一种锂电池热失控早期预警及自动控制方法技术

一种锂电池热失控早期预警及自动控制方法，其特征在于首先建立利用环境数据判定锂电池热失控发展过程的数学模型，然后利用多种传感器实时采集锂电池的环境数据，并参照已建立的数学模型对采集到的多项环境数据的变化进行在线分析，判断锂电池出现热失控风险或热失控，一旦热失控引起火情，立即自动启动火情控制装置控制热失控扩展，将热失控引起的风险降到最低，最大限度的防范电动汽车严重安全事故的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂电池、锂电池储能、电动汽车
，尤其是一种锂电池热失控早期预警及自动控制方法。
技术介绍
本专利技术所述的锂电池是指锂金属电池和锂离子电池的统称，特别是目前广泛应用的锂合金金属氧化物为正极材料高性能锂离子蓄电池，包括三元材料、磷酸铁锂等锂离子电池。锂电池单体电芯能量有限，在实际使用过程中往往是通过串联和并联组成电池组，封装在电池箱内作为动力电池整体使用。随着锂电池储能特别是锂电池在电动汽车动力方面实际应用的快速发展，伴随着越来越频繁的火灾事故，几乎所有的电动汽车火灾事件都是与动力电池相关，锂电池储能电站和锂电池工厂恶性火灾事故也有发生。锂电池的能量密度高，是移动电源和储能的理想选择，目前的锂离子电池技术还不能做到使用过程中的绝对稳定安全，其主要安全隐患为电池使用过程中的热失控和热失控扩展。热失控是指单体蓄电池放热连锁反应引起电池自温升速率急剧变化的过热、起火、爆炸现象；而热失控扩展是指蓄电池包或系统内部的单体蓄电池或单体蓄电池单元热失控,并触发该蓄电池系统中相邻或其他部位蓄电池的热失控的现象。专利技术专利申请号201310302644.1提供了一种利用火焰探测器探测并引燃气体灭火装置的电动汽车自动灭火方法，这种方法依赖火焰探测器探测电池箱的火情，不能预警电池热失控的发生，只能在电池热失控发生后造成明火燃烧的严重后果时才启动灭火；灭火气体为氮气，灭电池热失控引起的火情效率不高；灭火气体发生器安装在电池箱外部，通过气体发生器出口与电池箱连接，结构复杂，破坏电池箱的整体结构和密封性。专利技术专利申请号201510285595.4提供了一种基于电池管理系统的动力电池组热失控报警方法，主要是通过设定温度阈值预警热失控事件，这种方法仅通过温度阈值为判断热失控依据，其准确性依赖于温度传感器安装的位置和环境，很难快速准确对热失控进行可靠的早期预警，仅利用固定阈值进行判断往往会受到环境因素的影响而发生误判或漏判。专利技术专利申请号201610060396.8公开了一种在不同温度阶段监测温度变化判断单体电池热失控的方法，这种方法需要实时检测每只单体电池的温度，对于目前电动汽车内由成百上千支电池组成的动力电池箱而言其经济性和实用性很低；其次，这种方法使用固定的温度变化速率阈值和温度区间作为判断依据，只能针对特定种类电池和特定的实验室环境预警热失控的发生，针对不同类型的电池不能保证准确判断，在实际应用中还会受到环境因素的影响而发生误判或漏判。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前在锂电池的广泛应用中对电池所发生的热失控发现不及时，没有快速有效控制手段的不足，提供一种早期预警和及时控制的方法，防止热失控扩散，降低财产损失，尽量避免恶性事故的发生。本专利技术所述的方法如下：一种锂电池热失控早期预警及自动控制方法，它首先建立利用环境数据判定锂电池热失控发展过程的数学模型，然后利用多种传感器实时采集锂电池箱内的环境数据，并参照已建立的数学模型对采集到的锂电池的环境数据的变化进行在线分析，按照锂电池热失控发展的风险程度分级别预警热失控的发展；一旦热失控发展引起火情，立即自动启动火情控制装置控制热失控扩展。优选的，采用多种传感器采集锂电池的环境数据，传感器可以是但不限于气体传感器、温度传感器、烟雾传感器；利用所采集到的多项传感器数据进行复合判断，早期判断电池热失控的发生和发展。优选的，利用环境数据判定锂电池热失控发展过程的数学模型在线下建立，首先根据具体电池种类和成组方式计算出电池热失控发展过程的特性数据，结合热失控试验中采集的数据，通过软件仿真数据处理，建立原始的锂电池热失控发展过程数学模型，在热失控试验中应用原始热失控发展过程数学模型进行预警，验证热失控发展过程数学模型的准确性，如果效果不能够达到准确预测，则对数学模型进行修正，反复进行验证，直到生成准确的利用环境数据判定锂电池热失控发展过程的数学模型。优选的，建立利用环境数据判定锂电池热失控发展过程的数学模型和预警热失控发展的方法为：应用传感器实时采集到的环境数据变化的速率结合环境数据的绝对值域作为判断锂电池出现热失控的判断条件，对多种传感器采集到的环境数据进行综合在线分析，早期判断电池热失控的发生和发展，并根据热失控发生的危险程度和阶段分级别报警：令dn代表第n项环境数据，Δdn代表在时间段Δt环境数据dn的变化量，则此环境数据的变化速率sn表示为：在某一时刻由第n项环境数据所描述电池环境状态Pn表达为：Pn＝(dn,sn)n项环境数据变化所描述的当前时间t的电池状态Ot表达为：Ot＝(P1,P2,P3,...Pn)热失控发展程度的判断标准根据相应的电池特性确定，第n项环境参数的第l级预警的数学模型Pln表达为：Pln＝(dln,sln,dlsn)其中，dln为第n项环境参数触发第l级预警的阈值，sln为第n项环境参数触发第l级预警的变化速率阈值，dlsn为当前维持电池箱正常工作的第n项环境参数的设定值；依据第n项环境参数阈值独立判断第l级预警Wln的判定公式如下：Wln＝(dn≥dln)∨((sn≥sln)∧(dn≥dlsn))通过n项环境参数相互独立判断在时间t的电池状态Ot是否触发l级热失控的预警信号Wl的简化公式为：Wl＝Wl1∨Wl2∨…∨Wln如果Wl为真，就发出l级预警信号。