用于针对气体分析物进行监测的系统和方法技术方案

本文描述了用于针对气体分析物监测气体源的系统和方法。例如，在给定气源状态期间，可以针对气体分析物的释放来监测气体源。可以生成表征气体源正在释放的气体分析物的量的传感器信号。可以相对于阈值来评估气体传感器信号。可以基于对比的结果而生成警报信号，以提供气体源正在释放不希望的和/或有害量的气体的警告。

Systems and methods for monitoring gas analytes

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于针对气体分析物进行监测的系统和方法政府许可权本专利技术的一部分是在海军部合同号N00024-15-C-4002的政府支持下完成的。政府拥有本专利技术中的某些权利。相关申请的交叉引用本申请要求于2017年6月29日提交的题为“SYSTEMSANDMETHODSFORMONITORINGFORAGASANALYTE(用于针对气体分析物进行监测的系统和方法)”的美国非临时申请号15/637,381、于2016年6月29日提交的题为“SYSTEMSANDMETHODSFORANALYTEDETECTIONANDCONTROL(用于分析物检测和控制的系统和方法)”的美国临时申请号62/356,111、以及于2017年2月3日提交的题为“SYSTEMSINCLUDINGANENERGYSTORAGEENCLOSUREANDMONITORINGTHEREOF(包括能量储存外壳的系统及其监测)”的美国临时申请号62/454,516，这些申请的内容通过引用结合于此。
本披露总体上涉及用于针对气体分析物进行监测的系统和方法。
技术介绍
在许多应用中，存在要将不希望和/或有害的气体排放到周围环境中的可能性。由于已知特定气体可能会影响周围环境和人类生活，因此需要能够快速应对由这些气体引起的危险。这种影响可能是毁灭性的，并且可能导致系统故障、机械故障、工厂故障、设备故障、爆炸、火灾，在某些情况下会导致死亡。已知电池会促成有害气体对周围环境的危害。例如，当电池开始劣化时，电池会变得容易受到被称为“热失控”的状况的影响。如果不检查，则这种状况可能引起电池泄漏和/或爆炸。热失控可能由电池(例如电池的电池单元)内的短路、电池使用不当、物理滥用、制造缺陷或电池暴露于极端外部温度下所引发。当电池的内部反应速率增加至产生的热量多于可以排出的热量时，就会发生热失控，导致内部反应速率和生成的热量都进一步增加。热失控状况的影响可能取决于电池类型。例如，在诸如铅酸蓄电池等注满电解液的电池中，热失控状况会引起氢气释放，导致有害气体逸出到周围环境中。在可以用于诸如笔记本电脑、手机等设备中的密封电池(例如袋型锂离子电池)中，热失控状况可能引起膨胀，这样可能导致密封电池爆炸并且将有害电解质气体释放到周围环境中。
技术实现思路
在一个实例中，一种方法可以包括针对气体分析物来监测气体源。该方法可以进一步包括生成表征气体源正在释放的气体分析物的量的传感器信号。该方法可以进一步包括接收传感器信号并且相对于阈值来评估传感器信号。该方法可以进一步包括基于评估结果而生成警报信号。在另一实例中，系统可以包括容纳气体源的外壳、以及监测系统。监测系统可以包括气体传感器，该气体传感器可以位于外壳内并且可以被配置成用于针对气体源释放的气体分析物进行监测。监测系统可以进一步包括用于存储机器可读指令的非瞬态存储器、以及访问存储器并执行机器可读指令的处理器。机器可读指令可以致使处理器接收由气体传感器生成的、表征气体源正在释放的气体分析物的量的传感器信号，相对于阈值来评估传感器信号，并且基于所评估的结果而生成警报信号。在更进一步的实例中，一种方法可以包括针对气体分析物的释放来监测气体源，并且生成表征气体源正在释放的气体分析物的量的第一传感器信号。该方法可以进一步包括针对周围气体来监测周围环境，并且生成表征存在于周围大气中的周围气体的量的第二传感器信号。该方法可以进一步包括基于第一传感器信号相对于第一平均传感器信号的百分比变化而确定第一传感器输出，并且基于第二传感器信号相对于第二平均传感器信号的百分比变化而确定第二传感器输出。