CN119179009A - 电池实时内部短路检测 - Google Patents
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Abstract
本申请公开电池实时内部短路检测。一种系统可以包括电池和处理器，该处理器被配置为连续记录作为时间的函数的电压和电流。可以基于作为时间的函数的电流来确定时间窗口。在时间窗口期间，累积电荷可以基本上为零，并且电荷的累积绝对值可以基本上等于存储的比较值。处理器可以计算在时间窗口内的电池的能量损耗和电池的电荷损耗率。处理器可以进一步基于电荷损耗率和预定阈值来确定电池内是否存在内部短路。响应于确定存在内部短路，处理器可以生成存在内部短路的指示。
Description
技术领域
本公开总体涉及短路检测的领域，并且特别涉及电池实时内部短路检测。
背景技术
由于短路通道的建立，锂离子电池电池芯内可能发生内部短路(ISC)，这可能是锂离子枝晶过程(dendritic process)的结果。枝晶过程可能是由制造缺陷、外力导致的电池芯变形、电池滥用(诸如快速充电或过充电)、随时间推移的退化或这些因素中的每一个的组合引起的。ISC可能导致热失控，并且甚至导致灾难性故障，在运输和其他行业造成重大经济损失。
ISC的离线检测可以包括中断电池操作。例如，系统可以暂时离线，并且在一些情况下，电池可以被移除以进行测试。因此，这些检测方法不适合于实时检测，诸如在载具操作期间。温度感测也可以提供ISC的指示。然而，与ISC状况相关联的温度标准难以确定，因为温度升高可能是由ISC以外的原因引起的，诸如高电流状况或电池的外部冷却。此外，当发生ISC时，温度可能迅速上升。因此，温度感测不是早期ISC检测的可靠方法。电池内的内部电阻感测也可以被考虑用于ISC状况的检测。例如，当ISC已经建立时，电池的内部电阻可能会变得无限小。然而，典型的电池具有内部参数，使得基于电池端子处的电压和电流计算的电阻可能与实际的ISC建立过程不一致。可能存在其他缺点。
发明内容
本文公开了一种克服上述至少一个缺点的电池实时ISC检测系统和方法。在一个实施例中，一种方法包括基于电荷守恒定律确定动态时间窗口，然后基于能量守恒定律计算在该时间窗口内的内部电荷损耗率。内部电荷损耗率可以与给定阈值进行比较，以确定电池ISC是否已经发生。此外，可以将内部电荷损耗率与先前获取的动态窗口的内部电荷损耗率进行比较，从而最小化测量误差的影响。这些操作可以使得能够在不中断正常电池操作的情况下进行ISC的实时检测。作为附加益处，可以使用公共电池信号(例如，电压和电流)进行检测，这些公共电池信号可以在电池端子处测量。因此，与其他ISC检测方法相比，所公开的方法可以是简单且易于实施的。
在一个实施例中，一种系统包括：电池，其具有一组端子；以及一个或多个处理元件，其被配置为在该组端子处连续记录作为时间的函数的电压和作为时间的函数的电流。一个或多个处理元件进一步被配置为基于作为时间的函数的电流来确定时间窗口。在该时间窗口期间，累积电荷基本上为零。此外，在该时间窗口期间，电荷的累积绝对值基本上等于存储的比较值。一个或多个处理元件还被配置为计算在该时间窗口内的电池的能量损耗，至少部分地基于在该时间窗口内的电池的能量损耗来计算在该时间窗口内的电池的电荷损耗率，并且基于电荷损耗率和预定阈值来确定电池内是否存在内部短路。响应于确定存在内部短路，一个或多个处理元件被配置为生成存在内部短路的指示。
在一些实施例中，一个或多个处理元件被配置为响应于存在内部短路的指示，启动与电池相关联的电池自动关停操作、将负载转移到另一电池，或这两者。在一些实施例中，一个或多个处理元件被配置为基于作为时间的函数的电流来连续重复确定附加时间窗口，连续重复计算在附加时间窗口内的电池的附加能量损耗，连续重复计算在附加时间窗口内的电池的附加电荷损耗率，以及基于电池的附加电荷损耗率和预定阈值来连续重复确定是否存在内部短路。
在一些实施例中，一个或多个处理元件被配置为基于预定数量的最近计算的附加电荷损耗率来连续更新电池的平均电荷损耗率。在一些实施例中，所存储的比较值是与电池相关联的额定电池芯容量值。在一些实施例中，作为计算在时间窗口内的电池的能量损耗的一部分，一个或多个处理元件被配置为：计算在电池的充电期间在时间窗口期间在一组端子处转移的能量的量值，计算在电池的放电期间在时间窗口期间在一组端子处转移的能量的量值，以及基于电池的预定电阻来计算在时间窗口期间在一组端子处的内部电阻能量损耗。在一些实施例中，在时间窗口内的电池的能量损耗基本上等于所计算的在电池的充电期间转移的能量的量值与在电池的放电期间转移的能量的量值和内部电阻能量损耗的组合之间的差。在一些实施例中，电池的预定电阻由制造商规范或实验室测试来确定。
