基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统及方法，该系统包括：螺旋丝杆、可拆卸连接部件、可伸缩推杆、光栅尺、位移标定器、位移传感器、止推板、安装背板和DSP控制器；螺旋丝杆通过可拆卸连接部件与位移标定器连接，可伸缩推杆一端连接挤压试验机，另一端与位移标定器固定连接，位移标定器套在所述光栅尺上，光栅尺固定安装于安装背板上，位移传感器与位移标定器固定连接，DSP控制器连接位移传感器，止推板固定安装于安装背板上。本发明专利技术能够及时判断电池的安全状态。

Safety warning system and method of Li-ion power battery based on penetration displacement monitoring

【技术实现步骤摘要】
基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统及方法
本专利技术涉及动力电池监测领域，特别是涉及一种基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统及方法。
技术介绍
随着社会的发展，能源危机和环境问题已经成为世界关注的焦点。纯电动汽车以其零排放、零污染的特点被公认为是解决能源危机和环境问题有效方法。当前纯电动汽车主要搭载锂离子动力电池，锂离子动力电池具有高能量密度、无记忆性等特点，非常适合纯电动汽车的使用。但是当前液基电解质的锂离子动力电池在挤压碰撞等机械滥用工况下极易发生起火甚至爆炸的危险，成为了制约电动汽车安全性的障碍之一。近年来因锂离子动力电池引发的纯电动汽车安全事故造成了重大的人员伤亡和财产损失，因而锂离子动力电池的安全性受到了社会的广泛关注。因此，为了提高纯电动新能源汽车的安全性，中国在2018年发布了最新版本的新车评估程序(C-NCAP)，增加了纯电动汽车的安全测试。在机械滥用工况下，判断锂离子电池失效的依据为力的突降、电压的突降和温度的骤升。对比于小型电池，如18650圆柱形锂离子动力电池，其失效特征较为明显而且几乎可以被立即判别。然而大型锂离子动力电池由于其高容量和大尺寸，使得电池在遭受冲击等机械滥用工况时，其能量并不会被立即释放，SOC并不会立即出现明显的变化，导致电压和温度等常规的失效特征无法被及时判断，因而电池的早期失效预警十分困难。当前工程方面对于锂离子动力电池安全预警主要集中在对电池电压、温度和电路结构等方面的预警。在碰撞挤压下大容量锂离子动力电池的容量即荷电状态(SOC)并不会立刻发生改变，因而通过电压对锂离子电池安全的预警是不及时的。其次，因为锂离子动力电池其面内导热系数远大于另外两个方向的导热系数，因而当温度传感器监测到电池温升时，电池内部温度早已到达不可逆转的危险状态，因而通过温度判断电池的安全状态是有滞后性的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统及方法，能够及时判断电池的安全状态。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统，包括：螺旋丝杆、可拆卸连接部件、可伸缩推杆、光栅尺、位移标定器、位移传感器、止推板、安装背板和DSP控制器；所述螺旋丝杆通过可拆卸连接部件与位移标定器连接，所述可伸缩推杆一端连接挤压试验机，另一端与所述位移标定器固定连接，所述位移标定器套在所述光栅尺上，所述光栅尺固定安装于所述安装背板上，所述位移传感器与所述位移标定器固定连接，所述DSP控制器连接所述位移传感器，所述止推板固定安装于所述安装背板上；所述螺旋丝杆和可伸缩推杆用于带动所述位移标定器在光栅尺上移动，所述位移标定器用于在位移标定过程时输出位移量，所述位移传感器用于输出电压信号，所述止推板用于对所述位移传感器进行限位，所述DSP控制器用于将所述位移传感器的电压信号转换为位移值并根据所述位移值判断被挤压电池是否到达预警状态。可选的，所述螺旋丝杆包括转柄、螺母底座、调整丝杆和丝杆螺母，所述转柄与调整丝杆为一体结构，所述螺母底座和丝杆螺母套在所述调整丝杆上，所述螺母底座固定于所述一体结构中靠近转柄的一端。可选的，所述可伸缩推杆包括连接部和伸缩部，所述连接部用于与挤压试验机固定连接，所述连接部还用于带动所述伸缩部伸缩，所述伸缩部包括一根粗金属管和一根细金属管，所述细金属管套在所述粗金属管内。可选的，还包括底座。可选的，所述底座包括支腿。可选的，所述支腿高度可调节。可选的，所述丝杆螺母通过可拆卸连接部件与位移标定器固定连接。一种基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警方法，所述方法应用于所述的基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统，所述方法包括：将丝杆螺母与位移标定器连接，并转动转柄；获取第一电压信号和第一位移量；根据所述第一电压信号和第一位移量建立电压信号和位移量的对应关系；将丝杆螺母与位移标定器断开，并将所述推杆与挤压试验机连接；获取第二电压信号；根据所述电压信号和位移量的对应关系计算第二电压信号对应的第二位移量；判断所述第二位移量是否达到动力电池的失效预警位移；若是，输出预警信号。