CN115575818A - 电池模组内部故障诊断方法、系统、存储介质及终端 - Google Patents

电池模组内部故障诊断方法、系统、存储介质及终端 Download PDF

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CN115575818A CN202211344425.5A CN202211344425A CN115575818A CN 115575818 A CN115575818 A CN 115575818A CN 202211344425 A CN202211344425 A CN 202211344425A CN 115575818 A CN115575818 A CN 115575818A
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马妍
丁鹏
严晓
赵恩海
顾单飞
王志刚
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Abstract

本发明提供一种电池模组内部故障诊断方法、系统、存储介质及终端，包括以下步骤：获取电池模组内各个电芯在各个时刻的电压数据；对所述电压数据进行预处理；对于每个电芯，计算指定时刻和上一时刻的电压数据的差值；基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数；基于所述压差系数判断所述电池模组是否出现故障。本发明的电池模组内部故障诊断方法、系统、存储介质及终端基于电池模组内各个电芯的电压数据，提前发现电池模组的内部故障，有效提升了电池模组运行的安全性。

Description

电池模组内部故障诊断方法、系统、存储介质及终端
技术领域
本发明涉及电池模组的技术领域，特别是涉及一种电池模组内部故障诊断方法、系统、存储介质及终端。
背景技术
在储能技术的飞速发展过程中，储能安全始终是热点问题。如何保障储能电站内所使用的储能电池的安全显得尤为重要。为了保证电池的安全，需要在电池的运行过程中，将一些表现不好、一致性差异较大的电池筛选出来，同时对不一致性程度进行一个划分。在日常巡检中，对这部分的电池加强运维，并配合对应的运维措施，实现对电池运行状况的密切关注，从而避免可能会发生燃烧、爆炸等风险。
不同的生产厂家，不同的制造工艺，会造成电池出现不一致性现象。电池的日常使用过程中会加大不一致现象。由于木桶效应，短板的电池对整个电池模组的影响会越来越大。如果能在电池的日常运行过程中及时找出有问题的电池，尽早地防范风险，则可以对整个电池模组的安全运行保驾护航。然而，现有的电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)的内部策略只能对电池模组的过充电(过压)和过放电(欠压)进行管理和维护告警，没办法对电池可能会出现的故障问题进行提前预警，以尽早地防范可能出现的风险。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电池模组内部故障诊断方法、系统、存储介质及终端，基于电池模组内各个电芯的电压数据，提前发现电池模组的内部故障，有效提升了电池模组运行的安全性。
第一方面，本发明提供一种电池模组内部故障诊断方法，包括以下步骤：获取电池模组内各个电芯在各个时刻的电压数据；对所述电压数据进行预处理；对于每个电芯，计算指定时刻和上一时刻的电压数据的差值；基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数；基于所述压差系数判断所述电池模组是否出现故障。
在第一方面的一种实现方式中，对所述电压数据进行预处理包括以下步骤：删除所述电芯的电压数据中的异常值；删除所述电芯的电压数据中的重复值；删除所述电芯的电压数据中的缺失值
在第一方面的一种实现方式中，根据计算Δvi＝Vi,k-Vi,k-1每个时刻和上一时刻的电压数据的差值，其中，Vi,k表示第i个电芯k时刻的电压数据，Vi,k-1表示第i个电芯k-1时刻的电压数据。
在第一方面的一种实现方式中，基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数包括以下步骤：
获取所述差值的最大值和最小值；
根据k＝max(Δv)/min(Δv)计算所述电池模组的压差系数，其中max(Δv)和min(Δv)分别表示各个电芯的电压数据的差值的最大值和最小值，且当min(Δv)为0时，不进行所述压差系数的计算。
在第一方面的一种实现方式中，基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数包括以下步骤：
计算预设时间窗口内所述电芯的压差之和；
计算所述压差之和的标准差，将所述标准差作为所述压差系数。
在第一方面的一种实现方式中，基于所述压差系数判断所述电池模组是否出现故障包括以下步骤：