在一些实施例中，作为计算在时间窗口内的电池的电荷损耗率的一部分，一个或多个处理元件被配置为计算在时间窗口期间的平均电池电势。在一些实施例中，电池的电荷损耗率基本上等于在时间窗口内的电池的能量损耗除以在时间窗口期间的平均电池电势与时间窗口的持续时间的乘积。在一些实施例中，作为确定是否存在内部短路的一部分，一个或多个处理元件被配置为：基于预定数量的最近计算的电荷损耗率来计算电池的平均电荷损耗率，计算电池的电荷损耗率与电池的平均电荷损耗率之间的差，以及确定该差是否大于预定阈值。在一些实施例中，电池和一个或多个处理元件被并入到飞行器中。
在一个实施例中，一种系统包括处理器和存储器，其中存储器存储指令，这些指令在由处理器执行时致使处理器在电池的一组端子处连续记录作为时间的函数的电压和作为时间的函数的电流。这些指令进一步致使处理器通过选择基本上满足以下等式的时间窗口的开始时间Tstart和时间窗口的结束时间Tstop，基于作为时间的函数的电流来确定时间窗口：
和其中i是作为时间的函数的电流，并且其中CW是存储的比较值。这些指令还致使处理器计算在时间窗口内的电池的能量损耗，至少部分地基于在时间窗口内的电池的能量损耗来计算在时间窗口内的电池的电荷损耗率，并且基于电池的电荷损耗率和预定阈值来确定电池内是否存在内部短路。响应于确定存在内部短路，这些指令致使处理器生成存在内部短路的指示。
在一些实施例中，在时间窗口内的电池的能量损耗基本上满足以下等式：
其中E2是电池的所计算的能量损耗，v是作为时间的函数的电压，并且R是电池的预定电阻。在一些实施例中，在时间窗口内的电池的电荷损耗率基本上满足以下等式：
其中CLR是在时间窗口内的电池的电荷损耗率，E2是电池的所计算的能量损耗，v是作为时间的函数的电压，并且R是电池的预定电阻。
在一个实施例中，一种方法包括在电池的一组端子处连续记录作为时间的函数的电压和作为时间的函数的电流。该方法进一步包括基于作为时间的函数的电流来确定时间窗口，其中在时间窗口期间，累积电荷基本上为零，并且其中在时间窗口期间，电荷的累积绝对值基本上等于存储的比较值。该方法还包括计算在时间窗口内的电池的能量损耗，至少部分地基于在时间窗口内的电池的能量损耗来计算在时间窗口内的电池的电荷损耗率，以及基于电池的电荷损耗率和预定阈值来确定电池内是否存在内部短路。该方法包括生成存在内部短路的指示。
在一些实施例中，该方法包括响应于存在内部短路的指示，启动与电池相关联的电池自动关停操作、将负载转移到另一电池，或这两者。在一些实施例中，该方法包括基于作为时间的函数的电流来确定附加时间窗口，计算在附加时间窗口内的电池的附加能量损耗，计算在附加时间窗口内的电池的附加电荷损耗率，以及基于电池的附加电荷损耗率和预定阈值来确定是否存在内部短路。
在一些实施例中，该方法包括计算在电池的充电期间在时间窗口期间在一组端子处转移的能量的量值，计算在电池的放电期间在时间窗口期间在一组端子处转移的能量的量值，以及基于电池的预定电阻来计算在时间窗口期间在一组端子处的内部电阻能量损耗。在一些实施例中，在时间窗口内的电池的能量损耗基本上等于所计算的在电池的充电期间转移的能量的量值与在电池的放电期间转移的能量的量值和内部电阻能量损耗的组合之间的差。
在一些实施例中，该方法包括通过测量来确定电池的预定电阻。在一些实施例中，该方法包括计算在时间窗口期间的平均电池电势，其中电池的电荷损耗率基本上等于在时间窗口内的电池的能量损耗除以在时间窗口期间的平均电池电势与时间窗口的持续时间的乘积。在一些实施例中，该方法包括计算电池的电荷损耗率与电池的平均电荷损耗率之间的差，以及确定该差是否大于预定阈值。
附图说明
图1是描绘电池实时ISC检测系统的框图。
图2是描绘可以存储在电池实时ISC检测系统处的存储器中的预定值的框图。
图3是描绘计算值的框图，这些计算值可以由电池实时ISC检测系统计算并存储在其存储器中。
图4是描绘用于图示锂离子电池的能量参数的等效电路的示意图。
图5是描绘应用于锂离子电池的能量守恒定律的示意图。
图6是描绘应用于锂离子电池的电荷守恒定律的示意图。
图7是描绘在一组电池端子处的作为时间的函数的记录电流以及描绘由此计算的时间窗口的绘图。
图8是描绘电池实时ISC检测方法的流程图。
虽然本公开容易受到各种修改和替代方案的影响，但具体实施例已在附图中以示例的方式示出，并将在本文中详细描述。然而，应当理解，本公开并不旨在局限于所公开的特定形式。相反，意图是覆盖落入本公开的范围内的所有修改、等价物和替代方案。
