动力电池内短路检测方法、电子设备及存储介质与流程

1.本技术的实施例涉及电池检测技术领域，特别涉及一种动力电池内短路检测方法、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.随着新能源电动汽车的普及和发展，为了满足市场对续航里程的需求，高能量密度的电化学体系逐步应用，相应的安全问题也得到更多关注。安全问题中较为严重，最受关注的是动力电池的热失控问题。正、负极在动力电池内部出现的直接接触导致的内短路是热失控发生的必经环节。
3.电池内短路可以分为正极-负极、正极-铜、铝-负极和铝-负极四种内短路。一般认为正极-负极、正极-铜内短路由轻微自放电逐步演化，演化到内短路后期会出现热失控；而正极铝-负极、铝-铜内短路是在发生之后会迅速发展进入热失控阶段，因此对初期内短路的识别是避免热失控最有效的方法。
4.现有技术对热失控的检测预警主要有两类方法：一类是基于电化学模型的方法，但是该方法进行预警需要测试获取模型参数，测试项目较多且周期较长，对不同型号及体系的电池需要分别识别参数，成本较高且周期较长；另一类方法为数据驱动的方法，通常通过构建云端数据的特征因子与热失控之间的关系模型来实现。但是该方法通过内短路预警，通常通过识别产热、电压、电流的异常来识别，这种方法对数据要求较高。


技术实现要素：

5.本技术的实施例提供一种动力电池内短路检测方法、电子设备及存储介质，以解决现有技术中对内短路测试方法的成本过高、测试周期长、所需数据要求高的技术问题。
6.为了解决上述技术问题，本技术的实施例公开了如下技术方案：
7.第一方面，提供了一种动力电池内短路检测方法，包括：
8.通过数据获取模块从电池多次充电循环数据中截取至少一段数据，得到第一数据；
9.通过第一计算模块从所述第一数据中获得不同时刻下的估算数据和实际数据；
10.通过数据校正模块对所述估算数据和所述实际数据进行校正，获得不同时刻下的第二数据；
11.通过数据分组模块将不同时刻下获得的所述第二数据进行分组；
12.通过第二计算模块将不同组下的所述第二数据进行联合计算获得充电偏离系数；
13.通过数据分析模块根据充电偏离系数判断动力电池的内短路情况。
14.结合第一方面，所述的通过数据分组模块将不同时刻下获得的所述第二数据进行分组的方法包括：
15.将不同时刻下的所述第二数据与预先设定的阈值输入所述数据分组模块进行比较；
16.若所述第二数据大于所述阈值，则将该时刻下所对应的所述第二数据分入第一组；
17.若所述第二数据小于所述阈值，则将该时刻下所对应的所述第二数据分入第二组。
18.结合第一方面，所述的通过数据获取模块从电池多次充电循环数据中截取至少一段数据，得到第一数据的方法包括：
19.所述数据获取模块获取电池的多次充电循环的历史数据；
20.所述数据获取模块截取每个充电循环数据中处于总数值20-80％的区段作为第一数据。
21.结合第一方面，所述的通过第一计算模块从所述第一数据中获得不同时刻下的估算数据和实际数据的方法包括：
22.将所述第一数据按区间划分为多个区间，获得区间数据；
23.取所述区间数据中的端点值绘制获得估算参考线；
24.所述第一计算模块根据所述估算参考线获得相应时间下的估算数据；
25.所述第一计算模块根据所述第一数据获得相应时间下的实际数据。
26.结合第一方面，所述的通过第二计算模块将不同组下的所述第二数据进行联合计算获得充电偏离系数的方法包括：
27.所述第二计算模块获取每组中所述第二数据与前一个所述第二数据的第一时间差，以及该所述第二数据与后一个所述第二数据的第二时间差；
28.所述第二计算模块将所述第一时间差和所述第二时间差相加获得时间和；
29.所述第二计算模块将所述第一组中各个所述第二数据与其对应的所述时间和相乘后进行累加获得第一累加和；
30.所述第二计算模块将所述第二组中各个所述第二数据与其对应的所述时间和相乘后进行累加获得第二累加和；
31.所述第二计算模块将所述第二累加和除以所述第一累加和得到区段系数；
32.所述第二计算模块将各个区段的所述区段系数进行相加获得充电偏离系数。
33.结合第一方面，所述的通过数据校正模块对所述估算数据和所述实际数据进行校正，获得不同时刻下的第二数据的方法包括：
34.将所述估算数据和所述实际数据相减获得第一差值；
35.将获得的电池当前温度与标准温度相减获得第二差值；
36.所述数据校正模块将所述第二差值与修正系数相乘获得修正值；
37.所述数据校正模块将所述修正值加1后与所述第一差值相乘获得第二数据。
38.结合第一方面，所述充电循环数据包括充电时间、充电电流、充电电压、soc、电池温度和充电状态中的一种或多种。
39.结合第一方面，所述的通过数据分析模块根据充电偏离系数判断动力电池的内短路情况的方法包括：
40.将所述充电偏离系数与充电循环次数进行线性拟合，获得斜率；
41.所述数据分析模块将斜率与预设的斜率阈值进行比较，根据比较结果得出电池内短路情况。
