一种动力锂离子电池爆喷早期预警报警方法技术

本发明专利技术提供一种动力锂离子电池爆喷早期预警报警方法，采用包括温度、气压、CO、C

An early warning and alarm method for explosion and spray of power lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种动力锂离子电池爆喷早期预警报警方法
本专利技术属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种动力锂离子电池爆喷早期预警装置及方法。
技术介绍
随着全球经济不断发展，能源危机逐步加深、环保意识不断增强，作为新能源及环保低碳的动力电池产业得到迅猛发展，而锂离子电池凭借其优异的性能、成熟的技术成为众多动力电池的主流发展方向。尤其是随着我国对环保的问题越来越重视，以及锂电池生产成本的大幅降低，已广泛应用于电动自行车、电动汽车、高铁、云轨、航空航天等交通领域及发电侧、电网侧、用户侧的储能系统领域。虽然锂电池的大规模应用改善了环境，实现了低碳、节能、环保等有益效果，但随之而来的安全问题却是不容忽视，近年来由电动自行车引发的火灾1万余起，新能源汽车百余起，储能系统领域也发生了多起火灾。这些火灾都是由于锂离子电池发生热失控后，电池本体破坏发生电解液固液气混合物的爆喷，爆喷出的混合物极易发生燃烧甚至爆炸。面对如此严峻的火灾形式，若出现安全事故，将对社会安全及生命财产安全都极易造成巨大的损失，造成的社会影响也将更加严重和难于预测，而且牵涉面更广，公众关注度更高。目前已有的锂离子电池预警技术都是基于温度、电压、气体成分、烟雾等特征参数及其变化率来判断是否发生热失控。温度参数，通过温度及其变化率进行判断，当温度及其变化率超过某一阈值时判断发生热失控，但是在电池模组及电池箱中时，由于电池数量较多，无法通过BMS和自己布置的温度传感器采集每个电池的温度数据，导致热失控预警出现极大的延迟，以及大量的误判断；电压参数，通过电压压降及其变化率进行判断，当电压压降及其变化率超过某一阈值时判断发生热失控，但是在电池模组及电池箱中时，由于电池数量较多及技术受限，无法通过BMS采集每个电池的电压数据，导致热失控预警出现极大的延迟，以及大量的误判；气体成分，通过CO、碳氢化合物等气体成分及其变化率进行判断，当气体成分及其变化率超过某一阈值时判断发生热失控，但一般出现气体成分变化时，热失控及爆喷已经发生，此时报警已失去了早期预警的意义，无法在爆喷前实现提前报警；烟雾浓度，通过烟雾浓度及其变化率进行判断，当烟雾浓度及其变化率超过某一阈值时判断发生热失控，但一般出现烟雾时，热失控及爆喷已经发生，此时报警已失去了早期预警的意义，无法在爆喷前实现提前报警。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种动力锂离子电池爆喷早期预警报警方法，用以解决现有技术中存在的不足。本专利技术的动力锂离子电池爆喷早期预警报警方法，采用包括温度、气压、CO、CXHX、压紧力五个方面的参量进行预警报警判定，每个参量自低到高至少设有三级预设值：对于温度和压紧力参量：参量的最低级预设值(I级预设值)是电池可能发生热失控情况下的最低参数值，参量的中级预设值(II级预设值)是电池热失控后可能发生爆喷情况下的最低参数值，参量的高级预设值(III级预设值)是电池热失控后发生完全爆喷情况下的最低参数值；对于气压、CO、CXHX参量：参量的最低级预设值(I级预设值)是电池热失控后爆喷前可能发生少量电解液喷放情况下的最低参数值，参量的中级预设值(II级预设值)是电池热失控后发生爆喷初期情况下的最低参数值，参量的高级预设值(III级预设值)是电池热失控后发生完全爆喷情况下的最低参数值。根据采集参量的预设值级别，判定预警报警级别；预警报警级别及判定方式由低到高包括：(1)电解液泄漏报警：CXHX化合物I级预设值有效，其他参量未到达预设值；(2)爆喷前I级预警：温度I级预设值和压紧力I级预设值同时有效；(3)爆喷前II级预警：温度I级预设值和压紧力II级预设值同时有效；(4)爆喷I级报警：下述五个有效值中至少两个同时有效：温度II级预设值有效，CO、CXHX化合物和气压I级预设值有效，压紧力III级预设值有效；(5)爆喷II级报警：下述八个有效值中至少两个同时有效：温度、气压、CO、CXHX化合物II级预设值有效，温度、气压、CO、CXHX化合物III级预设值有效；当满足高级预警报警级别时，优先判断为高级预警报警。具体地，所述五个方面的参量的三级预设值可以根据长期多个电池热失控模型的分析得出，或者是采集电池热失控案例总结得出的经验值。对于一般的由多个电池模组组成的电池箱，参量具体预设值优化设置如下：(1)温度：60℃、80℃、250℃；(2)CO：24ppm、190ppm、800ppm；(3)CXHX化合物：24ppm、190ppm、800ppm；(4)气压：1kPa、5kPa、10kPa；这里气压为电池箱的箱内气压；(5)压紧力：变化量110％和变化率1N/s、变化量150％和变化率5N/s、变化量200％和变化率20N/s。其中，所述采集参量的预设值是否判定为有效，采用分别设置满足各级预设值持续时间的判定方式，当采集的参量数据满足持续时间的要求时，即判断为有效，否则为无效；另外，同一参量任一级别预设值有效可等同于低于该级别的预设值有效。优选的，任一级别预设值被判定为有效的持续时间应少于该级别以下的预设值被判定为有效的的持续时间，持续时间以2-15s以内为佳，例如，I级预设值持续时间为10s，二级预设值持续时间为5s，三级预设值持续时间为3s。其中，所述参量的采集持续进行，采集频率优选为1Hz；按照判断的报警级别输出报警后，判断是否进行关机，在满足关机条件下系统自动关机；在参量的判定结果为不属于预设值级别、不满足报警级别、不高于现阶段报警级别、或者不需要关机时，对该参量的判定结束，返回对下一参量的采集判定过程；若继续采集的参量判定为更高级别报警时，升级报警信号并输出报警，若判定为等于或低于原级别报警时，报警信号级别保持不变输出。其中，所述参量的在进行持续采集和判定前，需要将CO、CXHX和气压的值进行置零，并记录温度和压紧力的初值；压紧力变化量为探测过程中，压紧力与其初值相比的变化量；压紧力变化率是在实施探测过程中，压紧力随时间的变化率。本专利技术同时提供了适用于上述动力锂离子电池爆喷早期预警报警方法的系统，包括温度探测单元、气压探测单元、CO探测单元、CXHX化合物探测单元及压紧力探测单元，上述各探测单元内分别设有用于对探测目标进行探测的传感器，所述温度探测单元、气压探测单元、CO探测单元、CXHX化合物探测单元集成于一个探测装置中，所述压紧力探测单元采用薄膜压力传感器，薄膜压力传感器与电池直接接触，并与探测装置信号连接。进一步，所述压紧力探测单元中设置有两个薄膜压力传感器，分别位于电池模组的两端，能够提高探测的可靠性。本专利技术所提供的系统和方法采用多级、多元化参数对电池热失控的情况进行多级预警报警处理，能够准确把控电池的热失控状态，实时准确，对电池应用的安全防范具有重大意义。具体地：(1)增加了电解液的泄露判断，以免由于电解液进入电池箱，触发传感器，导致发生误报警；(2)增加了电池爆喷预警及报警，可以让使用者清晰了解电池箱内的电池状态，根据电池所处的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力锂离子电池爆喷早期预警报警方法，采用包括温度、气压、CO、C