具体实施方式
参考图1，其描绘了电池实时ISC检测系统100。系统100可以包括电池102、负载或源128、处理器108和存储器114。虽然本文的描述足以说明电池实时ISC检测的元件，但应注意，取决于本公开的特定应用，系统100可以包括附加特征或元件。
电池102可以包括作为一组的第一端子104和第二端子106。虽然在这一组端子104、106中仅描绘了两个端子，但是应当理解，取决于电池的内部配置和应用，电池可以包括附加端子。电压传感器130(例如，电压计)可以连接在该组端子104、106之间，以读取其间的电压。电流传感器132(例如，电流计)可以连接在端子之一(例如，端子104)和负载或源128之间，以读取其间的电流。电池102可以耦合到负载或源128，使得负载或源28可以通过该组端子104、106从电池102汲取功率或向电池102提供功率。
负载或源128可以包括从电池102汲取功率的一个或多个电气系统以及向电池102提供功率的一个或多个电气源。在一些情况下，负载或源128可以包括低功率系统，诸如便携式电子设备的功率系统。在其他情况下，负载或源128可以包括高功率系统，诸如在载具(例如，飞行器)导航和推进中使用的那些功率系统，系统100可以被并入到这些功率系统中。可能存在其他应用。
处理器108可以包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、外围接口控制器(PIC)、另一类型的微处理器或微控制器和/或其组合。此外，处理器108可以使用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、逻辑门电路系统的组合、其他类型的数字或模拟电气设计部件或其组合来实施。处理器108可以包括一组处理元件，诸如处理元件110和处理元件112。这些处理元件110、112可以被封装在一起，或者以分布式处理器配置被远程定位。
电压传感器130和电流传感器132可以耦合到处理器108，以使处理器108能够从中接收数据。尽管未示出，但是可以使用附加电路系统和部件(例如，模数转换器等)来帮助将实时电压和电流从一组端子104、106传送到处理器108。
存储器114可以包括存储器设备，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁盘存储器、光盘存储器、闪存、能够存储数据和处理器指令的另一类型的存储器等，或其组合。存储器114可以存储如本文所述的用于电池实时ISC检测的指令116。例如，指令116可以是由处理器108可读取的，以执行本文所描述的任何操作。
存储器114可以进一步存储与电池102相关联的录入数据，诸如作为时间的函数的电压118和作为时间的函数的电流120。电压118和电流120可以由处理器108使用电压传感器130和电流传感器132周期性地采样，以创建它们的相应函数。预定值122和计算值124也可以被存储在存储器114中。这些值可以用于本文所述的电池实时ISC检测。
在操作期间，电压传感器130可以连续测量跨该组端子104、106的电压，该电压可以被记录或录入为作为时间的函数的电压118。同样地，电流传感器132可以连续测量跨该组端子104、106的电流，该电流可以被记录或录入为作为时间的函数的电流120。如本文中进一步描述的，基于电压118、电流120和预定值122，可以生成计算值124，并且如果检测到ISC，则可以生成存在ISC的指示126。
可以基于用户输入、配置文件、编码定义等来接收预定值122。参考图2，这些预定值122可以包括存储的比较值202、最近的电荷损耗率的数量204、电池102的电阻206，以及阈值208。预定值122中的每个可以在ISC检测的过程期间的某个点被使用。
计算值124可以包括用于确定是否已经发生ISC的各种中间计算和数据。参考图3，计算值124可以包括累积电荷值302、时间窗口304、充电期间转移的能量的量值306、放电期间转移的能量的量值308、内部电阻能量损耗312、能量损耗314、平均电池电势316、电荷损耗率318、平均电荷损耗率320，以及平均电荷损耗率320和电荷损耗率318之间的差322。本文进一步描述了用于检测ISC的这些值的计算和使用。另外，因为用于ISC检测的过程是连续的并且实时的，所以处理器108可以连续计算并存储附加累积电荷值324、附加时间窗口326、在充电期间转移的能量的附加量值328、在放电期间转移的能量的附加量值330、附加内部电阻能量损耗334、附加能量损耗336、附加平均电池电势338、附加电荷损耗率340、附加或更新的平均电荷损耗率342，以及附加平均电荷损耗率342和附加电荷损耗率340之间的附加差344。