42.第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如第一方面所述的动力电池内短路检测方法。
43.第三方面，一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的动力电池内短路检测方法。
44.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
45.与现有技术相比，本技术的一种动力电池内短路检测方法，包括：从电池多次充电循环数据中截取至少一段数据，得到第一数据；根据第一数据获得不同时刻下的估算数据和实际数据；对估算数据和所实际数据进行校正，获得不同时刻下的第二数据；将不同时刻下获得的第二数据进行分组；将不同组下的第二数据进行联合计算获得充电偏离系数；根据充电偏离系数判断动力电池的内短路情况。本技术通过电池的充电循环数据获得充电偏离系数的趋势来检测判断电池内短路情况。并且采用本技术的方法所需要的数据少，测试过程所花费的周期短，所付出的人力成本和物质成本更低。
附图说明
46.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
47.图1为本技术实施例提供的方法的步骤示意图；
48.图2为本技术实施例提供的1#电池估算数据和实际数据的结构示意图；
49.图3为本技术实施例提供的2#电池估算数据和实际数据的结构示意图；
50.图4为本技术实施例提供的方法流程示意图。
具体实施方式
51.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
52.申请人注意到，现有技术中，对热失控的检测预警主要有两类方法：一类是基于电化学模型的方法，通过实验测试识别电化学模型参数来构建模型，此方法需要长期实验测试甚至拆解电池来获取模型的参数。另一类方法为数据驱动的方法，现有技术通常通过构建云端数据的特征因子与热失控之间的关系模型来实现。
53.构建基于电化学模型的方法进行预警需要测试获取模型参数，测试项目较多且周期较长，对不同型号及体系的电池需要分别识别参数，成本较高且周期较长。通过数据驱动的方法来进行内短路预警，通常通过识别产热、电压、电流的异常来识别，这种方法对数据
要求较高。并且此方法识别出的内短路故障电池需出现连续内短路现象，可能已进入内短路中后期，不能留出充足时间进行处置。
54.本技术提出一种动力电池内短路检测方法，通过充电过程中电池的电压偏离系数的趋势来检测判断电池内短路。随着电池内短路的出现以及演化，电池的偏离系数会出现明显的变化趋势。该方法可以在内短路出现的中早期快速检测内短路，从而解决上述技术问题中的其中之一。
55.以下通过实施例来阐述本技术的具体实施方式：
56.如图1所示，本技术实施例提供了一种动力电池内短路检测方法，包括：
57.s1：通过数据获取模块从电池多次充电循环数据中截取至少一段数据，得到第一数据；
58.具体步骤为：
59.数据获取模块获取电池的多次充电循环的历史数据，其中，多次充电循环的历史数据包括充电时间、充电电流、充电电压、soc、电池温度和充电状态，其中，充电循环即为电池的一次充电过程，不管是从0％状态到100％状态的完整充电，还是从40％状态到80％状态的充电都是一次充电循环；
60.对获得的多次充电循环的历史数据进行数据清洗，保留有效数据，清洗方式包括：
61.略去电池的充电起始点和截止点落在电池soc处于20％-80％区间的充电数据；
62.将剩余合格的充电数据保留，截取每个充电循环数据中处于总数值20-80％的区段作为第一数据；即，每个充电循环数据中，只截取20-80％区间中所对应的数据，其中，包括该区间中当时电池的充电时间、充电电流、充电电压、soc、电池温度和充电状态。由于在电池电量在20-80％区间中，电池的充电电压和充电状态更加稳定，更有利于研究电池soc与电压之间的关系，避免在电池不稳定的情况下获得数据影响电池内短路的判断。
63.s2：通过第一计算模块从第一数据中获得不同时刻下的估算数据和实际数据；
64.s201：将第一数据按区间划分为多个区间，获得区间数据；
65.将第一数据中的soc数据划分为20-200个相等的区间，每次取其中的一个soc区间的数据；
66.s202：取区间数据中的端点值绘制获得估算参考线；
67.获取该soc区间起始点的电压值和终止点的电压值，绘制电压-时间曲线，该电压-时间曲线即为估算参考线；在本技术中，soc的区间的选择范围较小，因此，可以将电压和时间的关系认为符合线性关系；
68.将其他的soc区间进行相同的操作，获得与划分的soc区间数量相同的估算参考线；
69.因此，将各个soc区间起始点的电压值记为：v
ikc1
；终止点的电压值记为：v
ikc2
，其中，i为电芯标号，k为循环次数，c为对应soc区间；
70.s203：第一计算模块根据估算参考线获得相应时间下的估算数据；
