一种检验动力电池故障的方法及系统与流程

本发明属于电池故障检测，具体涉及一种检验动力电池故障的方法及系统。

背景技术：

1、随着电动汽车的普及，动力电池作为其核心部件之一，对电动汽车的性能、安全性和可靠性有着至关重要的影响。然而，由于电池包内部电芯数量众多、运行环境恶劣、寿命存在差异等原因，电池包存在着多种故障风险，如电芯内部短路、过充、过放、温度异常等。这些故障不仅会影响电池包的性能和寿命，还可能引发电动汽车的火灾等安全事故，严重威胁人身财产安全。

2、目前，对于电池包的故障检测方法主要包括电池包整体故障检测和单个电芯故障检测两种。电池包整体故障检测一般采用电池包电压、电流、温度等参数的监测和分析，虽然能够快速发现电池包整体的故障情况，但无法定位具体的故障电芯；而单个电芯故障检测则通过检测单个电芯的电压、内阻等参数，虽然能够定位具体的故障电芯，但无法全面判断电池包的整体故障情况。

3、因此，需要一种同时具备整体故障检测和单个电芯故障定位功能的电池包故障检测方法，以提高电动汽车的安全性和可靠性。本发明提供了一种基于电池包电芯电压信号的导数分析，能够快速、准确地判断电池包是否存在故障的方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术的中的不足，本发明的目的在于克服现有不足，提供一种检验动力电池故障的方法，所述方法包括如下：

2、s1，采集目标待测电池的在充电、放电过程发生数据；

3、s2，构建时间与充、放电过程数据电压的图像，计算任意时间点对应的所述待测电池的所有电芯电压的斜率；

4、s3，分析任意时间点的所述待测电池的所有电芯电压的斜率，筛选统计电压斜率为0的电芯数量：

5、若筛选统计的电压斜率为0的电芯数量超过平域范围，剔除筛选统计的电压斜率为0的电芯数量对应的时间点；

6、若筛选统计的电压斜率为0的电芯数量不超过平域范围，剔除筛选统计的电压斜率为0的电芯数量对应的时间点，基于剔除点的邻接点构建补点坐标函数，生成补点坐标；

7、s4，检测任意的电芯电压斜率图像：

8、若在任意的电芯电压变化斜率的存在时间超过安全周期t时，存在与其他电芯电压变化斜率的符号相反情况时，则该对应的电芯存在故障；

9、若在任意的电芯电压变化斜率的存在时间超过安全周期t时，不存在与其他电芯电压变化斜率的符号相反情况时，则该对应的电芯无故障。

10、作为上述方案的进一步优化，所述待测电池的所有电芯电压的斜率的具体计算包括如下：

11、设时间与充、放电过程数据电压的图像中，所有的时间点集合为λ(t)＝{λ1，λ2，λ3…，λt}，任一的时间点电芯电压的坐标为(x，y)，且0＜x＜t；

12、记任意的时间点对应斜率为k，则：

13、

14、式(1)中，yi+2与xi+2分别为时间与电压图像的任意时间点的后面邻接点，其中0＜i＜x-2，即k＝{k1，k2，...，ki}为时间与充、放电过程数据电压的图像中所有的时间点对应电压的斜率集合。

