一种基于负荷平衡的电池内部短路检测方法与流程

本发明涉及汽车电池领域，尤其是涉及一种基于负荷平衡的电池内部短路检测方法。
背景技术：
：动力电池由于使用和制造工艺上的问题，通常都会缓慢发展一种“内部短路”。内部短路的情况表现在，虽然电池已经断开，但是内部有局部或者全局的回路。这种回路会导致电流的内部流通，进而消耗电池能量，并产生热量。在极端的情况下，电池温度会极剧升高，导致安全事故的发生。行业上已有的决定电池内部短路的方法大致有两个：第一，通过电池断开后，电池的电荷容量的变化，大致推断漏电流的量级。这个办法的缺点是，不能有效地考虑电池内部本身的电阻变化，并且及其容易被外部温度的变化和电池电荷容量程度所影响。另一个办法是在电池充电时跟踪电池端口电压的突变。这种方法可以在一定程度上发现局部短路的情况，但不能跟踪缓慢的内部短路情况，并且只能在充电时有用。专利US20140266229对每个电池单元附加一个外部电压，能后通过(外部附加的)电流测量，判断是不是有内部短路。然而这个方法需要将动力电池包拆开，并且从外部对电池包施加电压，既不方便操作，也容易对动力电池造成损坏。技术实现要素：本发明的目的是针对上述问题提供一种基于负荷平衡的电池内部短路检测方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于负荷平衡的电池内部短路检测方法，用于检测电动汽车中动力电池的内部短路状态，所述方法包括下列步骤：1)判断动力电池是否满足负荷平衡的操作条件，若是则进入步骤2)，若否则返回继续判断；2)对动力电池进行负荷平衡操作，并记录动力电池的负荷平衡参数；3)根据步骤2)记录的动力电池的负荷平衡参数，计算动力电池的负荷平衡速度v；4)根据动力电池的负荷平衡速度v，计算动力电池的内部短路状态评估值ε；5)根据动力电池的内部短路状态评估值ε，判断动力电池的内部短路状态。所述负荷平衡的操作条件具体为：动力电池温度在温度阈值范围内以及动力电池处于满电状态或充电开始状态。所述负荷平衡参数包括动力电池的初始荷电状态SOC(i)start、终止荷电状态SOC(i)end和负荷平衡操作时间Tcal2。所述步骤2)具体为：21)动力电池脱离高压回路至规定时间Tcal1；22)读取动力电池的端口电压，并根据动力电池的端口电压得到与其对应的初始荷电状态SOC(i)start；23)动力电池接入高压回路，负荷平衡电阻开关闭合至负荷平衡操作时间Tcal2；24)负荷平衡电阻开关断开，动力电池脱离高压回路至规定时间Tcal1；25)读取动力电池的端口电压，并根据动力电池的端口电压得到与其对应的终止荷电状态SOC(i)end。所述动力电池的负荷平衡速度v具体为：其中，SOC(i)start为初始荷电状态，SOC(i)end为终止荷电状态，Tcal2为负荷平衡操作时间，Q(i)为电池容量。所述动力电池的内部短路状态评估值ε具体为：其中，v0为动力电池寿命开始时的负荷平衡速度。所述步骤5)具体为：51)判断内部短路状态评估值ε是否大于2，若是则表明动力电池短路电阻过小，动力电池处于危险状态，若否则进入步骤52)；52)判断内部短路状态评估值ε是否大于1.5，若是则表明动力电池处于有限功能状态，若否则进入步骤52)；53)判断内部短路状态评估值ε是否大于1.2，若是则表明动力电池处于预警状态，若否则表明动力电池仍未进入短路状态的预警线，返回步骤51)。所述动力电池处于危险状态时，动力电池的电池管理系统将自动断开高压回路并通过电路进行快速放电。所述基于负荷平衡的电池内部短路检测方法还包括：根据计算得到的动力电池的负荷平衡速度v，绘制电池寿命-负荷平衡速度曲线图，用以对电池内部短路状态进行预测。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本方法通过对电池进行负荷平衡操作，可以有效地跟踪电池内部短路的变化趋势，同时这种方法可以排除电池温度和电池电荷容量的影响，因此得到的估计比较精确。(2)由于动力电池中本身便设有负荷平衡电阻，动力电池本身就会进行负荷平衡操作，因此本方法无需对动力电池施加外部电压，也无需破坏动力电池的原本结构，操作简便的同时也不会对动力电池造成损害。(3)在进行动力电池负荷平衡的操作时，确保动力电池脱离高压回路至规定时间，可以确保电池的温度和环境温度处于指定范围内，使得根据端口电压得到的荷电状态是可靠的。(4)在动力电池处于危险状态时，电池管理系统将自动断开高压回路并通过电路进行快速放电，保证了动力电池的安全性。(5)绘制了电池寿命-负荷平衡速度曲线图，对电池内部短路状态进行预测，可以大致估算出电池内部短路的发生时间，从而可以在预估时间进行负荷平衡，对电池内部短路进行检测。附图说明图1为本发明的方法流程图；图2为电池负荷平衡的电路示意图；图3为本实施例中得到的电池寿命-负荷平衡速度曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图2所示为电池负荷平衡的电路示意图，依据电池负荷平衡电路的操作，可以在每次电池平衡时记录相应电池单元的电量平衡速度。一旦电池单元内部短路持续发生，电池的漏电会越来越快。