当所述压差系数小于等于预设值时，判断所述电芯正常；
当所述压差系数大于所述预设值时，判断所述电芯出现故障。
在第一方面的一种实现方式中，所述电压数据采用历史电压数据和/或实时电压数据。
第二方面，本发明提供一种电池模组内部故障诊断系统，包括获取模块、预处理模块、第一计算模块、第二计算模块和判断模块；
所述获取模块用于获取电池模组内各个电芯在各个时刻的电压数据；
所述预处理模块用于对所述电压数据进行预处理；
所述第一计算模块用于对于每个电芯，计算指定时刻和上一时刻的电压数据的差值；
所述第二计算模块用于基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数；
所述判断模块用于基于所述压差系数判断所述电池模组是否出现故障。
第三方面，本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的电池模组内部故障诊断方法。
第四方面，本发明提供一种电池模组内部故障诊断终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电池模组内部故障诊断终端执行上述的电池模组内部故障诊断方法。
如上所述，本发明的电池模组内部故障诊断方法、系统、存储介质及终端，具有以下有益效果：
(1)基于电池模组内各个电芯的电压数据，提前发现电池模组的内部故障，有效提升了电池模组运行的安全性；
(2)便于实际操作，实用性强，为保护储能电池和动力电池的安全运行提供依据；
(3)可基于实时电压数据或历史电压数据实现电池模组内部故障的诊断，适用各种不同型号、不同厂家、不同工况下的电池，应用范围广。
附图说明
图1显示为本发明的电池模组内部故障诊断方法于一实施例中的流程图；
图2显示为正常的电池模组的压差系数于一实施例中的随时间变化示意图；
图3显示为异常的电池模组的压差系数于一实施例中的随时间变化示意图；
图4显示为本发明的电池模组内部故障诊断系统于一实施例中的结构示意图；
图5显示为本发明的电池模组内部故障诊断终端于一实施例中的结构示意图。
元件标号说明
41 获取模块
42 预处理模块
43 第一计算模块
44 第二计算模块
45 判断模块
51 处理器
52 存储器
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的电池模组内部故障诊断方法、系统、存储介质及终端通过对电池模组内各个电芯的电压数据进行分析处理，能够提前发现电池模组的内部故障，实现异常电芯的快速定位，从而为保护储能电池和动力电池的安全运行提供依据，有效提升了电池模组运行的安全性。
在本发明中，当多个电芯被同一个外壳框架封装在一起，通过统一的边界与外部进行联系时，就组成了一个电池模组。因此，本发明的电池模组包括多个电芯。
如图1所示，于一实施例中，本发明的电池模组内部故障诊断方法包括以下步骤：
步骤S1、获取电池模组内各个电芯在各个时刻的电压数据。
具体地，串联的电池模组中，各个电芯的电流激励相同。如果各个电芯的内阻相等，那么电池充放电时对应的电压变化也具有一致性。如果电芯的电压变化的一致性出现问题，那么可认为电池模组内存在内阻异常的电芯，即电池模组内部存在故障。因此，为了实现电池模组内部故障诊断，首先获取电池模组中各个电芯在每个电压采集时刻采集的电压数据。例如，对于第1个电芯，获取的电压数据为V1,1、V1,2、V1,3、V1,4…V1,n；第i个电芯，获取的电压数据为Vi,1、Vi,2、Vi,3、Vi,4…Vi,n。对于其中，所述电压数据可以是历史数据，也可以是实时数据。
步骤S2、对所述电压数据进行预处理。
具体地，为了保证所述电压数据的有效性和可用性，需对所述电压数据进行预处理。优选地，在进行预处理时，对所述电压数据中的异常值、重复值、缺失值等进行删除，保留有效电压数据。
步骤S3、对于每个电芯，计算指定时刻和上一时刻的电压数据的差值。
具体地，根据计算Δvi＝Vi,k-Vi,k-1每个时刻和上一时刻的电压数据的差值，其中，Vi,k表示第i个电芯k时刻的电压数据，Vi,k-1表示第i个电芯k-1时刻的电压数据。
步骤S4、基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数。
于一实施例中，对于各个电芯，首先获取指定时刻对应的电压数据的差值的最大值和最小值max(Δv)和min(Δv)；然后根据k＝max(Δv)/min(Δv)计算所述电池模组在指定时刻的压差系数，且当min(Δv)为0时，不进行所述压差系数的计算。
于另一实施例中，对于各个电芯，首先设置一预设时间窗口，再计算所述预设时间窗口内所述电芯的压差之和；最后计算所述压差之和的标准差，并将所述标准差作为所述压差系数。
步骤S5、基于所述压差系数判断所述电池模组是否出现故障。