本文中关于系统100描述的操作可以依赖于能量守恒定律和电荷守恒定律，因为它们与可充电电池有关。图4、图5和图6可以用于描述这些原理。
参考图4，其描绘用于图示锂离子电池(例如电池102)的能量参数的等效电路400。电路400可以包括一组端子104、106。电路400可以呈现跨该组端子104、106的电压402。同样，当连接到外部电路(例如，负载或源128)时，电路400可以呈现电流404。可以基于电压402和电流404来确定充电到电路400中的能量，该能量在本文中以数学方式表示为E0。同样地，也可以基于电流404和时间来计算输入到电路400中的电荷，该电荷在本文中可以以数学方式表示为C0。
电路400可以包括电压源418，以表示锂离子电池(例如电池102)内的存储的可重复使用的电压。电压源418可以使得能够计算可重复使用的能量和可重复使用的电荷，其在本文中可以分别以数学方式表示为E1和C1。
电路400可以进一步包括内部损耗模型406，以表示在锂离子电池(例如电池102)内部发生的损耗。这些损耗可能是由于电阻泄漏和不可逆过程损耗造成的。电阻泄漏(可包括自放电损耗)可以由可变电阻器414来表示。不可逆过程损耗(可包括锂损耗、电解质退化、激活超电势损耗、浓度超电势损耗等)可以由二极管408、可变电阻器410和电容器412表示。这些损耗元件可以导致电路400内的损耗电流416。内部损耗模型406可以实现不可重复使用的能量损耗和不可重复使用的电荷损耗的计算，这两者在本文中可以分别以数学方式表示为E2和C2。
电路400还可以包括电阻器405，以表示由于内部布线、电极、电解质等的导电损耗而引起的电池芯内部电阻。电阻器405的电阻在本文中可以以数学方式表示为R，并且可以使得能够计算充电和放电期间的内部电阻损耗，其在本文中可以分别以数学方式表示为E3和E4。
参考图5，图表500描绘与图4的电路400相关的能量守恒定律。充电到电池的能量502(E0)等于电池的可重复使用的能量510(E1)、不可重复使用的能量损耗508(E2)、放电期间的内部电阻损耗506(E3)和充电期间的内部电阻损耗504(E4)之和。
参考图6，图表600描绘与图4的电路400相关的电荷守恒定律。充电到电池的电荷602(C0)等于可重复使用的电荷608(C1)(其是能够被放电的电荷)和由于不可逆过程引起的电荷损耗604(C2)之和。
参考图7，绘图700描绘表示电流702随时间704变化的函数706。函数706可以用于确定时间窗口708，该时间窗口708使得能够进行电池实时ISC检测。
时间窗口708可以对应于图3中所描绘的时间窗口304，并且可以由开始时间712和结束时间710包围(按最近到最早的顺序)。此外，时间窗口708可以被选择为使得其满足至少两个标准。首先，在该时间窗口期间，累积电荷可以基本上等于零。其次，在该时间窗口期间，电荷的累积绝对值可以基本上等于存储的比较值(例如，存储的对比值202)。如本文所用，术语“基本上等于”是指当考虑到工程系统中的真实缺陷时，差值落在典型工程公差范围内。存储的比较值202可以影响时间窗口708的长度。较高的值可以导致较长的间隔。在一些实施例中，存储的比较值202可以是与电池102相关联的额定电池芯容量值。然而，可以基于期望的典型时间窗口持续时间来使用其他值。
以数学方式表示，可以选择时间窗口708，使得：
并且使得
其中Tstart是开始时间712，Tstop是结束时间710，i是函数706，并且CW是存储的比较值202。等式1和等式2的右侧可以对应于图3中描绘的累积电荷值302，其中等式1的右侧可以是累积电荷，并且等式2的右侧可以是电荷的累积绝对值。
为了确定是否存在电池ISC，可以计算能量损耗。能量损耗可以基于能量守恒定律来计算，对于电池，能量守恒定律可以表达为：
E0＝E1+E2+E3+E4，
其中E0是充电到图4中所描绘的电路400的能量，或者换句话说，E0可以是在充电期间在该组端子104、106(在图1中描绘)处测量的能量的量值，E1是电路400的可重复使用的能量，或者换句话说，E1可以是在放电期间在该组端子104、106处测量的能量的量值，E2是能量损耗，E3是在放电期间的内部电阻损耗，并且E4是在充电期间的内部电阻损耗。上述等式中的各项可以用它们的计算替换如下(注意E3+E4在下面的等式被组合成单个积分)：
