动力电池内短路电流的提取方法与流程
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种动力电池内短路电流的提取方法。
背景技术
在能源紧缺问题与环境污染问题的双重压力下，新能源的应用已经成为不可逆的科技发展趋势。在汽车动力系统中，动力电池因其具有高比能量、低自放电率已经长循环寿命的特点，已经成为电动汽车动力来源的主要选择之一。
然而，动力电池容易发生热失控事故。动力电池内短路作为电滥用的触发形式的一种，是动力电池热失控事故中最常见的诱因之一。在动力电池使用过程中，内短路从产生到最终引发热失控需要经历数小时的时间。为了避免热失控的发生，在内短路发生与发展的这数小时内，需要使用可靠有效的内短路检测方法将内短路检测出来。比如，传统的内短路检测方法有通过检测并联支路的内短路电流来识别内短路。但是，在电池模组一致性较差或者电池模组发生老化的情况下，由于内短路引发的电流和由于不一致性引发的电流会相互掩盖，干扰到内短路识别信号，从而无法准确的检测到内短路电流。
技术实现要素：
有鉴于此，有必要针对传统的方案无法准确的检测到内短路电流的问题，提供一种动力电池内短路电流的提取方法。
一种动力电池内短路电流的提取方法，包括以下步骤：
s100，提供电池模组，所述电池模组包括多个等效的并联支路；
s200，对所述并联支路施加外部负载电流i0，测量每一个所述并联支路在外部负载电流i0作用下的并联支路电流ia1,ia2,…,ian,ia(n+1)其中下标a1，a2，…an，a(n+1)表示在n个所述并联支路中存在n+1个电流检测点，n为所述并联支路的个数，n为正整数；
s300，在外部负载电流i0等于0的δt时间内，测量每一个所述并联支路在动力电池电动势作用下的并联支路电流ia1,ia2,…,ian,ia(n+1)和每一个所述并联支路电流的变化量δia1,δia2,…,δian,δia(n+1)，其中下标a1，a2，…,an，a(n+1)表示n个所述并联支路中中存在n+1个电流检测点，δia1＝ia1-ia1，δia2＝ia2-ia2，…，δian＝ian-ian，δia1＝ia(n+1)-ia(n+1)；
s400，根据各个所述并联支路电流的变化量δia1,δia2,…,δian,δia(n+1)计算各个所述并联支路中在动力电池电动势作用下产生的均衡电流ia12,ia22,…,ian2,ia(n+1)2；
s500，根据在动力电池电动势作用下产生的内短路电流i1等于所述并联支路的实际电流i减去在动力电池电动势作用下产生的均衡电流i2，计算得出在动力电池电动势作用下产生的内短路电流i1。
在一个实施例中，所述步骤s100中：
所述电池模组包括n个对称环形拓扑电路结构，每一个所述对称环形拓扑电路结构包括多个动力电池，一个所述对称环形拓扑电路结构中的每一个所述动力电池的正极通过导线电连接形成第一环路，多个所述动力电池的负极通过导线电连接形成第二环路。
在一个实施例中，所述步骤s100中：
在所述第一环路或者所述第二环路中设置n+1个电流表，以形成n+1个电流检测点，用于检测所述并联支路的电流。
在一个实施例中，所述电池模组包括：两个串联的所述对称环形拓扑电路结构，每一个所述对称环形拓扑电路结构中包括三个并联的动力电池。
在一个实施例中，所述第一环路由一根直导线连接每一个所述动力电池的正极，所述第二环路由另一根直导线连接每一个所述动力电池的负极，每一根直导线的电导率相等。
在一个实施例中，所述步骤s400，包括：
s410，根据各个所述并联支路电流在δt时间内的变化量δia1,δia2,…,δian,δia(n+1)和公式
s420，根据所述比例关系因子αa1，αa2，…αan，αa(n+1)计算得到比例关系因子的典型值
s430，根据公式