具体地，根据k＝max(Δv)/min(Δv)计算指定时刻下所述电池模组的压差系数时，理想情况下，所述压差系数应该为1，表示各个电芯的变化趋势完全一致。实际上，由于测量误差、以及电池模组内各电芯的一致性问题、还有充放电的影响，所述压差系数会出现波动。由于相邻点间的电压数据变化不大，故所述压差系数应该是在预设值如5以内。因此，当所述压差系数小于等于预设值时，判断所述电芯正常；当所述压差系数大于所述预设值时，判断所述电芯出现故障。正常情况下，充电过程中所有电芯的电压都是上升的趋势，所述压差系数应为正值。如果电压呈下降趋势，所述压差系数为负，也可以说明这个所述电芯异常。如图2所示，由于所述压差系数均在5以下，故判断对应的电芯无异常；如图3所示，由于所述压差系数存在大于5的时刻，故判断所述电池模组出现故障。其中，max(Δv)对应的电芯即可定位为出现异常的电芯。
根据压差之和的标准差计算每个电芯的压差系数时，标准差越小，表明离散度越小。当所述标准差大于预设阈值时，表明所述电池模组出现故障。
如图4所示，于一实施例中，本发明的电池模组内部故障诊断系统包括获取模块41、预处理模块42、第一计算模块43、第二计算模块44和判断模块45。
所述获取模块41用于获取电池模组内各个电芯在各个时刻的电压数据。
具体地，串联的电池模组中，各个电芯的电流激励相同。如果各个电芯的内阻相等，那么电池充放电时对应的电压变化也具有一致性。如果电芯的电压变化的一致性出现问题，那么可认为电池模组内存在内阻异常的电芯，即电池模组内部存在故障。因此，为了实现电池模组内部故障诊断，首先获取电池模组中各个电芯在预设时间窗口内的每个电压采集时刻采集的电压数据。例如，对于第1个电芯，获取的电压数据为V1,1、V1,2、V1,3、V1,4…V1,n；第i个电芯，获取的电压数据为Vi,1、Vi,2、Vi,3、Vi,4…Vi,n。对于其中，所述电压数据可以是历史数据，也可以是实时数据。
所述预处理模块42与所述获取模块41相连，用于对所述电压数据进行预处理。
具体地，为了保证所述电压数据的有效性和可用性，需对所述电压数据进行预处理。优选地，在进行预处理时，对所述电压数据中的异常值、重复值、缺失值等进行删除，保留有效电压数据。
所述第一计算模块43与所述预处理模块42相连，用于对于每个电芯，计算指定时刻和上一时刻的电压数据的差值。
具体地，根据计算Δvi＝Vi,k-Vi,k-1每个时刻和上一时刻的电压数据的差值，其中，Vi,k表示第i个电芯k时刻的电压数据，Vi,k-1表示第i个电芯k-1时刻的电压数据。
所述第二计算模块44与所述第一计算模块43相连，用于基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数。
于一实施例中，对于各个电芯，首先获取指定时刻对应的电压数据的差值的最大值和最小值max(Δv)和min(Δv)；然后根据k＝max(Δv)/min(Δv)计算所述电池模组在指定时刻的压差系数，当min(Δv)为0时，不进行所述压差系数的计算。
于另一实施例中，对于各个电芯，首先设置一预设时间窗口，再计算所述预设时间窗口内所述电芯的压差之和；最后计算所述压差之和的标准差，并将所述标准差作为所述压差系数。
所述判断模块45与所述第二计算模块44相连，用于基于所述压差系数判断所述电池模组是否出现故障。
具体地，根据k＝max(Δv)/min(Δv)计算指定时刻下所述电池模组的压差系数时，理想情况下，所述压差系数应该为1，表示各个电芯的变化趋势完全一致。实际上，由于测量误差、以及电池模组内各电芯的一致性问题、还有充放电的影响，所述压差系数会出现波动。由于相邻点间的电压数据变化不大，故所述压差系数应该是在预设值如5以内。因此，当所述压差系数小于等于预设值时，判断所述电芯正常；当所述压差系数大于所述预设值时，判断所述电芯出现故障。正常情况下，充电过程中所有电芯的电压都是上升的趋势，所述压差系数应为正值。如果电压呈下降趋势，所述压差系数为负，也可以说明这个所述电芯异常。如图2所示，由于所述压差系数均在5以下，故判断对应的电芯无异常；如图3所示，由于所述压差系数存在大于5的时刻，故判断所述电池模组出现故障。其中，max(Δv)对应的电芯即可定位为出现异常的电芯。
根据压差之和的标准差计算每个电芯的压差系数时，标准差越小，表明离散度越小。当所述标准差大于预设阈值时，表明所述电池模组出现故障。
需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如：x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现。此外，x模块也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，一个或多个微处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。这些模块可以集成在一起，以片上系统(System-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
