括：对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识；根据辨识后的参数在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型；在辨识后的电池二阶等效电路中增加等效电阻，得到电池内部短路二阶等效电路；根据电池内部短路二阶等效电路，在电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型；以电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值；等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。本发明能提高锂离子电池内部短路诊断的准确性。

Description

一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统

技术领域

本发明涉及电池诊断领域，特别是涉及一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统。

背景技术

电动汽车技术发展日益成熟，同时消费者对电动汽车性能的需求也越来越高，特别是续航里程。然而，在锂离子电池能量密度不断增大的同时，异常情况下锂离子电池发生热失控的风险也会显著增加。锂离子电池作为电动汽车核心部件之一，目前虽然着重于研发高能量密度的锂离子电池，但是锂离子电池安全性也要得到足够重视。锂离子电池的安全性问题是提升锂离子电池能量密度的前提，锂离子电池的安全性研究是电动汽车长期可持续发展的不竭动力。

锂离子电池的热失控主要由两方面引发：一方面是锂离子电池的材料和生产工艺存在问题，另一方面是锂离子电池使用过程中存在问题。锂离子电池在使用过程中形成热失控的原因有很多，比如锂离子电池出现内外部短路、过度充放电、大倍率充放电、高低温环境、循环老化、挤压变形等。其中，锂离子电池发生内部短路是引发热失控的最常见原因。

为了最大程度地发挥锂离子电池性能，提高其锂离子电池安全性与延长使用寿命，就必须对锂离子电池情况进行在线监控，并同时进行锂离子电池内部短路诊断。锂离子电池的内部短路诊断是通过对锂离子电池的温度、电压、电流等状态信息进行实时监测，通过一定的模型算法实现锂离子电池内部短路的早期预警。

目前，已有研究人员从不同角度提出了一些锂离子锂离子电池内部短路检测与诊断方法。比如，基于参数阈值的锂离子电池内部短路诊断、基于不一致性的锂离子电池内部短路诊断、基于模型的锂离子电池内部短路诊断和基于深度学习的锂离子电池内部短路诊断。其中基于模型的锂离子电池内部短路诊断更适用于实际应用。基于模型的电池内部短路诊断方法是将内部短路诊断问题转化为模型参数估计问题，现有的基于模型的电池内部短路诊断方法，随着电池老化，模型精度变差，会导致内部短路诊断不准确。

发明内容

基于此，本发明实施例提供一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统，以提高锂离子电池内部短路诊断的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种锂离子电池内部短路诊断方法，包括：

对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识；所述参数包括目标电池的开路电压值、输入电阻值、一阶RC环节的电阻电容值和二阶RC环节的电阻电容值；

根据辨识后的参数在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型；

在辨识后的电池二阶等效电路中增加等效电阻，得到电池内部短路二阶等效电路；

根据所述电池内部短路二阶等效电路，在所述电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型；

以所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对所述等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值；所述等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。

可选的，所述对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识，具体包括：

构建目标电池的二阶等效电路；所述二阶等效电路包括输入电阻、一阶RC环节和二阶RC环节；

采用脉冲充放电测试方法对所述二阶等效电路中的参数进行辨识，得到辨识后的参数。

可选的，所述采用脉冲充放电测试方法对所述二阶等效电路中的参数进行辨识，得到辨识后的参数，具体包括：

基于脉冲充放电测试曲线，根据第一时间段对应的辨识后的输入电阻值和第二时间段对应的辨识后的输入电阻值，确定最终辨识后的输入电阻值；所述第一时间段为从放电初始时刻到脉冲放电阶跃时刻的时间段；所述第二时间段为从脉冲放电结束时刻到脉冲放电结束的阶跃时刻的时间段；

确定第一拟合方程

所述第一拟合方程为第三时间段的电池输出电压的拟合方程；所述第三时间段为从脉冲放电阶跃时刻到脉冲放电结束时刻的时间段；其中，t表示第一拟合方程对应的时间，y表示第一拟合方程对应的输出电压值，a₁、a₂、a₃、a₄和a₅表示第一拟合方程的系数；