在一个实施例中，所述步骤s420，包括：
去除所述比例关系因子αa1，αa2，…αan，αa(n+1)中的最大值和最小值之后，通过求取剩余所述比例关系因子的中值或平均值得到所述比例关系因子的典型值
在一个实施例中，在所述步骤s200之前还包括：
s110，在对所述电池模组施加外部负载电流i0时，对所述电池模组中所述并联支路的电流组成进行分析，以得出任意一个所述并联支路在外部负载电流i0作用下的实际电流i有负载，所述并联支路在外部负载电流i0作用下的实际电流i有负载等于在动力电池电动势作用下产生的内短路电流i1、在动力电池电动势作用下产生的均衡电流i2、在电池外部负载作用下产生的内短路电流i3和在电池外部负载作用下产生的均衡电流i4之和。
在一个实施例中，所述步骤s110，包括：
s111，对所述电池模组进行等效，对所述电池模组根据节点电流定律列出方程式组；
s112，将所述方程式组进行联立求解，选取一个所述并联支路ab，计算得出所述并联支路ab的并联支路电流iab，满足以下公式：
其中，iab为所述并联支路中其中一个发生内短路的并联支路电流，a1，a2，b1，b2，b3，b4为常数；i0为外部负载电流；riscr为内短路阻值；
s113，对所述步骤s112中的公式进行因式分解，得到：
其中，iab1为在动力电池电动势作用下产生的内短路电流，iab2为在动力电池电动势作用下产生的均衡电流，iab3为在电池外部负载作用下产生的内短路电流，iab4为在电池外部负载作用下产生的均衡电流。
在一个实施例中，在所述步骤s112中，当外部负载电流i0为0时，
进行因式分解后，得到：
本申请中，提供一种动力电池内短路电流的提取方法。所述方法包括提供电池模组，所述电池模组包括多个等效的并联支路。在外部负载电流等于零的δt时间内，测量每一个所述并联支路在动力电池电动势作用下的并联支路电流和每一个所述并联支路电流的变化量。根据各个所述并联支路电流的变化量计算各个所述并联支路中在动力电池电动势作用下产生的均衡电流。通过所述并联支路的实际电流减去在动力电池电动势作用下产生的均衡电流，计算得出在动力电池电动势作用下产生的内短路电流。本方法通过在电池模组运行时的零负载时刻，消除电池模组在外部负载作用下作用下产生的内短路电流和均衡电流。本方法有效的解决了内短路检测面临的问题，使得内短路检测方法能够更加准确地将锂离子动力电池的内短路检测出来。本方法有助于提高动力电池安全管理的可靠性，从而减少动力电池安全性事故的发生。
附图说明
图1为本申请一个实施例中所述动力电池内短路电流的提取方法的流程示意图；
图2为本申请一个实施例中所述电池模组的结构示意图；
图3为本申请另一个实施例中所述对称环形拓扑电路结构的结构示意图；
图4为本申请一个实施例中，所述电池模组发生内短路时的等效电路图；
图5为本申请一个实施例中，在零负载状态下测得的各并联支路电流；
图6为本申请一个实施例中，提取出的各并联支路中在电池电动势作用下产生的内短路电流。
附图标号说明：
动力电池100
对称环形拓扑电路结构200
电池模组300
具体实施方式
请参阅图1，一种动力电池内短路电流的提取方法。所述方法采用一种电池模组300，所述电池模组300的结构如图2所示。所述电池模组300可以包括n个对称环形拓扑电路结构200。每一个所述对称环形拓扑电路结构200包括多个动力电池100。一个所述对称环形拓扑电路结构200中的每一个所述动力电池100的正极通过导线电连接形成第一环路，多个所述动力电池100的负极通过导线电连接形成第二环路。
在一个实施例中，所述第一环路由一根直导线连接每一个所述动力电池的正极。所述第二环路由另一根直导线连接每一个所述动力电池的负极，每一根直导线的电导率相等。本实施例中，每根直导线的电导率相等可以精确计算发生动力电池内短路和没有发生动力电池内短路时线阻。