本发明的存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的电池模组内部故障诊断方法。优选地，所述存储介质包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
如图5所示，于一实施例中，本发明的电池模组内部故障诊断终端包括：处理器51和存储器52。
所述存储器52用于存储计算机程序。所述存储器52包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
所述处理器51与所述存储器52相连，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电池模组内部故障诊断终端执行上述的电池模组内部故障诊断方法。
优选地，所述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称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。
综上所述，本发明的电池模组内部故障诊断方法、系统、存储介质及终端基于电池模组内各个电芯的电压数据，提前发现电池模组的内部故障，有效提升了电池模组运行的安全性；便于实际操作，实用性强，为保护储能电池和动力电池的安全运行提供依据；可基于实时电压数据或历史电压数据实现电池模组内部故障的诊断，适用各种不同型号、不同厂家、不同工况下的电池，应用范围广。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电池模组内部故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取电池模组内各个电芯在各个时刻的电压数据；
对所述电压数据进行预处理；
对于每个电芯，计算指定时刻和上一时刻的电压数据的差值；
基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数；
基于所述压差系数判断所述电池模组是否出现故障。
2.根据权利要求1所述的电池模组内部故障诊断方法，其特征在于：对所述电压数据进行预处理包括以下步骤：
删除所述电芯的电压数据中的异常值；
删除所述电芯的电压数据中的重复值；
删除所述电芯的电压数据中的缺失值。
3.根据权利要求1所述的电池模组内部故障诊断方法，其特征在于：根据计算Δvi＝Vi,k-Vi,k-1每个时刻和上一时刻的电压数据的差值，其中，Vi,k表示第i个电芯k时刻的电压数据，Vi,k-1表示第i个电芯k-1时刻的电压数据。
4.根据权利要求1所述的电池模组内部故障诊断方法，其特征在于：基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数包括以下步骤：
获取所述差值的最大值和最小值；
根据k＝max(Δv)/min(Δv)计算所述电池模组的压差系数，其中max(Δv)和min(Δv)分别表示指定时刻各个电芯的电压数据的差值的最大值和最小值，且当min(Δv)为0时，不进行所述压差系数的计算。
5.根据权利要求1所述的电池模组内部故障诊断方法，其特征在于：基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数包括以下步骤：
计算预设时间窗口内所述电芯的压差之和；
计算所述压差之和的标准差，将所述标准差作为所述压差系数。
6.根据权利要求1所述的电池模组内部故障诊断方法，其特征在于：基于所述压差系数判断所述电池模组是否出现故障包括以下步骤：
当所述压差系数小于等于预设值时，判断所述电芯正常；
当所述压差系数大于所述预设值时，判断所述电芯出现故障。
7.根据权利要求1所述的电池模组内部故障诊断方法，其特征在于：所述电压数据采用历史电压数据和/或实时电压数据。
8.一种电池模组内部故障诊断系统，其特征在于：包括获取模块、预处理模块、第一计算模块、第二计算模块和判断模块；
所述获取模块用于获取电池模组内各个电芯在各个时刻的电压数据；
所述预处理模块用于对所述电压数据进行预处理；
所述第一计算模块用于对于每个电芯，计算指定时刻和上一时刻的电压数据的差值；
所述第二计算模块用于基于各个电芯的压差计算所述电池模组的压差系数；
所述判断模块用于基于所述压差系数判断所述电池模组是否出现故障。
9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的电池模组内部故障诊断方法。
10.一种电池模组内部故障诊断终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电池模组内部故障诊断终端执行权利要求1至7中任一项所述的电池模组内部故障诊断方法。
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