其中Tstart是图7的时间窗口708的开始时间712，Tstop是时间窗口708的结束时间710，v是电压随时间变化的函数(例如，图1的电压118)，i是电流随时间变化的函数(例如图1的电流120)，E2是能量损耗，并且R是图1的电池102的内部电阻。R可以对应于图2的电池206的电阻。上述等式中的积分可以分别对应于图3的在充电期间转移的能量的量值306、在放电期间转移的能量的量值308和内部电阻能量损耗312。E2可以对应于图3的能量损耗314。内部电阻R可以根据制造商规范或实验室测试来确定。
可以重写上述等式来求解能量损耗。
一旦确定了能量损耗E2，就可以计算电荷损耗率。电荷损耗率可以以数学方式表示为：
其中CLR是电荷损耗率，E2是能量损耗，Uavg是在图7的时间窗口708上的平均电池电势，Tstart是时间窗口708的开始时间712，并且Tstop是时间窗口708的结束时间710。
平均电池电势Uavg可以以数学方式表示为：
其中Uavg是平均电池电势，Tstart是时间窗口708的开始时间712，Tstop是时间窗口708的结束时间710，v是电压随时间变化的函数(例如，图1的电压118)，i是电流随时间变化的函数(例如图1的电流120)，并且R是图1的电池102的内部电阻。
组合以上等式4和等式5，电荷损耗率可以表示为：
当电荷损耗率相对于正常电池操作升高时，可能存在ISC状况。为了确定电荷损耗率是否升高，可以将其与和电池相关联的平均电荷损耗率进行比较。当两者之间的差大于阈值时，可以确定正在发生ISC。
平均电荷损耗率可以以数学方式表示为：
其中CLRavg是平均电荷损耗率，M是最近计算的电荷损耗率的预定数量，并且每个CLRj是不同的所计算的电荷损耗率CLR。虽然等式7表示先前计算的电荷损耗率的算术平均值，但其他平均值(例如，加权、中值等)也是可能的。
当来自等式6的电荷损耗率和来自等式7的平均电荷损耗率之间的差大于阈值时，可能存在ISC状况。这可以以数学方式表示为：
|CLR-CLRavg|>δ， (等式8)
其中CLR是电荷损耗率，CLRavg是平均电荷损耗率；并且δ是阈值。
参考图8，可以在方法800中描述上述实时ISC检测的过程，该方法可以由图1的系统100执行。方法800可以包括在802处输入比较值CW、电阻R、最近的电荷损耗率的数量M和阈值δ。例如，CW可以对应于比较值202，R可以对应于电池102的电阻206，M可以对应于最近的电荷损耗率的数量204，并且δ可以对应于阈值208。这些值可以通过由系统100的用户输入、通过存储在存储器114中或这两者来预先确定。
方法800还可以包括在804处测量作为时间的函数的电压和作为时间的函数的电流，并将数据录入到存储装置中。例如，处理器108可以在一组端子104、106处连续记录作为时间的函数的电压118和作为时间的函数的电流120，该电压和电流可以被存储在存储器114中。
方法800还可以包括在806处搜索并确定动态时间窗口。例如，处理器108可以基于作为时间的函数的电流120来确定时间窗口304(和/或时间窗口708)。在时间窗口304期间，累积电荷(其可以是累积电荷值302中的一个)可以基本上为零，并且电荷的累积绝对值(其可以是累积电荷值302中的另一个)可以基本上等于存储的比较值(CW)202。在一些情况下，存储的比较值(CW)202可以是与电池相关联的额定电池芯容量值。但是，也可以使用其他值。这些标准在本文中可以被表示为等式1和等式2。
方法800可以包括在808处计算时间窗口中的能量损耗。例如，处理器108可以被配置为计算在电池102的充电期间在时间窗口304期间在该组端子104、106处在充电306期间转移的能量的量值。处理器108可以进一步被配置为计算在电池102的放电期间在时间窗口304期间在该组端子104、106处在放电308期间转移的能量的量值。处理器108还可以被配置为基于电池102的预定电阻(R)206来计算在时间窗口304期间在该组端子104、106处的内部电阻能量损耗312。在时间窗口304内的电池102的能量损耗314可以基本上等于所计算的在电池102的充电306期间转移的能量的量值与在电池102的放电308期间转移的能量的量值和内部电阻能量损耗312的组合之间的差。电池102的预定电阻(R)206可以根据制造商规范或实验室测试来确定。这些计算可以在本文中被表示为等式3。
方法800还可以包括在810处计算内部电荷损耗率。例如，处理器108可以计算平均电池电势316。电池102的电荷损耗率318可以基本上等于电池102的能量损耗314除以平均电池电势316和时间窗口的持续时间的乘积，该时间窗口的持续时间可以通过找到时间窗口708的开始时间712和结束时间710之间的差来确定。这些计算可以在本文中被表示为等式6。