可选的，采用公式xfailure＝-0.5276·SOC3-0.4568·SOC2-1.503·SOC+7.899确定动力电池的失效预警位移，其中，xfailure为动力电池的失效预警位移，SOC为动力电池的容量。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术通过监测电池在挤压工况下被挤压位移与安全预警位移值进行对比，能够及时判断电池的安全状态，进而实现对电池安全状态的预警。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统结构示意图；图2为本专利技术基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警方法流程图；图3为本专利技术实施例基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警原理示意图；图4为本专利技术实施例不同SOC下动力电池抵抗外力的能力示意图；符号说明：1-可伸缩推杆，2-转柄，3-螺母底座，4-调整丝杆，5-丝杆螺母，6-可拆卸连接部件，7-位移传感器，8-位移传感器探头，9-底座，10-DSP控制器，11-安装背板，12-光栅尺，13-位移标定器，14-止推板，15-支腿。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统及方法，能够及时判断电池的安全状态。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统结构示意图；如图1所示，一种基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统，包括可伸缩推杆1、转柄2、螺母底座3、调整丝杆4、丝杆螺母5、可拆卸连接部件6、位移传感器7、底座9、DSP数字信号处理芯片控制器10、安装背板11、光栅尺12、位移标定器13、止推板14和四个支腿15。可伸缩推杆1包括上部的连接部和下部的伸缩部，伸缩部包括粗细两根金属管，细金属管套在粗金属管内，通过螺栓与位移标定器13相连，通过伸缩粗金属杆利用螺栓固定可实现推杆长度的变化；转柄2固定在调整丝杆4一端，调整丝杆4通过螺母底座3固定在安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统，其特征在于，包括：螺旋丝杆、可拆卸连接部件、可伸缩推杆、光栅尺、位移标定器、位移传感器、止推板、安装背板和DSP控制器；/n所述螺旋丝杆通过可拆卸连接部件与位移标定器连接，所述可伸缩推杆一端连接挤压试验机，另一端与所述位移标定器固定连接，所述位移标定器套在所述光栅尺上，所述光栅尺固定安装于所述安装背板上，所述位移传感器与所述位移标定器固定连接，所述DSP控制器连接所述位移传感器，所述止推板固定安装于所述安装背板上；/n所述螺旋丝杆和可伸缩推杆用于带动所述位移标定器在光栅尺上移动，所述位移标定器用于在位移标定过程时输出位移量，所述位移传感器用于输出电压信号，所述止推板用于对所述位移传感器进行限位，所述DSP控制器用于将所述位移传感器的电压信号转换为位移值并根据所述位移值判断被挤压电池是否到达预警状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统，其特征在于，包括：螺旋丝杆、可拆卸连接部件、可伸缩推杆、光栅尺、位移标定器、位移传感器、止推板、安装背板和DSP控制器；
所述螺旋丝杆通过可拆卸连接部件与位移标定器连接，所述可伸缩推杆一端连接挤压试验机，另一端与所述位移标定器固定连接，所述位移标定器套在所述光栅尺上，所述光栅尺固定安装于所述安装背板上，所述位移传感器与所述位移标定器固定连接，所述DSP控制器连接所述位移传感器，所述止推板固定安装于所述安装背板上；
所述螺旋丝杆和可伸缩推杆用于带动所述位移标定器在光栅尺上移动，所述位移标定器用于在位移标定过程时输出位移量，所述位移传感器用于输出电压信号，所述止推板用于对所述位移传感器进行限位，所述DSP控制器用于将所述位移传感器的电压信号转换为位移值并根据所述位移值判断被挤压电池是否到达预警状态。


2.根据权利要求1所述的基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统，其特征在于，所述螺旋丝杆包括转柄、螺母底座、调整丝杆和丝杆螺母，所述转柄与调整丝杆为一体结构，所述螺母底座和丝杆螺母套在所述调整丝杆上，所述螺母底座固定于所述一体结构中靠近转柄的一端。


3.根据权利要求1所述的基于侵彻位移监测的锂离子动力电池安全预警系统，其特征在于，所述可伸缩推杆包括连接部和伸缩部，所述连接部用于与挤压试验机固定连接，所述连接部还用于带动所述伸缩部伸缩，所述伸缩部包括一根粗金属管和一根细金属管，所述细金属管套在所述粗金属管内。


4.根据权利要求1所述的基于侵彻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文伟，李宜丁，林程，左丰豪，杨盛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11