71.在获得的soc区间中选择一个时间点，并从估算参考线中获得该时间点下所对应的估算电压值，该估算电压值即为估算数据；
72.s204：第一计算模块根据第一数据获得相应时间下的实际数据；
73.获得s203步骤中所选择的时间点，从获得的历史数据中获得该时间点所对应的实
际电压值，该实际电压值即为实际数据；
74.将划分的其他soc区间做相同的步骤，获得各个soc区间所对应的估算数据和实际数据；将估算电压值记为：rv
ikcn
，将实际电压值记为：v
ikcn
；通过估算参考线获得在时间点下估算电压值，估算电压值是一个理论状态下的数值，将理论数值与实际电压值进行比较即可得出实际与理论之间的差距。
75.s3：通过数据校正模块对估算数据和实际数据进行校正，获得不同时刻下的第二数据；
76.s301：将估算数据和实际数据相减获得第一差值；
77.将获得的各个soc区间所对应的估算电压值和实际电压值相减，得到第一差值，记为v
ikcn-rv
ikcn
；
78.s302：将获得的电池当前温度与标准温度相减获得第二差值；
79.由于温度对电池的电压变化有明显影响，因此需要对温度进行归一化处理，将25℃设为标准温度，将各个soc区间中所选择的时间点所对应的温度与标准温度相减，获得第二差值，记为：t
ik-25，其中，t
ik
为电池的当前温度，i为电芯标号，k为循环次数；
80.s303：数据校正模块将第二差值与修正系数相乘获得修正值；
81.将第二差值和修正系数相乘，获得修正值，记为：t
coe
(t
ik-25)；其中，t
coe
为修正系数，t
coe
取值范围0＜t
coe
＜1；
82.s304：数据校正模块将修正值加1后与第一差值相乘获得第二数据；
83.将修正值t
coe
(t
ik-25)加1后，得到：(1+t
coe
(t
ik-25)；
84.将第一差值v
ikcn-rv
ikcn
与加1后的修正值相乘，得到归一化处理后的数据，即为第二数据；同时计算公式记为：
85.(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
＝(v
ikcn-rv
ikcn
)*(1+t
coe
(t
ik-25))。
86.s4：通过数据分组模块将不同时刻下获得的第二数据进行分组；
87.s401：将不同时刻下的第二数据与预先设定的阈值输入所述数据分组模块进行比较；
88.将各个soc区间中的归一化处理后的数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
与设定的阈值进行比较，其中，阈值为0；
89.s402：若第二数据大于阈值，则将该时刻下所对应的第二数据分入第一组；
90.若第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
大于0，则将该第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
放入到第一组中，并对每个数据进行重新编号，同时计算每个第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
与前一个第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
的时间点的差值，记为tspan
ikcp
，将与后一个第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
的时间点的差值，记为tspan
ikcp+1
，其中p为按时间顺序排序的编号；
91.s403：若第二数据小于阈值，则将该时刻下所对应的第二数据分入第二组；
92.若第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
小于0，则将该第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
放入到第二组中，并对每个数据进行重新编号，同时计算每个第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
与前一个第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
的时间点的差值，记为tspan
ikce
，将与后一个第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
的时间点的差值，记为tspan
ikce+1
，
93.其中e为按时间顺序排序的编号；
94.s5：通过第二计算模块将不同组下的第二数据进行联合计算获得充电偏离系数；
95.s501：第二计算模块获取每组中第二数据与前一个第二数据的第一时间差，以及该第二数据与后一个第二数据的第二时间差；
96.第一组中的第一时间差即为：tspan
ikcp
，第二时间差即为：tspan
ikcp+1
；
97.第二组中的第一时间差即为：tspan