根据所述脉冲充放电测试曲线，采用待定系数法确定所述第一拟合方程的系数；

基于所述第一拟合方程的系数和所述最终辨识后的输入电阻值确定所述第三时间段对应的辨识后的部分参数；所述部分参数包括开路电压值、一阶RC环节的电阻值、一阶RC环节的电容值、二阶RC环节的电阻值和二阶RC环节的电容值；

确定第二拟合方程

所述第二拟合方程为第四时间段的电池输出电压的拟合方程；所述第四时间段为从脉冲放电结束的阶跃时刻到电池脉冲放电后静置平缓时刻的时间段；其中，t′表示第二拟合方程对应的时间，y′表示第二拟合方程对应的输出电压值，b₁、b₂、b₃、b₄和b₅表示第二拟合方程的系数；

根据所述脉冲充放电测试曲线，采用待定系数法确定所述第二拟合方程的系数；

基于所述第二拟合方程的系数确定所述第四时间段对应的辨识后的部分参数；

根据所述第三时间段对应的辨识后的部分参数和所述第四时间段对应的辨识后的部分参数，确定最终辨识后的部分参数；所述辨识后的参数包括所述最终辨识后的输入电阻值和所述最终辨识后的部分参数。

可选的，所述最终辨识后的输入电阻值为

其中，R₀表示最终辨识后的输入电阻值；R₀′表示第一时间段对应的辨识后的输入电阻值；R₀″表示第二时间段对应的辨识后的输入电阻值；

V_B表示放电初始时刻对应的输出电压值，V_C表示脉冲放电阶跃时刻对应的输出电压值，V_D表示脉冲放电结束时刻对应的输出电压值，V_E表示脉冲放电结束的阶跃时刻对应的输出电压值，I表示输出电流值。

可选的，所述第三时间段对应的辨识后的部分参数为

其中，E_ocv′表示第三时间段对应的辨识后的开路电压值；R₁′表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁′表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂′表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂′表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值；R₀表示最终辨识后的输入电阻值；I表示输出电流值。

可选的，所述第四时间段对应的辨识后的部分参数为

其中，E_ocv″表示第四时间段对应的辨识后的开路电压值；R₁″表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁″表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂″表示第四时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂″表示第四时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值；I表示输出电流值。

可选的，所述最终辨识后的部分参数为

E_ocv表示最终辨识后的开路电压值；R₁表示最终辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁表示最终辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂表示最终辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂表示最终辨识后的二阶RC环节的电容值；E_ocv′表示第三时间段对应的辨识后的开路电压值；R₁′表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁′表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂′表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂′表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值；E_ocv″表示第四时间段对应的辨识后的开路电压值；R₁″表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁″表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂″表示第四时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂″表示第四时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值。

可选的，所述以所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对所述等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值，具体包括：

在当前迭代次数下，计算当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差，得到当前均方根误差；

判断所述当前均方根误差是否小于或等于最小设定误差值；

若是，则将当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值确定为最终的等效电阻值；

若否，则更新当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值后，进行下一次迭代。

可选的，所述更新当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值，具体包括：

若所述当前均方根误差小于上次迭代次数下的均方根误差，则增大当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值；

若所述当前均方根误差大于或等于上次迭代次数下的均方根误差，则减小当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值。

本发明还提供了一种锂离子电池内部短路诊断系统，包括：

参数辨识模块，用于对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识；所述参数包括目标电池的开路电压值、输入电阻值、一阶RC环节的电阻电容值和二阶RC环节的电阻电容值；

第一电路模型构建模块，用于根据辨识后的参数在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型；

短路电路确定模块，用于在辨识后的电池二阶等效电路中增加等效电阻，得到电池内部短路二阶等效电路；

第二电路模型构建模块，用于根据所述电池内部短路二阶等效电路，在所述电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型；

等效电阻求解模块，用于以所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对所述等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值；所述等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例提出了一种锂离子电池内部短路诊断方法及系统，通过对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识，在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型；根据增加了等效电阻的电池内部短路二阶等效电路，在电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型；以电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值，通过等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。本发明能根据电池状态变化对内部短路的演变进行预测，电池的老化不会对诊断结果造成影响，因此，能提高锂离子电池内部短路诊断的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的锂离子电池内部短路诊断方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的二阶等效电路的电路原理图；