基于电池负荷平衡电路的控制，在有的情况下适当调较负荷平衡的标定值，电池管理系统可以周期性地跟踪电池内部短路的发展，进而采取措施防止更危险的情况发生。因此通过电池负荷平衡速度，能够有效地跟踪电池内部短路的变化趋势，并且得到的估计比较精确，不受电池温度和电池电荷容量的影响。依据上述原理，如图1所示，本实施例提供了一种基于负荷平衡的电池内部短路检测方法，用于检测电动汽车中动力电池的内部短路状态，包括下列步骤：1)判断动力电池是否满足负荷平衡的操作条件，若是则进入步骤2)，若否则返回继续判断；2)对动力电池进行负荷平衡操作，并记录动力电池的负荷平衡参数：21)动力电池脱离高压回路至规定时间Tcal1；22)读取动力电池的端口电压，并根据动力电池的端口电压得到与其对应的初始荷电状态SOC(i)start；23)动力电池接入高压回路，负荷平衡电阻开关闭合至负荷平衡操作时间Tcal2；24)负荷平衡电阻开关断开，动力电池脱离高压回路至规定时间Tcal1；25)读取动力电池的端口电压，并根据动力电池的端口电压得到与其对应的终止荷电状态SOC(i)end；3)根据步骤2)记录的动力电池的负荷平衡参数，计算动力电池的负荷平衡速度v：其中，SOC(i)start为初始荷电状态，SOC(i)end为终止荷电状态，Tcal2为负荷平衡操作时间，Q(i)为电池容量；4)根据动力电池的负荷平衡速度v，计算动力电池的内部短路状态评估值ε：其中，v0为动力电池寿命开始时的负荷平衡速度；5)根据动力电池的内部短路状态评估值ε，判断动力电池的内部短路状态：51)判断内部短路状态评估值ε是否大于2，若是则表明动力电池短路电阻过小，动力电池处于危险状态，若否则进入步骤52)；52)判断内部短路状态评估值ε是否大于1.5，若是则表明动力电池处于有限功能状态，若否则进入步骤52)；53)判断内部短路状态评估值ε是否大于1.2，若是则表明动力电池处于预警状态，若否则表明动力电池仍未进入短路状态的预警线，返回步骤51)。依据上述步骤，进行具体的电池内部短路检测，过程如下：在进行电池负荷平衡操作前，要确保电池本身满足如下情况：电池温度在一定范围(比如，15摄氏度～25摄氏度)；各个电池单元基本上充满电(如果从SOC高端开始电荷平衡)，或者各个电池单元基本上快到最小SOC(充电开始时做电荷平衡)。因此，如果在电池负荷平衡时同时能够检测电池内部短路的情况，则可以保证得到的电池内部短路状态的估计不受电池温度及SOC量级的范围影响。如果某个电池单元长时间没有通过电池负荷平衡的方法得到内部短路状态的估计，则可以主动在电池充满电的时候，把电池平衡电路加上一段时间，达到主动检测的目的。本实施例中在充电前开始进行负荷平衡，过程如下：第一步：车辆Keyoff。让电池脱离高压回路至少Tcal1秒，这样可以确保电池温度和环境温度都在制定范围之内；从而使得读取的SOC值可以可靠的通过SOC-OCV曲线读取；第二步：读取每个电池单元的端口电压，并查找出每个电池单元的SOC(i)start；第三步：依据电池负荷平衡要求，关上平衡电阻开关；第四步：保持电池负荷平衡电阻关上时间为Tcal2秒；第五步：把所有负荷平衡电阻开关打开，并保持让电池脱离高压回路至少Tcal1秒；第六步：读取被平衡的电池单元的端口电压并计算相应的SOC(i)end；第七步：计算电池负荷平衡速度第八步：储存对应电池单元的电池负荷平衡速度以及对应的测试时间(相对于电池寿命的时间)到FlashMemory中。这个工作完成后，就可以进行内部短路趋势的计算：对某个固定电池单元，读取所有电池负荷平衡速度及相应测试时间的数据对；根据标定的量，决定是否采取控制措施：A：如果现在的电池负荷平衡速度达到开始(BOL)电池负荷平衡速度的120％,内部短路电阻大致相当于负荷平衡电阻的五倍，BMS开始报警；B：如果现在的电池负荷平衡速度达到开始(BOL)电池负荷平衡速度的150％,内部短路电阻大致相当于负荷平衡电阻的两倍，BMS将系统置于“有限功能状态”C：如果现在的电池负荷平衡速度达到开始(BOL)电池负荷平衡速度的200％,内部短路电阻大致相当于负荷平衡电阻，BMS将系统置于“危险”状态，并报告给车辆控制器和充电控制器，断开高压回路，并且通过电路将已有储电全部放掉(快速放电)。需要注意的是，以上数据都是标定数据，依车辆系统要求和具体电池负荷平衡电阻值来决定。如果有的电池单元长时间没有得到电池负荷控制速度数据，BMS可以用同样方法强迫这些单元进行电池负荷平衡控制。这是个特殊的操作模式，可以在电池脱离高压线路后，依据驾驶员出行时间来决定是不是需要进行。某个电池单元的一系列电池负荷平衡控制数据如下。第一行是电池寿命数据(比如，单位是天)，第二行是相对于最初的电池负荷平衡速度而言的相对负荷平衡速度。1371524681121562093785657681002123211.051.131.121.181.191.221.251.281.271.321.351.541.52依据上述数据可以绘制电池寿命-负荷平衡速度曲线图，如图3所示，从图中可以推断出大致在112天时，BMS发出警报；1002天时，系统进入有限功能状态。已有数据还没有触发危险状态。图3中，虚线表明一条趋势线。BMS如有需要，可以提醒车辆控制和诊断模块，在那个未来时刻，电池内部短路可能会导致电池系统进入危险状态。当前第1页1 2 3