ikce
，第二时间差即为：tspan
ikce+1
；
98.s502：第二计算模块将第一时间差和第二时间差相加获得时间和；
99.将第一组中的第一时间差和第二时间差相加得到：(tspan
ikcp
+tspan
ikcp+1
)；
100.将第二组中的第一时间差和第二时间差相加得到：(tspan
ikce
+tspan
ikce+1
)；
101.s503：第二计算模块将第一组中各个第二数据与其对应的时间和相乘后进行累加获得第一累加和；
102.将第一组的第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
与其时间和(tspan
ikcp
+tspan
ikcp+1
)相乘得到：(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
*(tspan
ikcp
+tspan
ikcp+1
)；
103.并将各个数据进行累加得到：σ|(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
*(tspan
ikcp
+tspan
ikcp+1
)|；
104.s504：第二计算模块将第二组中各个第二数据与其对应的时间和相乘后进行累加获得第二累加和；
105.将第二组的第二数据(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
与其时间和为(tspan
ikce
+tspan
ikce+1
)相乘得到：(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
*(tspan
ikce
+tspan
ikce+1
)；
106.并将各个数据进行累加得到：σ|(v
ikcn-rv
ikcn
)
25℃
*(tspan
ikce
+tspan
ikce+1
)|；
107.s505：第二计算模块将第二累加和除以第一累加和得到区段系数；
108.将第二累加和除以第一累加和的计算公式为：
[0109][0110]
s506：第二计算模块将各个区段的区段系数进行相加获得充电偏离系数；
[0111]
将各个soc区间的区间系数进行累加，得到区段的充电偏离系数，即在20-80％这个区段中的充电偏离系数：
[0112]
ζ
ik，
＝σζ
ikc
；
[0113]
将每一个循环的ζ
ik
计算出来，获得该电池在多个循环下的充电偏离系数数列，其中，充电偏离系数主要为电压偏离系数，通过电压的偏离情况对电池的稳定性进行判断，从而判断电池内短路的情况。
[0114]
s6：通过数据分析模块根据充电偏离系数判断动力电池的内短路情况；
[0115]
s601：将充电偏离系数与充电循环次数进行线性拟合，获得斜率；
[0116]
将多个循环下的充电偏离系数和充电循环次数进行线性拟合，即将充电循环次数作为横坐标，将充电偏离系数作为纵坐标，绘制得到系数-次数曲线，根据系数-次数曲线计算获得斜率slopei；
[0117]
s602：数据分析模块将斜率与预设的斜率阈值进行比较，根据比较结果得出电池内短路情况；
[0118]
判断斜率slopei是否超过预设的斜率阈值，如果斜率slopei超过预设的各等级斜率阈值则发出对应等级的单体电池短路预警并报出电池的编号i与斜率slopei；其中，斜率阈值范围为0.002-2mv/每个循环。即，当所获得的斜率slopei处于斜率范围0.002-2mv/每个循环之间时，说明电池未出现内短路情况；
[0119]
而在当斜率slopei大于或等于2时，则需要根据斜率slopei的数值大小再进一步判断；
[0120]
若2≤斜率slopei＜6，则认定为电池存在内短路，且内短路处于初期阶段；
[0121]
若6≤斜率slopei＜10，则认定为电池存在内短路，且内短路处于中期阶段；
[0122]
若斜率slopei≥10，则认定为电池存在内短路，且内短路处于末期阶段；上述阈值范围是根据本技术的方法多次测试后统计确认。
[0123]
实施例
[0124]
以预警的某车型某辆车为例，进行技术方案说明。此车搭载电池包已返厂，并拆解验证电芯存在内短路，此技术方案有效：
[0125]
(1)提取车辆历史充电数据，包括充电时间、充电电流、充电电压、电池soc、充电温度、充电状态等信息，并进行数据清洗，保留有效数据；
[0126]
(2)筛选充电过程起始soc和截止soc，对于满足起始soc≤20％，截止soc≥80％的充电段数据，提取20％-80％soc区间的数据进行以下步骤；
[0127]
(3)此处1#电芯为内短路电芯，2#电芯为正常电芯，在两个电芯的第200个循环中选择其中的79-80％soc区间内的数据，电压记为v
1,200,80,n
，参考电压记为rv 1,200,80,n
，每两帧之间时间间隔均为1s：
[0128]
在电压-时间曲线上，取该区间的起始点v
ikc1
和终止点v
ikc2