该方法可以进一步包括相对于第二传感器输出来评估第一传感器输出，并且基于该评估的结果而生成警报信号。在另一实例中，系统可以包括容纳气体源的外壳、以及监测系统。监测系统可以包括第一气体传感器，该第一气体传感器可以位于外壳内并且可以被配置成用于针对气体源释放的气体分析物进行监测。监测系统可以进一步包括位于外壳内的第二气体传感器，该第二气体传感器可以被配置成用于针对周围气体来监测周围环境。监测系统可以进一步包括用于存储机器可读指令的非瞬态存储器、以及访问存储器并执行机器可读指令的处理器。机器可读指令可以致使处理器接收表征气体源正在释放的气体分析物的量的第一传感器信号、并且接收表征存在于周围大气中的周围气体的量的第二传感器信号。机器可读指令可以进一步致使处理器基于第一传感器信号相对于第一平均传感器信号的百分比变化而确定第一传感器输出、并且基于第二传感器信号相对于第二平均传感器信号的百分比变化而确定第二传感器输出。机器可读指令进一步可以致使处理器相对于第二传感器输出来评估第一传感器输出、并且基于该评估的结果而生成警报信号。附图说明图1描绘了气体分析物监测系统的实例。图2描绘了根据时间绘制的演示气体分析物所生成的传感器信号的曲线图的实例。图3描绘了另一气体分析物监测系统的实例。图4描绘了外壳的实例。图5描绘了外壳的更进一步的实例。图6描绘了外壳的另一实例。图7描绘了外壳的其他实例。图8描绘了展示用于针对气体分析物来监测气体源的示例性方法的流程图的实例。图9描绘了展示用于针对气体分析物来监测气体源的示例性方法的流程图的另一实例。图10描绘了展示用于针对气体分析物来监测气体源的示例性方法的流程图的更进一步的实例。具体实施方式本披露总体上涉及用于针对气体分析物进行监测的系统和方法。在一些实例中，气体源可以包括电池，并且气体分析物是废气。因此，本文描述的系统和方法可以针对电池废气进行监测。尽管本文描述了与对电池废气状况进行监测有关的实例，但是应当理解的是，本文描述的系统和方法可以在包括气体源的任何环境中实施。例如，该环境可以包括但不限于安全环境、诸如实验室等测试环境、诸如数据中心等存储环境、诸如燃烧系统等工业环境、商业环境、居住环境、军事环境、诸如车辆等运输环境、诸如商业和居住设备和/或装置之类的产品、或类似的环境。因此，本披露的范围不应受到本文描述的具体实例的限制。本文使用的术语“气体分析物”可以是指由气体源释放和/或生成的气体。因此，术语“气体分析物”可以包括泄漏气体、废气、化学反应的气体副产物等。气体分析物可以包括诸如挥发性电解质溶剂等电解质气体、电池电解质混合物的挥发性组分等。挥发性电解质种类可以包括碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙烯酯等。另外，气体分析物可以包括锂离子电池废气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、乙烷、氢气、氧气、氮氧化物、挥发性有机化合物、硫化氢、硫氧化物、氨、氯、丙烷、臭氧、乙醇、碳氢化合物、氰化氢、可燃气体、易燃气体、有毒气体、腐蚀性气体、氧化气体、还原气体等。在实例中，气体源可以包括电池。本文描述的系统和方法可以被实施为针对气体分析物来监测电池。在其寿命期间，电池会逐渐劣化，这样可能导致容量、循环寿命和安全性降低。劣化的电池可能释放气体，在本文中，该气体可以称为“气体分析物”。在诸如充电循环或放电循环等循环条件期间，电池可以释放气体分析物。电池劣化的一个或多个原因可以包括电池使用不当、物理滥用、制造缺陷、电池暴露于极端外部温度、过充电等。本文所述的系统和方法可以在循环条件期间检测气体分析物以提供热失控状况的早期预警。在一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：针对气体分析物的释放来监测气体源；生成传感器信号，该传感器信号表征该气体源正在释放的该气体分析物的量；接收该传感器信号；相对于阈值来评估该传感器信号；以及基于该评估的结果而生成警报信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.03 US 62/454,516;2017.06.29 US 15/637,3811.