所述动力电池100即为工具提供动力来源的电源。所述动力电池100可以是为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。所述动力电池100可以采用阀口密封式铅酸蓄电池、敞口式管式铅酸蓄电池以及磷酸铁锂蓄电池。所述动力电池100可以是铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池铁镍蓄电池、钠氯化镍蓄电池、银锌蓄电池、钠硫蓄电池、锂蓄电池、空气蓄电池、燃料电池、太阳能蓄电池、超容量电容器、飞轮电池或者钠硫电池。本申请以锂电池作为实验对象。
比如，图2中示出了所述电池模组300的一种形式，所述电池模组300包括2组所述对称环形拓扑电路结构200。图3中示出了每一组所述对称环形拓扑电路结构200包括3个并联的所述动力电池100。图4中示出了图2所示的3并2串的所述电池模组发生内短路时的等效电路图。在一个实施例中，所述电池模组可以包括m个串联的所述对称环形拓扑电路结构。每一个所述对称环形拓扑电路结构中包括m个并联的动力电池。这里的m和m可以根据本领域技术人员的需要进行设计，并不限定为具体的数字。如图4示意了所述动力电池100的电动势分别为e11、e12、e13、e21、e22、e23。如图4同时示意了所述动力电池100的内阻分别为r11、r12、r13、r21、r22、r23。标号为e22的所述动力电池100发生了内短路，内短路的阻值为riscr。所述并联支路的线阻分别为rab、rbc、rca。在所述电池模组300中设置多个电流检测点，以实现对所述电池模组300电流的检测。比如，可以在所述第一环路或者所述第二环路中设置n+1个电流表，以形成n+1个电流检测点，用于检测所述并联支路的电流。所述电池模组300的总电流为i0。流过r11、r12、r13、r21、r22、r23的电流分别为i11、i12、i13、i21、i22、i23。当然可以理解，所述电池模组300还可以包括其他的结构形式。本申请中基于图2所示的所述电池模组300进行下述的方法和步骤。
请再参阅图1，所述动力电池内短路电流的提取方法包括以下步骤：
s100，提供电池模组300，所述电池模组包括多个等效的并联支路。
本步骤中，所述电池模组300可以采用如图2所示的3并2串的电池模组。具体连接组成所述电池模组300的方法和步骤并不作限定。
s200，对所述并联支路施加外部负载电流i0，测量每一个所述并联支路在外部负载电流i0作用下的并联支路电流ia1,ia2,…,ian,ia(n+1)其中下标a1，a2，…an，a(n+1)表示在n个所述并联支路中存在n+1个电流检测点，n为所述并联支路的个数，n为正整数。
本步骤中，可以设置电流检测点对所述并联支路的电流进行检测。对所述并联支路施加外部负载电流i0，测量每一个所述并联支路在外部负载电流i0作用下的并联支路电流ia1,ia2,…,ian,ia(n+1)。本步骤中，通过电流检测点检测到在外部负载电流i0的作用下并联支路电流可以提高电流检测的效率和精度。
s300，在外部负载电流i0等于0的δt时间内，测量每一个所述并联支路在动力电池电动势作用下的并联支路电流ia1,ia2,…,ian,ia(n+1)和每一个所述并联支路电流的变化量δia1,δia2,…,δian,δia(n+1)。其中下标a1，a2，…,an，a(n+1)表示n个所述并联支路中中存在n+1个电流检测点。δia1＝ia1-ia1，δia2＝ia2-ia2，…，δian＝ian-ian，δia1＝ia(n+1)-ia(n+1)。