15、作为上述方案的进一步优化，所述斜率的具体计算还包括如下：

16、记目标待测电池在充、放电过程的临界点为a，取[a-2b，a+b]作计算斜率目标区间，其中b为用于描述待测电池在充、放电过程的活跃区间值，则：

17、

18、基于式(2)，获得k′＝{k′1，k′2，...，k′i}，所述k′为时间与充、放电过程数据电压的图像中所有的时间点对应电压的矫正斜率集合。

19、作为上述方案的进一步优化，所述构建补点坐标函数方法包括如下：

20、设任意待补点p，所述点p两端邻接点分别为p1、p2；

21、将邻接点p1、p2的纵坐标作为参照值，将邻接点p1、p2的横坐标作为补点p的补充值，计算邻接点p1、p2的极小点，对所述极小点一阶求导；

22、置所述极小点的导数为0，计算结果为待补点p的横坐标；

23、重复上述步骤，获得待补点p的纵坐标。

24、作为上述方案的进一步优化，所述构建补点坐标函数方法还包括如下：

25、设点p1、p2的坐标分别为：p1(xp1，yp1)、p2(xp2，yp2)；

26、邻接点p1、p2的极小点计算如下所示：

27、

28、补点p的坐标计算如下所示：

29、

30、其中，x、y为代数。

31、作为上述方案的进一步优化，在检测任意的电芯电压斜率图像后，还包括如下步骤：

32、遍历充、放电过程所有时间点对应的电压值对应的斜率数值；

33、取任意时间点的所有电芯电压值对应斜率：

34、若存在一目标点的电芯斜率，与该时间点其他电芯斜率值之和绝对值小于目标点的电芯斜率，则该对应的电芯存在故障。

35、作为上述方案的进一步优化，检测任意的电芯电压斜率图像：

36、若在任意的电芯电压变化斜率的存在时间超过安全周期t时，不存在与其他电芯电压变化斜率的符号相反情况时，则该对应的电芯无故障。

37、本发明还公开了一种检验动力电池故障的系统，所述系统包括如下：

38、数据监测模块，用于采集目标待测电池的在充电、放电过程发生数据；

39、斜率生成模块，用于构建时间与充、放电过程数据电压的图像，计算任意时间点对应的所述待测电池的所有电芯电压的斜率；

40、数据提纯模块，用于分析任意时间点的所述待测电池的所有电芯电压的斜率，筛选统计电压斜率为0的电芯数量；

41、故障分析模块，用于判断任意的动力电池电芯是否存在电芯故障。

42、作为上述方案的进一步优化，所述数据提纯模块还包括如下：

43、数据采集单元，用于定位、获取任意待补点p，以及该点邻接点p1、p2的组合；

44、数据分析单元，用于将邻接点p1、p2的纵坐标作为求取值，将邻接点p1、p2的横坐标作为补点p的补充值，计算邻接点p1、p2的极小点，对所述极小点一阶求导；

45、计算单元，用于置所述极小点的导数为0，计算结果为待补点p的横坐标；

46、循环单元，用于重复数据采集单元、数据分析单元和计算单元运算逻辑，获得待补点p的纵坐标。

47、作为上述方案的进一步优化，所述系统还包括：

48、遍历充、放电过程所有时间点对应的电压值对应的斜率数值；

49、取任意时间点的所有电芯电压值对应斜率：

50、若存在一目标点的电芯斜率，与该时间点其他电芯斜率值之和绝对值小于目标点的电芯斜率，则该对应的电芯存在故障。

51、本发明采用上述的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

52、1.本发明设计的动力电池的故障排除方法，相比于传统的比较电压一致性的方法容易由于受车辆bms系统中的均衡策略的影响，即使车辆电池有故障，电芯仍可能会表现出良好的电压一致的弊端，本发明设计基于电池包结构特点，识别动力电池故障准确率高。

53、2.本发明针对性设计了一套用于改进斜率利用度的方法，具体表现为取充电和放电临界点作为参照位置，取计算斜率目标区间，由于电池在充电过程中开始阶段电压变化较为剧烈、在放电过程中结束阶段电压变化不明显，因而采用斜率目标区间选取；本发明通过对原始k值的分区，具体表现为落于目标区间之前、落于目标区间之中和落于目标区间之后，分别设计不同的函数进行矫正斜率的计算，从而使最终结果的斜率集合构成的线条更加平滑，适用于后续的分析和电芯故障判断。

54、3.本发明通过构建补点坐标函数，能够在剔除干扰斜率的前提下，基于该剔除点的前后邻接点，生成适宜于电压曲线反馈和分析的补点坐标，经由新的补点计算并反馈对应斜率情况，从而进一步保障了电芯电压的曲线图的可分析性，提升了电芯故障的精准度，效果良好。