一种方法，包括：针对气体分析物的释放来监测气体源；生成传感器信号，该传感器信号表征该气体源正在释放的该气体分析物的量；接收该传感器信号；相对于阈值来评估该传感器信号；以及基于该评估的结果而生成警报信号。2.如权利要求1所述的方法，其中，在该气体源的第一状态期间生成该传感器信号，该气体源的第一状态对应于该气体源正在释放该气体分析物的状态；并且进一步包括生成一个或多个基线传感器信号，该一个或多个基线传感器信号表征在该气体源的第二状态期间该气体源正在释放的该气体分析物的量，该气体源的第二状态对应于该气体源并非正在释放该气体分析物的状态。3.如权利要求2所述的方法，进一步包括将移动平均(MA)应用于该一个或多个基线传感器信号以确定MA阈值。4.如权利要求3所述的方法，进一步包括在该MA阈值以上的该一个或多个基线传感器信号的标准偏差的K倍处确定上限频带阈值，该阈值对应于该上限频带阈值。5.如权利要求3所述的方法，进一步包括在该MA阈值以下的该一个或多个基线传感器信号的标准偏差的K倍处确定下限频带阈值，该阈值对应于该下限频带阈值。6.如权利要求3所述的方法，进一步包括在该MA阈值以上和以下之一的该一个或多个基线传感器信号的标准偏差的K倍处确定给定频带阈值；基于该MA阈值以及最小灵敏度与参考值之间的差值而确定灵敏度阈值；相对于该给定频带对该灵敏度阈值进行对比以识别具有最大值的阈值；并且其中，相对于该阈值来评估该传感器信号的步骤包括相对于该具有最大值的阈值来评估这些传感器信号。7.如权利要求1所述的方法，其中，该气体源是电池；其中，该气体分析物是电解质材料；并且其中，该电解质材料包括碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙烯酯、不同的挥发性有机化合物及其组合中的一者。8.如权利要求1所述的方法，其中，该气体分析物包括锂离子电池废气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、乙烷、氢气、氧气、氮氧化物、挥发性有机化合物、硫化氢、硫氧化物、氨、氯、丙烷、臭氧、乙醇、碳氢化合物、氰化氢、可燃气体、易燃气体、有毒气体、腐蚀性气体、氧化气体和还原气体中的一者。9.一种系统，包括：容纳气体源的外壳；监测系统，包括：气体传感器，该气体传感器位于该外壳内并且被配置成用于针对该气体源释放的气体分析物进行监测；用于存储机器可读指令的非瞬态存储器；用于访问该非瞬态存储器并执行该机器可读指令的处理器，该机器可读指令致使该处理器执行以下操作：接收由该气体传感器生成的传感器信号，该传感器信号表征该气体源正在释放的该气体分析物的量；相对于阈值来评估该传感器信号；并且基于该评估的结果而生成警报信号。10.如权利要求9所述的系统，其中，在该气体源的第一状态期间生成该传感器信号，该气体源的第一状态对应于该气体源正在释放该气体分析物的状态；并且其中，该机器可读指令进一步致使该处理器生成一个或多个基线传感器信号，该一个或多个基线传感器信号表征在该气体源的第二状态期间该气体源正在释放的该气体分析物的量，该气体源的第二状态对应于该气体源并非正在释放该气体分析物的状态。11.如权利要求10所述的系统，其中，该机器可读指令进一步致使该处理器将移动平均(MA)应用于该一个或多个基线传感器信号以确定MA阈值。12.如权利要求11所述的系统，其中，该机器可读指令进一步致使该处理器在该MA阈值以上的该一个或多个基线传感器信号的标准偏差的K倍处确定上限频带阈值，该阈值对应于该上限频带阈值。13.根据权利要求11所述的系统，其中，该机器可读指令进一步致使该处理器在该MA阈值以下的该一个或多个基线传感器信号的标准偏差的K倍处确定下限频带阈值，该阈值对应于该下限频带阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·兰德尔·卡明斯，斯科特·劳伦斯·斯沃茨，尼古拉斯·布兰尼根·弗兰克，威廉·约翰·道森，戴维恩·马修·希尔，本杰明·H·格利，
申请(专利权)人：奈克斯赛瑞斯创新控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US