图3为本发明实施例提供的脉冲充放电测试曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的电池内部短路二阶等效电路的电路原理图；

图5为本发明实施例提供的电池内部短路二阶等效电路模型的示意图；

图6为本发明实施例提供的锂离子电池内部短路诊断系统的结构图。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的锂离子电池内部短路诊断方法的流程图。参见图1，该方法，包括：

步骤101：对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识；所述参数包括目标电池的开路电压值、输入电阻值、一阶RC环节的电阻电容值和二阶RC环节的电阻电容值。所述目标电池可以为锂离子电池。

其中，步骤101，具体包括：

1)构建目标电池的二阶等效电路。本实施例采用2个RC环节的二阶等效电路模型来模拟电池输出特性，所述二阶等效电路的电路原理图如图2所示，所述二阶等效电路包括输入电阻、一阶RC环节和二阶RC环节。电池二阶等效电路模型需要辨识的参数包括开路电压值E_ocv、输入电阻值R₀、一阶RC环节的电容值C₁、一阶RC环节的电阻值R₁、二阶RC环节的电容值C₂和二阶RC环节的电阻值R₂。开路电压值E_ocv主要由电池正负极材料属性和电池SOC决定。

2)采用脉冲充放电测试方法对所述二阶等效电路中的参数进行辨识，得到辨识后的参数。脉冲充放电测试方法能够充分反映表现出电池原有的电化学特性，比如欧姆极化、电化学极化和浓差极化等。具体为：

①采用脉冲充放电测试方法得到的脉冲充放电测试曲线如图3所示，其中，A点为电池静置时的点，B点为放电初始时的点，C点为脉冲放电阶跃点，D点为脉冲放电结束点，E点为脉冲放电结束的阶跃点，F点为电池脉冲放电后静置平缓的点，这些点是根据电池脉冲放电时，选取上午电池的电压特征点。基于脉冲充放电测试曲线，根据第一时间段对应的辨识后的输入电阻值和第二时间段对应的辨识后的输入电阻值，确定最终辨识后的输入电阻值。所述第一时间段为从放电初始时刻到脉冲放电阶跃时刻的时间段，即图3中的B→C段，该时间段为极短的时间段；所述第二时间段为从脉冲放电结束时刻到脉冲放电结束的阶跃时刻的时间段，即图3中的D→E段，该时间段也为极短的时间段。输入电阻值得辨识过程为：

二阶等效电路的电路微分方程为：

其中，V_out表示二阶等效电路的输出电压；V₀表示输入电阻两端的电压；V₁表示一阶RC环节的电压；V₂表示二阶RC环节的电压；I表示电池电流，充电为正，放电为负；t表示时间。

电池的输出响应可以表示为：

其中，V_{1_0}表示电池一阶RC环节的初始电压；τ₁表示电池一阶RC环节的时间常数，τ₁等于R₁*C₁；V_{2_0}表示电池二阶RC环节的初始电压；τ₂表示电池二阶RC环节的时间常数，τ₂等于R₂*C₂。

图3的B→C段和D→E段对应二阶等效电路中输入电阻产生的电压降，因此输入电阻值通过

和

的均值来辨识，最终辨识后的输入电阻值为

其中，R₀表示最终辨识后的输入电阻值；R₀′表示第一时间段对应的辨识后的输入电阻值；R₀″表示第二时间段对应的辨识后的输入电阻值；V_B表示放电初始时刻(t₁时刻)对应的输出电压值，V_C表示脉冲放电阶跃时刻(t₁之后极短时间后的时刻)对应的输出电压值，V_D表示脉冲放电结束时刻(t₂时刻)对应的输出电压值，V_E表示脉冲放电结束的阶跃时刻(t₂之后极短时间后的时刻)对应的输出电压值，I表示输出电流值。

②对于第三时间段，第三时间段为从脉冲放电阶跃时刻到脉冲放电结束时刻的时间段，即图3的C→D段，从t₁时刻二阶等效电路进入零状态响应，两个RC环节的初始电压V_{1_0}＝0、V_{2_0}＝0，由上述电池的输出响应的公式可得出C→D段的电池输出电压为：