本步骤中，通过各个电流检测点检测在外部负载电流i0等于0的δt时间内的并联支路电流ia1,ia2,…,ian,ia(n+1)。通过所述并联支路在外部负载电流i0作用下的并联支路电流ia1,ia2,…,ian,ia(n+1)和所述并联支路在动力电池电动势作用下的并联支路电流ia1,ia2,…,ian,ia(n+1)作差得到所述并联支路电流的变化量δia1,δia2,…,δian,δia(n+1)。请参阅图5为本申请一个实施例中，在零负载状态下测得的各并联支路电流ia1,ia2,ia3,ia4,ia5,ia6,ia7。
s400，根据各个所述并联支路电流的变化量δia1,δia2,…,δian,δia(n+1)计算各个所述并联支路中在动力电池电动势作用下产生的均衡电流ia12,ia22,…,ian2,ia(n+1)2。
本步骤中，根据所述并联支路电流的变化量可以得到所述并联支路中在动力电池电动势作用下产生的均衡电流。具体的，动力电池在电动势作用下的均衡电流可以通过施加外部负载电流和不施加外部负载电流的情况下的并联电路的电流变化值进行计算得到。
s500，根据在动力电池电动势作用下产生的内短路电流i1等于所述并联支路的实际电流i减去在动力电池电动势作用下产生的均衡电流i2，计算得出在动力电池电动势作用下产生的内短路电流i1。
本步骤中，通过检测得到的所述并联支路的实际电流i和计算得到的在动力电池电动势作用下产生的均衡电流i2作差，获得在动力电池电动势作用下产生的内短路电流i1。请参阅图6为本申请一个实施例中，提取出的各并联支路中在电池电动势作用下产生的内短路电流。
本实施例中，所述动力电池内短路电流的提取方法采用在零负载瞬间提取内短路特征电流的方法。该方法通过在电池模组运行时的零负载时刻，消除电池模组在外部负载作用下作用下产生的内短路电流和均衡电流。同时利用零负载时间内均衡电流变化量和均衡电流大小之间的比例关系，消除在动力电池电动势作用下作用下产生的均衡电流，最终提取出在电动势作用下作用下产生的内短路电流。本方法有效的解决了内短路检测面临的问题，使得内短路检测方法能够更加准确地将锂离子动力电池的内短路检测出来。本方法有助于提高动力电池安全管理的可靠性，从而减少动力电池安全性事故的发生。
在一个实施例中，所述步骤s400包括：
s410，根据各个所述并联支路电流在δt时间内的变化量δia1,δia2,…,δian,δia(n+1)和公式
本步骤中，根据公式
s420，根据所述比例关系因子αa1，αa2，…αan，αa(n+1)计算得到比例关系因子的典型值
本步骤中可以得到多个所述比例关系因子αa1，αa2，…αan，αa(n+1)。在一个实施例中，通过去除所述比例关系因子αa1，αa2，…αan，αa(n+1)中的最大值和最小值之后，求取剩余所述比例关系因子的中值或平均值，得到所述比例关系因子的典型值
s430，根据公式
本步骤中，通过公式
本实施例中，提出了一种获得均衡电流的方法。本实施中采用的方法能够通过精确计算得出各个所述并联支路中在动力电池电动势作用下产生的均衡电流。
在一个实施例中，在所述步骤s200之前还包括：
s110，在对所述电池模组施加外部负载电流i0时，对所述电池模组中所述并联支路的电流组成进行分析，以得出任意一个所述并联支路在外部负载电流i0作用下的实际电流i有负载，所述并联支路在外部负载电流i0作用下的实际电流i有负载等于在动力电池电动势作用下产生的内短路电流i1、在动力电池电动势作用下产生的均衡电流i2、在电池外部负载作用下产生的内短路电流i3和在电池外部负载作用下产生的均衡电流i4之和。
在一个实施例中，所述步骤s110，包括：
s111，对所述电池模组进行等效，对所述电池模组根据节点电流定律列出方程式组；
s112，将所述方程式组进行联立求解，选取一个所述并联支路ab，计算得出所述并联支路ab的并联支路电流iab，满足以下公式：
其中，iab为所述并联支路中其中一个发生内短路的并联支路电流，a1，a2，b1，b2，b3，b4为常数；i0为外部负载电流；riscr为内短路阻值；