方法800还可以包括在812处计算平均内部电荷损耗率。例如，平均电荷损耗率320可以被计算为最近计算的电荷损耗率的预定数量(M)204的算术平均值。这些计算可以在本文中由等式7表示。随着计算附加电荷损耗率340，处理器108可以连续更新平均电荷损耗率320。或者换句话说，处理器108可以计算附加平均电荷损耗率342。
方法800可以包括在814处将内部电荷损耗率和平均内部电荷损耗率之间的差与阈值进行比较。例如，处理器108可以被配置为计算电池102的电荷损耗率318和电池102的平均电荷损耗率320之间的差。处理器108然后可以确定该差是否大于预定阈值δ208。这些计算可以在本文中被表示为等式8。
方法800可以进一步包括：当该差不大于阈值时，在804-814处重复方法800。例如，处理器108可以基于电流120连续重复确定附加时间窗口326。处理器108可以进一步连续重复计算在附加时间窗口326内的电池102的附加能量损耗336。处理器还可以连续重复计算在附加时间窗口326内的电池102的附加电荷损耗率340。最后，处理器108可以通过将电池的附加电荷损耗率340与电池的平均电荷损耗率320(或者附加或更新的电荷损耗率342)进行比较来连续重复确定是否存在ISC。
方法800可以包括在816处响应于该差大于阈值而确定检测到电池ISC。例如，可以生成指示126以提供存在ISC状况的警报。此外，响应于确定检测到电池ISC，可以在电池102处采取缓解步骤，这可以包括启动与电池102相关联的电池自动关停操作。
应该注意的是，本文的实施例是以连续函数和这些函数的积分(例如∫f(x))的形式描述的。然而，由于所描述的实施例可以测量离散时间段中的数据，因此本公开和权利要求应当被解释为同样适用于离散函数和这些函数的和(例如，∑f[n])。换句话说，如本文所用，连续函数和连续函数运算应被理解为与其对应的离散函数和离散函数运算可互换使用(即∫f(x)可与∑f[n]互换使用)。
尽管已经示出和描述了各种实施例，但本公开不限于此，并且将被理解为包括本领域技术人员显而易见的所有此类修改和变化。
Claims (20)
1.一种系统(100)，其包括：
电池(102)，其具有一组端子(104、106)；
一个或多个处理元件(110、112)，其被配置为：
在所述一组端子(104、106)处连续记录作为时间的函数的电压(118)和作为时间的函数的电流(120)；
基于作为时间的函数的所述电流(120)来确定时间窗口(304)，其中在所述时间窗口(304)期间，累积电荷(302)基本上为零，并且其中在所述时间窗口(304)期间，所述电荷(302)的累积绝对值基本上等于存储的比较值(202)；
计算在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的能量损耗(314)；
至少部分地基于在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述能量损耗(314)来计算在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的电荷损耗率(318)；
基于所述电荷损耗率(318)和预定阈值(208)来确定所述电池(102)内是否存在内部短路；以及
响应于确定存在所述内部短路，生成存在所述内部短路的指示(126)。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中所述一个或多个处理元件(110、112)进一步被配置为响应于存在所述内部短路的所述指示(102)，启动与所述电池(102)相关联的电池(102)自动关停操作、将负载(128)转移到另一电池，或这两者。
3.根据权利要求1所述的系统(100)，其中所述一个或多个处理元件(110、112)进一步被配置为：
基于作为时间的函数的所述电流(120)来连续重复确定附加时间窗口(326)；
连续重复计算在所述附加时间窗口(326)内的所述电池(102)的附加能量损耗(336)；
连续重复计算在所述附加时间窗口(326)内的所述电池(102)的附加电荷损耗率(340)；以及
基于所述电池(102)的所述附加电荷损耗率(340)和所述预定阈值(208)来连续重复确定是否存在所述内部短路。