在C→D段电池输出电压与时间的函数关系由系数替换抽象出来可用第一拟合方程来表示。确定的第一拟合方程为

该第一拟合方程为第三时间段的电池输出电压的拟合方程；其中，t表示第一拟合方程对应的时间，y表示第一拟合方程对应的输出电压值，a₁、a₂、a₃、a₄和a₅表示第一拟合方程的系数。

因此，可以对C→D段的电池输出电压进行拟合得到第一拟合方程中的5个系数a₁、a₂、a₃、a₄和a₅，即根据所述脉冲充放电测试曲线，采用待定系数法可确定所述第一拟合方程的系数。

基于所述第一拟合方程的系数和所述最终辨识后的输入电阻值确定所述第三时间段对应的辨识后的部分参数；所述部分参数包括开路电压值、一阶RC环节的电阻值、一阶RC环节的电容值、二阶RC环节的电阻值和二阶RC环节的电容值。

所述第三时间段对应的辨识后的部分参数为

其中，E_ocv′表示第三时间段对应的辨识后的开路电压值；R₁′表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁′表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂′表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂′表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值。

③对于第四时间段，第四时间段为从脉冲放电结束的阶跃时刻到电池脉冲放电后静置平缓时刻的时间段，即图3的E→F段，电池的脉冲电流移除，这段时间等效电路内的两个RC环节为零输入响应，这段时间内的电池输出电压为：

在E→F段电池输出电压与时间的函数关系由系数替换抽象出来可用第二拟合方程来表示。为了区分不同的时间段，第二拟合方程表示为

所述第二拟合方程为第四时间段的电池输出电压的拟合方程；其中，t′表示第二拟合方程对应的时间，y′表示第二拟合方程对应的输出电压值，b₁、b₂、b₃、b₄和b₅表示第二拟合方程的系数。

因此，可以对E→F段的电池输出电压进行拟合得到第二拟合方程中的5个系数b₁、b₂、b₃、b₄和b₅，即根据所述脉冲充放电测试曲线，采用待定系数法确定所述第二拟合方程的系数。

基于所述第二拟合方程的系数确定所述第四时间段对应的辨识后的部分参数。所述第四时间段对应的辨识后的部分参数为

其中，E_ocv″表示第四时间段对应的辨识后的开路电压值；R₁″表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁″表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂″表示第四时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂″表示第四时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值。

④根据所述第三时间段对应的辨识后的部分参数和所述第四时间段对应的辨识后的部分参数，确定最终辨识后的部分参数；所述辨识后的参数包括所述最终辨识后的输入电阻值和所述最终辨识后的部分参数。

将所述第三时间段对应的辨识后的部分参数和所述第四时间段对应的辨识后的部分参数取均值，得到最终辨识后的部分参数，具体为：

E_ocv表示最终辨识后的开路电压值；R₁表示最终辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁表示最终辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂表示最终辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂表示最终辨识后的二阶RC环节的电容值。

步骤102：根据辨识后的参数在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型。具体的，可根据辨识后的参数，通过二阶等效电路的离散状态方程，在Simulink中搭建电池二阶等效电路模型。电池二阶等效电路模型输入数据是电池工况的时间、电流数据，以及实际电池的测量电压数据，输出数据是二阶等效电路的输出电压。

步骤103：在辨识后的电池二阶等效电路中增加等效电阻，得到电池内部短路二阶等效电路。正常二阶等效电路的基础上，引入电池内部短路等效电阻形成如图4所示的电池内部短路二阶等效电路，其中R_short表示等效电阻值，I_short表示等效电流值，I_bat表示电池的实际电流值。

步骤104：根据所述电池内部短路二阶等效电路，在所述电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型。

在Simulink中的电池二阶等效电路模型的基础上加入内部短路等效电阻模块，形成电池内部短路二阶等效电路模型，如图5所示，电池内部短路二阶等效电路模型包括电池二阶等效电路模型1和内部短路等效电阻模块2，图5中的UL、U1、U2、I和Ibat分别对应图4中的V_out、V₁、V₂、I和I_bat。

步骤105：以所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对所述等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值；所述等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。该步骤通过迭代调整内部短路等效电阻来辨识电池内部短路状态，等效电阻值越小表示目标电池内部短路越严重。

