本公開總體涉及短路檢測的領(lǐng)域，并且特別涉及電池實(shí)時內(nèi)部短路檢測。

背景技術(shù)：

1、由于短路通道的建立，鋰離子電池電池芯內(nèi)可能發(fā)生內(nèi)部短路(isc)，這可能是鋰離子枝晶過程(dendritic?process)的結(jié)果。枝晶過程可能是由制造缺陷、外力導(dǎo)致的電池芯變形、電池濫用(諸如快速充電或過充電)、隨時間推移的退化或這些因素中的每一個的組合引起的。isc可能導(dǎo)致熱失控，并且甚至導(dǎo)致災(zāi)難性故障，在運(yùn)輸和其他行業(yè)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

2、isc的離線檢測可以包括中斷電池操作。例如，系統(tǒng)可以暫時離線，并且在一些情況下，電池可以被移除以進(jìn)行測試。因此，這些檢測方法不適合于實(shí)時檢測，諸如在載具操作期間。溫度感測也可以提供isc的指示。然而，與isc狀況相關(guān)聯(lián)的溫度標(biāo)準(zhǔn)難以確定，因?yàn)闇囟壬呖赡苁怯蒳sc以外的原因引起的，諸如高電流狀況或電池的外部冷卻。此外，當(dāng)發(fā)生isc時，溫度可能迅速上升。因此，溫度感測不是早期isc檢測的可靠方法。電池內(nèi)的內(nèi)部電阻感測也可以被考慮用于isc狀況的檢測。例如，當(dāng)isc已經(jīng)建立時，電池的內(nèi)部電阻可能會變得無限小。然而，典型的電池具有內(nèi)部參數(shù)，使得基于電池端子處的電壓和電流計(jì)算的電阻可能與實(shí)際的isc建立過程不一致?？赡艽嬖谄渌秉c(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本文公開了一種克服上述至少一個缺點(diǎn)的電池實(shí)時isc檢測系統(tǒng)和方法。在一個實(shí)施例中，一種方法包括基于電荷守恒定律確定動態(tài)時間窗口，然后基于能量守恒定律計(jì)算在該時間窗口內(nèi)的內(nèi)部電荷損耗率。內(nèi)部電荷損耗率可以與給定閾值進(jìn)行比較，以確定電池isc是否已經(jīng)發(fā)生。此外，可以將內(nèi)部電荷損耗率與先前獲取的動態(tài)窗口的內(nèi)部電荷損耗率進(jìn)行比較，從而最小化測量誤差的影響。這些操作可以使得能夠在不中斷正常電池操作的情況下進(jìn)行isc的實(shí)時檢測。作為附加益處，可以使用公共電池信號(例如，電壓和電流)進(jìn)行檢測，這些公共電池信號可以在電池端子處測量。因此，與其他isc檢測方法相比，所公開的方法可以是簡單且易于實(shí)施的。

2、在一個實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括：電池，其具有一組端子；以及一個或多個處理元件，其被配置為在該組端子處連續(xù)記錄作為時間的函數(shù)的電壓和作為時間的函數(shù)的電流。一個或多個處理元件進(jìn)一步被配置為基于作為時間的函數(shù)的電流來確定時間窗口。在該時間窗口期間，累積電荷基本上為零。此外，在該時間窗口期間，電荷的累積絕對值基本上等于存儲的比較值。一個或多個處理元件還被配置為計(jì)算在該時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗，至少部分地基于在該時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗來計(jì)算在該時間窗口內(nèi)的電池的電荷損耗率，并且基于電荷損耗率和預(yù)定閾值來確定電池內(nèi)是否存在內(nèi)部短路。響應(yīng)于確定存在內(nèi)部短路，一個或多個處理元件被配置為生成存在內(nèi)部短路的指示。

3、在一些實(shí)施例中，一個或多個處理元件被配置為響應(yīng)于存在內(nèi)部短路的指示，啟動與電池相關(guān)聯(lián)的電池自動關(guān)停操作、將負(fù)載轉(zhuǎn)移到另一電池，或這兩者。在一些實(shí)施例中，一個或多個處理元件被配置為基于作為時間的函數(shù)的電流來連續(xù)重復(fù)確定附加時間窗口，連續(xù)重復(fù)計(jì)算在附加時間窗口內(nèi)的電池的附加能量損耗，連續(xù)重復(fù)計(jì)算在附加時間窗口內(nèi)的電池的附加電荷損耗率，以及基于電池的附加電荷損耗率和預(yù)定閾值來連續(xù)重復(fù)確定是否存在內(nèi)部短路。

4、在一些實(shí)施例中，一個或多個處理元件被配置為基于預(yù)定數(shù)量的最近計(jì)算的附加電荷損耗率來連續(xù)更新電池的平均電荷損耗率。在一些實(shí)施例中，所存儲的比較值是與電池相關(guān)聯(lián)的額定電池芯容量值。在一些實(shí)施例中，作為計(jì)算在時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗的一部分，一個或多個處理元件被配置為：計(jì)算在電池的充電期間在時間窗口期間在一組端子處轉(zhuǎn)移的能量的量值，計(jì)算在電池的放電期間在時間窗口期間在一組端子處轉(zhuǎn)移的能量的量值，以及基于電池的預(yù)定電阻來計(jì)算在時間窗口期間在一組端子處的內(nèi)部電阻能量損耗。在一些實(shí)施例中，在時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗基本上等于所計(jì)算的在電池的充電期間轉(zhuǎn)移的能量的量值與在電池的放電期間轉(zhuǎn)移的能量的量值和內(nèi)部電阻能量損耗的組合之間的差。在一些實(shí)施例中，電池的預(yù)定電阻由制造商規(guī)范或?qū)嶒?yàn)室測試來確定。