s113，对所述步骤s112中的公式进行因式分解，得到：
其中，iab1为在动力电池电动势作用下产生的内短路电流，iab2为在动力电池电动势作用下产生的均衡电流，iab3为在电池外部负载作用下产生的内短路电流，iab4为在电池外部负载作用下产生的均衡电流。
在一个实施例中，在所述步骤s112中，当外部负载电流i0为0时，
进行因式分解后，得到：
本实施例中，由公式
当施加到所述并联支路的负载电流i0为零时，所述并联支路的实际电流等于在动力电池电动势作用下产生的内短路电流i1，即
当施加外部负载电流i0在所述并联支路时，得到的实际电流i有负载等于在动力电池电动势作用下产生的内短路电流i1，即
在一个具体的实施例中，所述动力电池内短路电流的提取方法包括：
选定一款锂离子动力电池。将选定的锂离子动力电池组成满足对称环形拓扑电路结构的电池模组。比如可以组成8并6串的电池模组。8并6串的电池模组包括6组串联设置的对称环形拓扑电路结构，每一组对称环形拓扑电路结构包括8个并联设置的锂离子动力电池。在电池模组的并联支路上设置电流表(可以设置a1,a2,…,a7，具体的电流表的个数可以根据市局需要进行增减)用以检测各个并联支路的实际电流值。
对电池模组施加外部负载电流i0，使用电流表a1,a2,…,a7同时测量并联支路的电流ia1,ia2,…,ia7。在施加外部负载电流i0时，每个测得并联支路电流均由四部分组成，分别为：在电池电动势作用下产生的内短路电流ia11,ia21,…,ia71，在电池电动势作用下产生的均衡电流ia12,ia22,…,ia72，在电池外部负载作用下产生的内短路电流ia13,ia23,…,ia73和在电池外部负载作用下产生的均衡电流ia13,ia23,…,ia73；
在外部负载电流i0等于0的时刻(即零负载时刻)，使用电流表a1,a2,…,a7同时测量并联支路的电流ia1,ia2,…,ia7。每个测得并联支路电流均由两部分组成分别为：在电池电动势作用下产生的内短路电流ia11,ia21,…,ia71和在电池电动势作用下产生的均衡电流ia12,ia22,…,ia72。
对于全部6个对称环形拓扑电路，在外部负载电流i0等于0的一段时间δt内(即零负载时间内)，测量各并联支路电流ia1,ia2,…,ia7的变化量δia1,δia2,…,δia7，根据公式
去除比例关系因子αa1,αa2,…,αa7中的最大值和最小值后，通过求取剩余比例关系因子的中值或平均值得到比例关系因子的典型值
根据公式
根据公式ii1＝i-ii2，使用各并联支路中的电流ia1,ia2,…,ia7和各并联支路中在电池电动势作用下产生的均衡电流ia12,ia22,…,ia72，计算各并联支路中在电池电动势作用下产生的内短路电流ia11,ia21,…,ia71。
本实施例中，在外部负载电流等于零的δt时间内，测量每一个所述并联支路在动力电池电动势作用下的并联支路电流和每一个所述并联支路电流的变化量。根据各个所述并联支路电流的变化量计算各个所述并联支路中在动力电池电动势作用下产生的均衡电流。通过所述并联支路的实际电流减去在动力电池电动势作用下产生的均衡电流，计算得出在动力电池电动势作用下产生的内短路电流。本方法通过在电池模组运行时的零负载时刻，消除电池模组在外部负载作用下作用下产生的内短路电流和均衡电流。本方法有效的解决了内短路检测面临的问题，使得内短路检测方法能够更加准确地将锂离子动力电池的内短路检测出来。本方法有助于提高动力电池安全管理的可靠性，从而减少动力电池安全性事故的发生。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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