其中，步骤105，具体包括：

在当前迭代次数下，计算当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差，得到当前均方根误差。均方根误差S_{_rmse}的计算公式为：

其中，n表示选取的时间段内采样电压数据的总个数，V_{out_bat}为电池的实际测量电压，V_{out_circuit}为电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压。

判断所述当前均方根误差是否小于或等于最小设定误差值。若是，则将当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值确定为最终的等效电阻值；若否，则更新当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值后，进行下一次迭代。其中，所述更新当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值，具体包括：

若所述当前均方根误差小于上次迭代次数下的均方根误差，则增大当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值；若所述当前均方根误差大于或等于上次迭代次数下的均方根误差，则减小当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值。

在实际应用中，步骤105的具体实现过程描述如下：

Input：I、V_{out_bat}。

Output：内部短路等效电阻值R_short。

此外，当达到最大迭代次数时，仍未满足停止准则，此时电池内部等效电阻被诊断累加到很高的值，表示电池可能只是微型内部短路，甚至未发生过内部短路。因此，这种情况下，电池内部短路诊断不会发出内部短路预警和警告。

本实施例的锂离子电池内部短路诊断方法，以等效电阻值确定电池内部短路的严重程度，能够实现锂离子电池内部短路严重程度的定量诊断，精确诊断锂离子电池内部短路情况，为锂离子电池安全预警提供一个较好的方法。

本发明还提供了一种锂离子电池内部短路诊断系统，图6为本发明实施例提供的锂离子电池内部短路诊断系统的结构图。参见图6，该系统，包括：

参数辨识模块201，用于对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识；所述参数包括目标电池的开路电压值、输入电阻值、一阶RC环节的电阻电容值和二阶RC环节的电阻电容值。

第一电路模型构建模块202，用于根据辨识后的参数在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型。

短路电路确定模块203，用于在辨识后的电池二阶等效电路中增加等效电阻，得到电池内部短路二阶等效电路。

第二电路模型构建模块204，用于根据所述电池内部短路二阶等效电路，在所述电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型。

等效电阻求解模块205，用于以所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对所述等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值；所述等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，包括：

对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识；所述参数包括目标电池的开路电压值、输入电阻值、一阶RC环节的电阻电容值和二阶RC环节的电阻电容值；

根据辨识后的参数在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型；

在辨识后的电池二阶等效电路中增加等效电阻，得到电池内部短路二阶等效电路；

根据所述电池内部短路二阶等效电路，在所述电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型；

以所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对所述等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值；所述等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识，具体包括：

构建目标电池的二阶等效电路；所述二阶等效电路包括输入电阻、一阶RC环节和二阶RC环节；

采用脉冲充放电测试方法对所述二阶等效电路中的参数进行辨识，得到辨识后的参数。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述采用脉冲充放电测试方法对所述二阶等效电路中的参数进行辨识，得到辨识后的参数，具体包括：

基于脉冲充放电测试曲线，根据第一时间段对应的辨识后的输入电阻值和第二时间段对应的辨识后的输入电阻值，确定最终辨识后的输入电阻值；所述第一时间段为从放电初始时刻到脉冲放电阶跃时刻的时间段；所述第二时间段为从脉冲放电结束时刻到脉冲放电结束的阶跃时刻的时间段；

确定第一拟合方程

所述第一拟合方程为第三时间段的电池输出电压的拟合方程；所述第三时间段为从脉冲放电阶跃时刻到脉冲放电结束时刻的时间段；其中，t表示第一拟合方程对应的时间，y表示第一拟合方程对应的输出电压值，a₁、a₂、a₃、a₄和a₅表示第一拟合方程的系数；

根据所述脉冲充放电测试曲线，采用待定系数法确定所述第一拟合方程的系数；

基于所述第一拟合方程的系数和所述最终辨识后的输入电阻值确定所述第三时间段对应的辨识后的部分参数；所述部分参数包括开路电压值、一阶RC环节的电阻值、一阶RC环节的电容值、二阶RC环节的电阻值和二阶RC环节的电容值；