4.根据权利要求3所述的系统(100)，其中所述一个或多个处理元件(110、112)进一步被配置为基于预定数量的最近计算的附加电荷损耗率(204)来连续更新所述电池(102)的平均电荷损耗率(320)。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储的比较值(202)是与所述电池(102)相关联的额定电池芯容量值。
6.根据权利要求1所述的系统(100)，其中作为计算在所述时间窗口(304)内的所述电池的所述能量损耗(314)的一部分，所述一个或多个处理元件(110、112)被配置为：
计算在所述电池(102)的充电期间在所述时间窗口(304)期间在所述一组端子(104、106)处转移的能量的量值(306)；
计算在所述电池(102)的放电期间在所述时间窗口(304)期间在所述一组端子(104、106)处转移的能量的量值(308)；以及
基于所述电池(102)的预定电阻(206)来计算在所述时间窗口(304)期间在所述一组端子(104、106)处的内部电阻能量损耗(312)，
其中在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述能量损耗(314)基本上等于所计算的在所述电池(102)的充电期间转移的能量的所述量值(308)与在所述电池(102)的放电期间转移的能量的所述量值(308)和所述内部电阻能量损耗(312)的组合之间的差。
7.根据权利要求6所述的系统(100)，其中所述电池(206)的所述预定电阻由制造商规范或实验室测试来确定。
8.根据权利要求1所述的系统(100)，其中作为计算在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述电荷损耗率(318)的一部分，所述一个或多个处理元件(110、112)被配置为计算在所述时间窗口(304)期间的平均电池电势(316)，其中所述电池(102)的所述电荷损耗率(316)基本上等于在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述能量损耗(314)除以在所述时间窗口(304)期间的所述平均电池电势(316)与所述时间窗口(304)的持续时间的乘积。
9.根据权利要求1所述的系统(100)，其中作为确定是否存在内部短路的一部分，所述一个或多个处理元件(110、112)被配置为：
基于预定数量的最近计算的电荷损耗率(204)来计算所述电池(102)的平均电荷损耗率(320)；
计算所述电池(102)的所述电荷损耗率(318)与所述电池(102)的所述平均电荷损耗率(320)之间的差(322)；以及
确定所述差(322)是否大于所述预定阈值(208)。
10.根据权利要求1所述的系统(100)，其中所述电池(102)和所述一个或多个处理元件(110、112)被并入到飞行器中。
11.一种包括处理器(108)和存储器(114)的系统(100)，其中所述存储器(114)存储指令，所述指令在由所述处理器(108)执行时致使所述处理器(108)：
在电池(102)的一组端子(104、106)处连续记录作为时间的函数的电压(118)和作为时间的函数的电流(120)；
通过选择基本上满足以下等式的时间窗口的开始时间(710)Tstart和所述时间窗口的结束时间(712)Tstop，基于作为时间的函数的所述电流(120)来确定所述时间窗口(304)：
和
其中i是作为时间的函数的所述电流(120)，并且其中CW是存储的比较值(202)；
计算在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的能量损耗(314)；
至少部分地基于在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述能量损耗(318)来计算在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的电荷损耗率(318)；
基于所述电池(102)的所述电荷损耗率(318)和预定阈值(208)来确定所述电池(1102)内是否存在内部短路；以及
响应于确定存在所述内部短路，生成存在内部短路的指示(126)。
12.根据权利要求11所述的系统(100)，其中在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述能量损耗(314)基本上满足以下等式：
其中E2是所述电池(102)的所计算的能量损耗(314)，v是作为时间的函数的所述电压(118)，并且R是所述电池(102)的预定电阻(206)。