，连接v
ikc1
和v
ikc2
，形成一条线性的电压参考线，其中，i为电芯标号，k为循环次数，c为对应soc区间；
[0129][0130][0131]
(4)每一帧的时间在电压参考线上对应的电压记为rv
ikcn
,n为按时间顺序排序的
帧数编号，每一帧对应的实际电压记为v
ikcn
；如图2和图3所示，为内短路的1#电芯以及正常的2#电芯的实际电压与参考电压的示意图；
[0132]
(5)温度校正：上述数据均为温度25℃时采集获得，因此不需进行额外校正，可以直接使用；
[0133]
(6)下表是内短路的1#电芯在经过与阈值0进行比较并编号后获得的数据：
[0134][0135][0136]
上表中斜杆处表示无数据。
[0137]
(7)根据电压偏离系数ζ
ikc
的定义，计算ζ
1，200，80
与ζ
2，200，80
：
[0138]
ζ
1，200，80
＝8.80；
[0139]
ζ
2，200，80
＝0.48；
[0140]
每个单体电芯分别计算20％-80％soc区间内的每1％soc的ζ
ikc
，并计算该电芯在此次充电的电压偏离系数ζ
ik
，其中ζ
ik
＝σζ
ikc
；
[0141]
系数1#2#ζ
1，200，21
3.210.30ζ
1，200，22
3.560.37ζ
1，200，23
5.090.23ζ
1，200，24
4.520.10ζ
1，200，25
2.120.23
………
ζ
1，200，76
6.940.74ζ
1，200，77
4.800.35ζ
1，200，78
7.960.66ζ
1，200，79
8.220.88ζ
1，200，80
8.800.48
[0142]
(8)计算每个单体电芯不同循环的ζ
ik
，并对每个单体电芯分别对ζ
ik
与循环次数k在近100次循环范围内进行线性拟合，并得到斜率slopei，判断斜率值是否超过预设的斜率阈值；
[0143][0144][0145]
拟合得到：
[0146]
slope1＝3.7；
[0147]
slope2＝0.04；
[0148]
通过大数据统计(数据示例见下表)同类设计的正常电芯以及验证为内短路的电芯的斜率slopei分布得出，该型号的正常电芯的斜率slopei范围为slopei＜2，内短路电芯的斜率slopei范围为slopei≥2，因此可以总结得出当斜率slopei小于2时，所有电芯均处于安全范围，均不存在内短路现象；而进一步的，在对1号、2号、13号、14号和17号电池的斜率slopei进行分析时，1号电池斜率slopei为5.33，2号电池斜率slopei为5.20，1号和2号电池处于电池的内短路初期阶段，13号电池斜率slopei为6.60，14号电池斜率slopei为6.33，17号电池斜率slopei为6.60，而13号、14号和17号电池处于电池的内短路中期阶段，因此可以推算出，斜率slopei大于6时，电池的内短路处于中期阶段；
[0149]
同时在对8号、15号、18号和24号电池的斜率slopei进行分析时，8号电池斜率slopei为10.2，15号电池斜率slopei为9.30，8号和15号均处于电池的内短路中期阶段，18号电池斜率slopei为11.55，24号电池斜率slopei,12.65，而18号和24号处于电池的内短路末期阶段，因此可以推算出，在斜率slopei大于10时，电池的内短路处于末期阶段。基于上述结论可以得出：
[0150]
0＜斜率slopei＜2，电池不存在内短路；
[0151]
2≤斜率slopei＜6，电池存在内短路，内短路处于初期阶段；
[0152]
6≤斜率slopei＜10，电池存在内短路，内短路处于中期阶段；
[0153]
斜率slopei≥10，电池存在内短路，内短路处于末期阶段。
[0154]
所以上述两个电芯，1#电芯超过预设的斜率阈值则发出对应等级的单体电池内短路预警并报出电芯单体编号1与斜率3.7；并且根据斜率3.7得出，1#电芯处于内短路的初期阶段；2#电芯未超过阈值，不触发预警。
[0155]
[0156][0157]
本技术实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于当执行计算机程序时，实现如上述的动力电池内短路检测方法。
[0158]
本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时，实现如上述的动力电池内短路检测方法。
[0159]
以上对本技术实施例所提供的一种动力电池内短路检测方法、电子设备及存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术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技术的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例的技术方案的范围。