【技术特征摘要】
1.一种动力锂离子电池爆喷早期预警报警方法，采用包括温度、气压、CO、CXHX、压紧力五个方面的参量进行预警报警判定，每个参量自低到高设有多级预设值，根据采集参量的预设值级别，判定预警报警级别。


2.根据权利要求1所述的动力锂离子电池爆喷早期预警报警方法，其特征在于，采用包括温度、气压、CO、CXHX、压紧力五个方面的参量进行预警报警判定，每个参量自低到高至少设有三级预设值，
对于温度和压紧力参量：参量的最低级预设值(I级预设值)是电池可能发生热失控情况下的最低参数值，参量的中级预设值(II级预设值)是电池热失控后可能发生爆喷情况下的最低参数值，参量的高级预设值(III级预设值)是电池热失控后发生完全爆喷情况下的最低参数值；
对于气压、CO、CXHX参量：参量的最低级预设值(I级预设值)是电池热失控后爆喷前可能发生少量电解液喷放情况下的最低参数值，参量的中级预设值(II级预设值)是电池热失控后发生爆喷初期情况下的最低参数值，参量的高级预设值(III级预设值)是电池热失控后发生完全爆喷情况下的最低参数值；
根据采集参量的预设值级别，判定预警报警级别；预警报警级别及判定方式由低到高包括：
(1)电解液泄漏报警：CXHX化合物I级预设值有效，其他参量未到达预设值；
(2)爆喷前I级预警：温度I级预设值和压紧力I级预设值同时有效；
(3)爆喷前II级预警：温度I级预设值和压紧力II级预设值同时有效；
(4)爆喷I级报警：下述五个有效值中至少两个同时有效：温度II级预设值有效，CO、CXHX化合物和气压I级预设值有效，压紧力III级预设值有效；
(5)爆喷II级报警：下述八个有效值中至少两个同时有效：温度、气压、CO、CXHX化合物II级预设值有效，温度、气压、CO、CXHX化合物III级预设值有效；
当满足高级预警报警级别时，优先判断为高级预警报警。


3.根据权利要求2所述的动力锂离子电池爆喷早期预警报警方法，其特征在于，五个方面的所述参量的三级预设值设置如下：
(1)温度：60℃、80℃、250℃；
(2)CO：24ppm、190ppm、800ppm；
(3)CXHX化合物：24ppm、190ppm、800ppm；
(4)气压：1kPa、5kPa、10kPa；这里气压为电池箱的箱内气压；
(5)压紧力：变化量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少禹，羡学磊，董海斌，李毅，于东兴，伊程毅，韩光，
申请(专利权)人：应急管理部天津消防研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12