更进一步的，还通过n项环境参数中的多项综合判断电池的热失控的状态；n项环境参数的第l级预警的数学模型可以表达为：Pl1＝(dl1,sl1,dls1)Pl2＝(dl2,sl2,dls2)……Pln＝(dln,sln,dlsn)通过多项环境参数的选取，各项环境数据的任意组合限制，综合判断在时间t的电池状态Ot是否触发l级热失控的预警信号。优选的，Wl′＝((d1≥dl1)∨(d2≥dl2))∨((s1≥sl1)∧(s2≥sl2)∧(sn≥sln)∧(dn≥dlsn))。优选的，dlsn的值是在多次试验中测得电池箱正常工作状态下环境数据dn的平均值，dln的值是在多次试验中测得在第l级热失控状态下环境数据dn的平均值，sln的值是根据多次电池热失控试验中测得第l级热失控状态下环境数据dn的变化速率sn的平均值。优选的，针对不同材料锂电池的特点，建立锂电池热失控发展过程的3级预警模型：当锂电池已经处于非正常工作状态，内部有热量聚集，有热失控发生风险，触发第一级预警；当锂电池的热量已经聚集到不需要外界因素而持续发生热失控链锁反应的临界值，热失控过程不可逆转，则触发第二级预警；第三级预警表示锂电池内部已经发生剧烈反应，开始发生了爆喷、燃烧。优选的，通过一套控制装置实现预警和经由线束与之相连接的灭火装置实现灭火，所述控制装置和灭火装置安装在电池箱内部，灭火装置装载有灭火剂，在电池箱内电池已经发生剧烈反应，开始发生爆喷、燃烧时，所述的控制装置通过电信号自动启动火情附近的灭火装置释放灭火剂就近进行火情控制。本专利技术的有益效果是：采用本专利技术的方法，能够在锂电池热失控的早期，提前准确预警发生热失控的危险，一旦有热失控发生，立即自动启动火情控制装置，防止热失控扩散，避免造成更大的灾难。采用多路传感器实时采集锂电池在热失控发生发展过程中所产生的气体、温度、烟雾等环境特征变化，并通过对采集到的多项环境特征数据的进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池热失控早期预警及自动控制方法，其特征在于首先建立利用环境数据判定锂电池热失控发展过程的数学模型，然后利用多种传感器实时采集锂电池箱内的环境数据，并参照已建立的数学模型对采集到的锂电池的环境数据的变化进行在线分析，按照锂电池热失控发展的风险程度分级别预警热失控的发展；一旦热失控发展引起火情，立即自动启动火情控制装置控制热失控扩展。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池热失控早期预警及自动控制方法，其特征在于首先建立利用环境数据判定锂电池热失控发展过程的数学模型，然后利用多种传感器实时采集锂电池箱内的环境数据，并参照已建立的数学模型对采集到的锂电池的环境数据的变化进行在线分析，按照锂电池热失控发展的风险程度分级别预警热失控的发展；一旦热失控发展引起火情，立即自动启动火情控制装置控制热失控扩展。2.根据权利要求1所述锂电池热失控早期预警及自动控制方法，其特征是采用多种传感器采集锂电池的环境数据，传感器可以是但不限于气体传感器、温度传感器、烟雾传感器；利用所采集到的多项传感器数据进行复合判断，早期判断电池热失控的发生和发展。3.根据权利要求1所述锂电池热失控早期预警及自动控制方法，其特征是利用环境数据判定锂电池热失控发展过程的数学模型在线下建立，首先根据具体电池种类和成组方式计算出电池热失控发展过程的特性数据，结合热失控试验中采集的数据，通过软件仿真数据处理，建立原始的锂电池热失控发展过程数学模型，在热失控试验中应用原始热失控发展过程数学模型进行预警，验证热失控发展过程数学模型的准确性，如果效果不能够达到准确预测，则对数学模型进行修正，反复进行验证，直到生成准确的利用环境数据判定锂电池热失控发展过程的数学模型。4.根据权利要求1所述锂电池热失控早期预警及自动控制方法，其特征是建立利用环境数据判定锂电池热失控发展过程的数学模型和预警热失控发展的方法为：应用传感器实时采集到的环境数据变化的速率结合环境数据的绝对值域作为判断锂电池出现故障的判断条件，对多种传感器采集到的环境数据进行综合在线分析，早期判断电池热失控的发生和发展，并根据热失控发生的危险程度和阶段分级别报警：令dn代表第n项环境数据，Δdn代表在时间段Δt环境数据dn的变化量，则此环境数据的变化速率sn表示为：sn=ΔdnΔt]]>在某一时刻由第n项环境数据所描述电池环境状态Pn表达为：Pn＝(dn,sn)n项环境数据变化所描述的当前时间t的电池状态Ot表达为：Ot＝(P1,P2,P3,...Pn)第n项环境参数的第l级预警的数学模型Pln表达为：Pln＝(dln,sln,dlsn)其中，dl...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐向阳，
申请(专利权)人：南京能启能电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32