一种串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法与流程

文档序号:20914464发布日期:2020-05-29 13:20阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法,其特征在于,电池组由n节电池单体串联而成,包括以下步骤:

步骤(1)、串联电池组工作时流过每个电池的电流一致,电池管理系统实时记录所述电池组总电流、总电压、n节电池单体电压和电池单体表面温度;

步骤(2)、对所述锂离子电池进行混合脉冲功率性能测试(hppc)测试,并进行多项式拟合,建立开路电压(ocv)与荷电状态(soc)关系;

步骤(3)、依据监测的所述电池单体的端电压,对所述电池单体按照端电压从小到大进行排序,获取“最小电池”和“中间电池”;

步骤(4)、基于等效电路模型,采用改进的双卡尔曼滤波器(dekf)估计所述“最小电池”和“中间电池”的ocv;

步骤(5)、基于预先建立的ocv-soc关系,通过插值法估计所述“最小电池”和“中间电池”的soc;

步骤(6)、基于所述锂离子电池的额定容量,采用线性拟合的方法计算所述电池短路电流;

步骤(7)、判断短路电流与零的关系,如果所述电池单体的短路电流近似为零,则外短路电阻为无穷大,无外短路故障发生;如果所述电池单体的短路电流不为零,则通过欧姆定律可计算得到所述电池的外短路电阻。

2.根据权利要求1所述的串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法,其特征在于,所述步骤(1)中,记录所述电池组总电流、总电压、n节电池单体电压和电池单体表面温度的采样周期为1s。

3.根据权利要求1所述的串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法,其特征在于,所述步骤(2)中,hppc测试区间间隔为10%soc。

4.根据权利要求1所述的串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法,其特征在于,所述步骤(4)中,所述等效电路模型为一阶阻容(rc)模型。

5.根据权利要求1所述的串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法,其特征在于,所述步骤(4)中,所述改进的dekf电池状态空间方程为:

式中,u1,k为k时刻极化电容c1两端的电压,即极化电压;uk+1为k+1时刻电池的端电压;em,k为k时刻电池的开路电压;c1,k,r1,k,r0,k分别为k时刻电池的极化电容,极化电阻和欧姆内阻;ik为k时刻通过电池的电流;t为采样周期,t=1;k为采样时刻;

采用改进的dekf估计电池ocv的具体步骤如下:

a.确定系统的状态量x和参数量θ为:

xk=[em,ku1,k]t(2)

θk=[c1,kr1,kr0,k]t(3)

其中,xk为k时刻系统的状态量;θk为k时刻系统的参数量;em,k为k时刻电池的开路电压;u1,k为k时刻极化电容c1两端的电压,即极化电压;c1,k,r1,k,r0,k分别为k时刻电池的极化电容,极化电阻和欧姆内阻;k为采样时刻;

b.离散化状态空间方程得:

式中系数矩阵分别为:

dk=r0,k(9)

其中,xk,分别为k时刻系统的状态量及其估计值;θk,分别为k时刻系统的参数量及其估计值;em,k为k时刻电池的开路电压;u1,k为k时刻极化电容c1两端的电压,即极化电压;c1,k,r1,k,r0,k分别为k时刻电池的极化电容,极化电阻和欧姆内阻;ik为k时刻通过电池的电流;yk为k时刻系统的观测量;ak-1,bk-1分别为k-1时刻状态方程的系数矩阵,ck,dk分别为k时刻观测方程的系数矩阵,分别为k时刻状态量x和参数量θ对应的雅克比矩阵;t为采样周期,t=1;k为采样时刻;

c.初始化状态量、参数量以及相应的误差协方差矩阵:

式中,分别为状态量和参数量的初始值;x0,θ0分别为零时刻状态量和参数量的测量值;e(x0),e(θ0)分别为零时刻状态量和参数量的期望值;为零时刻状态量和参数量对应的误差协方差矩阵;

d.对于k=1,2,3…,∞,dekf算法实现过程如下:

①状态量和参数量的时间更新:

②误差协方差时间更新:

③状态量测量更新

④参数量测量更新

其中,分别为k时刻状态量和参数量的估计值;分别为k-1时刻状态量和参数量的最优估计值;为k时刻状态量和参数量对应的误差协方差矩阵,分别为k-1时刻状态量和参数量的最优误差协方差矩阵;ak-1为k-1时刻的系数矩阵,分别为k时刻状态量x和参数量θ对应的雅克比矩阵;分别为k-1时刻状态量和参数量对应的系统噪声,分别为k时刻状态量和参数量对应的测量噪声;分别为k时刻状态量和参数量对应的增益矩阵;ix,iθ分别为状态量和参数量相应的单位矩阵;yk为k时刻系统的观测量;k为采样时刻。

6.根据权利要求1所述的串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法,其特征在于,所述步骤(6)中,线性拟合的区间为电压拐点出现之前,即近似大于50%soc。

7.根据权利要求1所述的串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法,其特征在于,所述步骤(6)中,短路电流与soc之间的关系为:

式中,issc为电池微短路电流;ca为电池额定容量;δsoc为“最小电池”与“中间电池”的soc差。

8.根据权利要求1所述的串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法,其特征在于,所述步骤(7)中,短路电阻的计算公式为:

式中,rssc为电池微短路电阻;uave为90%soc和50%soc的均值端电压,uave=3.9v。


技术总结
本发明提供了一种串联锂离子电池组微短路故障定量检测方法,预先通过混合脉冲功率性能测试(HPPC)建立该电池体系开路电压(OCV)与荷电状态(SOC)关系曲线。电池组由n节电池单体串联而成,电池管理系统实时记录电池组总电流、总电压、电池单体电压和电池单体表面温度。基于改进的双卡尔曼滤波器(DEKF),估计电池的OCV;通过插值法计算得到电池的SOC,从而计算得到电池间SOC差异;进一步采用线性拟合的方法估计短路电流和短路电阻,若电流约为零,则外短路电阻为无穷大,无短路故障发生;若电流不为零,则根据欧姆定律可计算得到电池的外短路电阻。本发明可实现串联锂离子电池组微短路故障的定量检测,输出外短路电阻的大小以评估故障的严重程度。

技术研发人员:王青松;马迷娜;段强领;孙金华
受保护的技术使用者:中国科学技术大学
技术研发日:2020.01.19
技术公布日:2020.05.29
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