一种电芯内短路边界条件的评估预警方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电芯内短路边界条件的评估预警方法及系统，涉及商用车动力电池中电芯安全评估领域，该方法包括设置针刺试验的试验参数、内短路试验的试验参数，以及安全系数；进行针刺试验，得到电芯不起火前提下电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度；进行内短路试验，并计算得到电芯的内短路试验能量释放功率；根据针刺试验能量释放功率、内短路试验能量释放功率，以及安全系数和内短路试验时的短路面积，得到电芯实际使用时的内短路最大面积；根据安全系数、针刺期间最高温度和针刺试验电芯的起始温度，得到电芯实际使用时无热失控风险的最大温度。本发明专利技术能够采用定量方式对电芯的风险进行有效评估。式对电芯的风险进行有效评估。式对电芯的风险进行有效评估。

【技术实现步骤摘要】
一种电芯内短路边界条件的评估预警方法及系统


[0001]本专利技术涉及商用车动力电池中电芯安全评估领域，具体涉及一种电芯内短路边界条件的评估预警方法及系统。

技术介绍

[0002]电芯内短路为电池包热失控的主要原因之一，歧易产生严重的财产损失及安全风险。针刺试验目前作为一种模拟异物导致电芯内短路的方式而被大多数整车厂和电池厂所接受，其最终试验结果受针头大小、针刺速度、针材质影响，最终结果可以定性分析，但无法定量分析。且针刺实验与实际适用工况无法采用中间量关联，其真正价值仍有待发掘。
[0003]当前存在一种试验方式，其假设已知短路电阻条件下，采用定量评估方法从理论计算得到短路电流并推导电压变化曲线，与故障试验结果基本保持一致，但实际使用中发生短路故障时短路电阻阻值往往无法得知，因此无法准确评估内短路风险程度。
[0004]针对电芯生产和使用过程中可能存在的各种正负极短路情况，失效模式无法定量分析，因此亟需一种定量方案来评估电池的内短路风险边界。此外，电池的温度异常上升也需要评估是否有进一步安全风险，因此也亟需一种定量方法来评估电池温升的安全风险。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种电芯内短路边界条件的评估预警方法及系统，能够采用定量方式对电芯的风险进行有效评估。
[0006]为达到以上目的，本专利技术提供的一种电芯内短路边界条件的评估预警方法，具体包括以下步骤：
[0007]设置针刺试验的试验参数、内短路试验的试验参数，以及安全系数；
[0008]基于设置的针刺试验的试验参数，进行针刺试验，得到电芯不起火前提下电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度；
[0009]基于设置的内短路试验的试验参数，进行内短路试验，并计算得到电芯的内短路试验能量释放功率；
[0010]根据针刺试验能量释放功率、内短路试验能量释放功率，以及安全系数和内短路试验时的短路面积，得到电芯实际使用时的内短路最大面积；
[0011]根据安全系数、针刺期间最高温度和针刺试验电芯的起始温度，得到电芯实际使用时无热失控风险的最大温度。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述针刺试验的试验参数包括针刺速度、针刺深度和针直径。
[0013]在上述技术方案的基础上，所述基于设置的针刺试验的试验参数，进行针刺试验，得到电芯不起火前提下电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度，具体步骤包括：
[0014]基于设置的针刺试验的试验参数，对进行针刺试验，判断电芯是否起火：
[0015]若否，则计算得到电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度；
[0016]若是，则减小针刺速度、针刺深度或针直径，然后再次进行针刺试验，判断电芯是否起火，若未起火，则计算得到电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度，若起火，则继续减小针刺速度、针刺深度或针直径，依次类推，直至电芯不起火，然后计算得到电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度。
[0017]在上述技术方案的基础上，
[0018]所述内短路试验的试验参数包括内短路方式和短路面积；
[0019]所述内短路方式包括石墨搭接铝箔、石墨搭接正极材料、铜箔搭接正极材料和铜箔搭接铝箔。
[0020]在上述技术方案的基础上，所述基于设置的内短路试验的试验参数，进行内短路试验，并计算得到电芯的内短路试验能量释放功率，其中，计算得到电芯的内短路试验能量释放功率的具体步骤为：
[0021]根据电芯的OCV曲线，选取内短路试验时触发短路后电压下降最快的区间，并读取该区间的荷电状态差值，记为
△
SOC；
[0022]根据电芯标称电量、内短路试验时的短路面积、
△
SOC和内短路试验时的短路时间，计算得到内短路试验能量释放功率。
[0023]在上述技术方案的基础上，计算得到内短路试验能量释放功率的具体公式为：
[0024]P
内短路
＝Q*
△
SOC/T
短路
[0025]其中，P
内短路
表示内短路试验能量释放功率，Q表示电芯标称电量，T
短路
表示内短路试验时的短路时间。
[0026]在上述技术方案的基础上，所述根据针刺试验能量释放功率、内短路试验能量释放功率，以及安全系数和内短路试验时的短路面积，得到电芯实际使用时的内短路最大面积，具体步骤包括：