13.根据权利要求11所述的系统(100)，其中在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述电荷损耗率(318)基本上满足以下等式：
其中CLR是在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述电荷损耗率(318)，E2是所述电池(102)的所计算的能量损耗(314)，v是作为时间的函数的所述电压(118)，并且R是所述电池(102)的预定电阻(206)。
14.一种方法，其包括：
在电池(102)的一组端子(104、106)处连续记录(804)作为时间的函数的电压(118)和作为时间的函数的电流(120)；
基于作为时间的函数的所述电流(120)来确定时间窗口(304)，其中在所述时间窗口(304)期间，累积的电荷(302)基本上为零，并且其中在所述时间窗口(304)期间，所述电荷(302)的累积绝对值基本上等于存储的比较值(202)；
计算(808)在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的能量损耗(314)；
至少部分地基于在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述能量损耗(318)来计算(810)在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的电荷损耗率(318)；
基于所述电池(102)的所述电荷损耗率(318)和预定阈值(208)来确定(814)所述电池(102)内是否存在内部短路；以及
生成(816)存在所述内部短路的指示(126)。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括响应于存在所述内部短路的所述指示(126)，启动与所述电池(102)相关联的电池(102)自动关停操作、将负载(128)转移到另一电池，或这两者。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
基于作为时间的函数的所述电流(120)来确定附加时间窗口(326)；
计算在所述附加时间窗口(326)内的所述电池(102)的附加能量损耗(336)；
计算在所述附加时间窗口(326)内的所述电池(102)的附加电荷损耗率(340)；以及
基于所述电池(102)的所述附加电荷损耗率(340)和所述预定阈值(208)来确定是否存在所述内部短路。
17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
计算在所述电池(102)的充电期间在所述时间窗口(304)期间在所述一组端子(104、106)处转移的能量的量值(306)；
计算在所述电池(102)的放电期间在所述时间窗口(304)期间在所述一组端子(104、106)处转移的能量的量值(308)；以及
基于所述电池(206)的预定电阻来计算在所述时间窗口(304)期间在所述一组端子(104、106)处的内部电阻能量损耗(312)，
其中在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述能量损耗(314)基本上等于所计算的在所述电池(102)的充电期间转移的能量的所述量值(306)与在所述电池(102)的放电期间转移的能量的所述量值(308)和所述内部电阻能量损耗(312)的组合之间的差。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括通过测量来确定所述电池(102)的所述预定电阻(206)。
19.根据权利要求14所述的方法，进一步包括计算在所述时间窗口(304)期间的平均电池电势(316)，其中所述电池(102)的所述电荷损耗率(318)基本上等于在所述时间窗口(304)内的所述电池(102)的所述能量损耗(314)除以在所述时间窗口(304)期间的平均电池电势(316)与所述时间窗口(304)的持续时间的乘积。
20.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
计算所述电池(102)的所述电荷损耗率(318)与所述电池(102)的平均电荷损耗率(320)之间的差(322)；以及
确定所述差(322)是否大于预定阈值(208)。
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