确定第二拟合方程

所述第二拟合方程为第四时间段的电池输出电压的拟合方程；所述第四时间段为从脉冲放电结束的阶跃时刻到电池脉冲放电后静置平缓时刻的时间段；其中，t′表示第二拟合方程对应的时间，y′表示第二拟合方程对应的输出电压值，b₁、b₂、b₃、b₄和b₅表示第二拟合方程的系数；

根据所述脉冲充放电测试曲线，采用待定系数法确定所述第二拟合方程的系数；

基于所述第二拟合方程的系数确定所述第四时间段对应的辨识后的部分参数；

根据所述第三时间段对应的辨识后的部分参数和所述第四时间段对应的辨识后的部分参数，确定最终辨识后的部分参数；所述辨识后的参数包括所述最终辨识后的输入电阻值和所述最终辨识后的部分参数。

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述最终辨识后的输入电阻值为

其中，R₀表示最终辨识后的输入电阻值；R₀′表示第一时间段对应的辨识后的输入电阻值；R₀″表示第二时间段对应的辨识后的输入电阻值；

V_B表示放电初始时刻对应的输出电压值，V_C表示脉冲放电阶跃时刻对应的输出电压值，V_D表示脉冲放电结束时刻对应的输出电压值，V_E表示脉冲放电结束的阶跃时刻对应的输出电压值，I表示输出电流值。

5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述第三时间段对应的辨识后的部分参数为

其中，E_ocv′表示第三时间段对应的辨识后的开路电压值；R₁′表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁′表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂′表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂′表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值；R₀表示最终辨识后的输入电阻值；I表示输出电流值。

6.根据权利要求3所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述第四时间段对应的辨识后的部分参数为

其中，E_ocv″表示第四时间段对应的辨识后的开路电压值；R₁″表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁″表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂″表示第四时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂″表示第四时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值；I表示输出电流值。

7.根据权利要求3所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述最终辨识后的部分参数为

E_ocv表示最终辨识后的开路电压值；R₁表示最终辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁表示最终辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂表示最终辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂表示最终辨识后的二阶RC环节的电容值；E_ocv′表示第三时间段对应的辨识后的开路电压值；R₁′表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁′表示第三时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂′表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂′表示第三时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值；E_ocv″表示第四时间段对应的辨识后的开路电压值；R₁″表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电阻值；C₁″表示第四时间段对应的辨识后的一阶RC环节的电容值；R₂″表示第四时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电阻值；C₂″表示第四时间段对应的辨识后的二阶RC环节的电容值。

8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述以所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对所述等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值，具体包括：

在当前迭代次数下，计算当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差，得到当前均方根误差；

判断所述当前均方根误差是否小于或等于最小设定误差值；

若是，则将当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值确定为最终的等效电阻值；

若否，则更新当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值后，进行下一次迭代。

9.根据权利要求8所述的一种锂离子电池内部短路诊断方法，其特征在于，所述更新当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值，具体包括：

若所述当前均方根误差小于上次迭代次数下的均方根误差，则增大当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值；

若所述当前均方根误差大于或等于上次迭代次数下的均方根误差，则减小当前迭代次数下所述电池内部短路二阶等效电路模型对应的等效电阻值。

10.一种锂离子电池内部短路诊断系统，其特征在于，包括：

参数辨识模块，用于对目标电池的二阶等效电路中的参数进行辨识；所述参数包括目标电池的开路电压值、输入电阻值、一阶RC环节的电阻电容值和二阶RC环节的电阻电容值；

第一电路模型构建模块，用于根据辨识后的参数在电路仿真软件中搭建电池二阶等效电路模型；

短路电路确定模块，用于在辨识后的电池二阶等效电路中增加等效电阻，得到电池内部短路二阶等效电路；

第二电路模型构建模块，用于根据所述电池内部短路二阶等效电路，在所述电池二阶等效电路模型中加入内部短路等效电阻模块，得到电池内部短路二阶等效电路模型；

等效电阻求解模块，用于以所述电池内部短路二阶等效电路模型的输出电压与目标电池的实际测量电压的均方根误差最小为目标，对所述等效电阻进行迭代求解，得到等效电阻值；所述等效电阻值用于反应目标电池内部短路的严重程度。

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