[0027]根据针刺试验能量释放功率、内短路试验能量释放功率和安全系数，计算得到针刺试验时以电芯不起火为目标的内短路电芯功率放大系数，计算公式为：
[0028]n*P
针刺
＝m*P
内短路
[0029]其中，n表示安全系数，P
针刺
表示针刺试验能量释放功率，m表示内短路电芯功率放大系数，P
内短路
表示内短路试验能量释放功率；
[0030]根据内短路电芯功率放大系数和内短路试验时的短路面积，计算得到电芯的内短路最大面积，计算公式为：
[0031]S
内短路max
＝m*S
内短路
[0032]其中，S
内短路max
表示电芯实际使用时的内短路最大面积，S
内短路
表示内短路试验时的短路面积。
[0033]在上述技术方案的基础上，
[0034]所述方法还包括，基于电芯的正极宽度和电芯实际使用时的内短路最大面积，计算得到电芯的最大内短路宽度；
[0035]所述计算得到电芯的最大内短路宽度，计算公式为：
[0036]H
内短路max
＝S
内短路max
/L
正极
[0037]其中，H
内短路max
表示电芯的最大内短路宽度，L
正极
表示电芯的正极宽度。
[0038]在上述技术方案的基础上，所述根据安全系数、针刺期间最高温度和针刺试验电芯的起始温度，得到电芯实际使用时无热失控风险的最大温度，具体步骤包括：
[0039]根据针刺期间最高温度、针刺试验电芯的起始温度、电芯的比热容和电芯的质量，计算得到针刺试验过程电芯放出热量，计算公式为：
[0040]Q
针刺
＝C*m*(T
针刺max
‑
T0)
[0041]其中，Q
针刺
表示针刺试验过程电芯放出热量，C表示电芯的比热容，m表示电芯的质量，T
针刺max
表示针刺期间最高温度，T0表示针刺试验电芯的起始温度；
[0042]根据安全系数、针刺期间最高温度与针刺试验电芯的起始温度间的差值，以及电芯实际使用时的起始温度，计算得到电芯实际使用时无热失控风险的最大温度，计算公式为：
[0043]T
max
＜n*(T
针刺max<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电芯内短路边界条件的评估预警方法，其特征在于，具体包括以下步骤：设置针刺试验的试验参数、内短路试验的试验参数，以及安全系数；基于设置的针刺试验的试验参数，进行针刺试验，得到电芯不起火前提下电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度；基于设置的内短路试验的试验参数，进行内短路试验，并计算得到电芯的内短路试验能量释放功率；根据针刺试验能量释放功率、内短路试验能量释放功率，以及安全系数和内短路试验时的短路面积，得到电芯实际使用时的内短路最大面积；根据安全系数、针刺期间最高温度和针刺试验电芯的起始温度，得到电芯实际使用时无热失控风险的最大温度。2.如权利要求1所述的一种电芯内短路边界条件的评估预警方法，其特征在于：所述针刺试验的试验参数包括针刺速度、针刺深度和针直径。3.如权利要求2所述的一种电芯内短路边界条件的评估预警方法，其特征在于，所述基于设置的针刺试验的试验参数，进行针刺试验，得到电芯不起火前提下电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度，具体步骤包括：基于设置的针刺试验的试验参数，对进行针刺试验，判断电芯是否起火：若否，则计算得到电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度；若是，则减小针刺速度、针刺深度或针直径，然后再次进行针刺试验，判断电芯是否起火，若未起火，则计算得到电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度，若起火，则继续减小针刺速度、针刺深度或针直径，依次类推，直至电芯不起火，然后计算得到电芯的针刺试验能量释放功率和针刺期间最高温度。4.如权利要求1所述的一种电芯内短路边界条件的评估预警方法，其特征在于：所述内短路试验的试验参数包括内短路方式和短路面积；所述内短路方式包括石墨搭接铝箔、石墨搭接正极材料、铜箔搭接正极材料和铜箔搭接铝箔。5.如权利要求1所述的一种电芯内短路边界条件的评估预警方法，其特征在于，所述基于设置的内短路试验的试验参数，进行内短路试验，并计算得到电芯的内短路试验能量释放功率，其中，计算得到电芯的内短路试验能量释放功率的具体步骤为：根据电芯的OCV曲线，选取内短路试验时触发短路后电压下降最快的区间，并读取该区间的荷电状态差值，记为
△
SOC；根据电芯标称电量、内短路试验时的短路面积、
△
SOC和内短路试验时的短路时间，计算得到内短路试验能量释放功率。6.如权利要求5所述的一种电芯内短路边界条件的评估预警方法，其特征在于，计算得到内短路试验能量释放功率的具体公式为：P
内短路
＝Q*
△
SOC/T
短路
其中，P
内短路
表示内短路试验能量释放功率，Q表示电芯标称电量，T
短路
表示内短路试验时的短路时间。7.如权利要求1所述的一种电芯内短路边界条件的评估预警方法，其特征在于，所述根据针刺试验能量释放功率、内短路试验能量释放功率，以及安全系数和内短路试验时的短
路面积，得到电芯实际使用时的内短路最大面积，具体步骤包括：根据针刺试验能量释放功率、内短路试验能量释放功率和安全系数，计算得到针刺试验时以电芯不起火为目标的内短路电芯功率放大系数，计算公式为：n*P

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晓珂，孟仙雅，冯修成，田浩，吕雅洁，胡凤玲，周建刚，宋宏贵，
申请(专利权)人：东风商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：