5、在一些實(shí)施例中，作為計(jì)算在時間窗口內(nèi)的電池的電荷損耗率的一部分，一個或多個處理元件被配置為計(jì)算在時間窗口期間的平均電池電勢。在一些實(shí)施例中，電池的電荷損耗率基本上等于在時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗除以在時間窗口期間的平均電池電勢與時間窗口的持續(xù)時間的乘積。在一些實(shí)施例中，作為確定是否存在內(nèi)部短路的一部分，一個或多個處理元件被配置為：基于預(yù)定數(shù)量的最近計(jì)算的電荷損耗率來計(jì)算電池的平均電荷損耗率，計(jì)算電池的電荷損耗率與電池的平均電荷損耗率之間的差，以及確定該差是否大于預(yù)定閾值。在一些實(shí)施例中，電池和一個或多個處理元件被并入到飛行器中。

6、在一個實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括處理器和存儲器，其中存儲器存儲指令，這些指令在由處理器執(zhí)行時致使處理器在電池的一組端子處連續(xù)記錄作為時間的函數(shù)的電壓和作為時間的函數(shù)的電流。這些指令進(jìn)一步致使處理器通過選擇基本上滿足以下等式的時間窗口的開始時間tstart和時間窗口的結(jié)束時間tstop，基于作為時間的函數(shù)的電流來確定時間窗口：

7、和其中i是作為時間的函數(shù)的電流，并且其中cw是存儲的比較值。這些指令還致使處理器計(jì)算在時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗，至少部分地基于在時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗來計(jì)算在時間窗口內(nèi)的電池的電荷損耗率，并且基于電池的電荷損耗率和預(yù)定閾值來確定電池內(nèi)是否存在內(nèi)部短路。響應(yīng)于確定存在內(nèi)部短路，這些指令致使處理器生成存在內(nèi)部短路的指示。

8、在一些實(shí)施例中，在時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗基本上滿足以下等式：

9、

10、其中e2是電池的所計(jì)算的能量損耗，v是作為時間的函數(shù)的電壓，并且r是電池的預(yù)定電阻。在一些實(shí)施例中，在時間窗口內(nèi)的電池的電荷損耗率基本上滿足以下等式：

11、

12、其中clr是在時間窗口內(nèi)的電池的電荷損耗率，e2是電池的所計(jì)算的能量損耗，v是作為時間的函數(shù)的電壓，并且r是電池的預(yù)定電阻。

13、在一個實(shí)施例中，一種方法包括在電池的一組端子處連續(xù)記錄作為時間的函數(shù)的電壓和作為時間的函數(shù)的電流。該方法進(jìn)一步包括基于作為時間的函數(shù)的電流來確定時間窗口，其中在時間窗口期間，累積電荷基本上為零，并且其中在時間窗口期間，電荷的累積絕對值基本上等于存儲的比較值。該方法還包括計(jì)算在時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗，至少部分地基于在時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗來計(jì)算在時間窗口內(nèi)的電池的電荷損耗率，以及基于電池的電荷損耗率和預(yù)定閾值來確定電池內(nèi)是否存在內(nèi)部短路。該方法包括生成存在內(nèi)部短路的指示。

14、在一些實(shí)施例中，該方法包括響應(yīng)于存在內(nèi)部短路的指示，啟動與電池相關(guān)聯(lián)的電池自動關(guān)停操作、將負(fù)載轉(zhuǎn)移到另一電池，或這兩者。在一些實(shí)施例中，該方法包括基于作為時間的函數(shù)的電流來確定附加時間窗口，計(jì)算在附加時間窗口內(nèi)的電池的附加能量損耗，計(jì)算在附加時間窗口內(nèi)的電池的附加電荷損耗率，以及基于電池的附加電荷損耗率和預(yù)定閾值來確定是否存在內(nèi)部短路。

15、在一些實(shí)施例中，該方法包括計(jì)算在電池的充電期間在時間窗口期間在一組端子處轉(zhuǎn)移的能量的量值，計(jì)算在電池的放電期間在時間窗口期間在一組端子處轉(zhuǎn)移的能量的量值，以及基于電池的預(yù)定電阻來計(jì)算在時間窗口期間在一組端子處的內(nèi)部電阻能量損耗。在一些實(shí)施例中，在時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗基本上等于所計(jì)算的在電池的充電期間轉(zhuǎn)移的能量的量值與在電池的放電期間轉(zhuǎn)移的能量的量值和內(nèi)部電阻能量損耗的組合之間的差。

16、在一些實(shí)施例中，該方法包括通過測量來確定電池的預(yù)定電阻。在一些實(shí)施例中，該方法包括計(jì)算在時間窗口期間的平均電池電勢，其中電池的電荷損耗率基本上等于在時間窗口內(nèi)的電池的能量損耗除以在時間窗口期間的平均電池電勢與時間窗口的持續(xù)時間的乘積。在一些實(shí)施例中，該方法包括計(jì)算電池的電荷損耗率與電池的平均電荷損耗率之間的差，以及確定該差是否大于預(yù)定閾值。