基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法及系统，该方法包括以下步骤：1)采集电池端面压力，若电池端面压力上升超过设定阈值时则判定为电池处于热失控早期自产热状态，进行步骤2)；2)对电池进行降温冷却并持续设定时间后进行步骤3)；3)结合端面压力、电池表面温度以及电压综合判断电池是否处于热失控状态，并进行预警。与现有技术相比，本发明专利技术能够更早、准确地综合判定电池热失控，实现电池系统安全预警，为消防灭火及人员逃生提供足够的宝贵时间。供足够的宝贵时间。供足够的宝贵时间。

【技术实现步骤摘要】
基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法及系统


[0001]本专利技术涉及锂离子电池安全预警与防护领域，尤其是涉及一种基于端面压力检测的锂离子电池热失控综合预警方法及系统。

技术介绍

[0002]传统化石燃料大量消耗的能源危机、与大气污染的双重压力，促使电动化逐渐成为汽车发展的主流方向，汽车动力系统电动化的主要特征之一便是电能代替化学能作为主要的能量供给形式，锂离子动力电池凭借高能量密度和长循环寿命等优势，作为电动汽车主要动力来源。
[0003]然而锂离子电池电源系统的应用易受到环境、工况等因素限制，低温、快充等极端工作环境、工作状况会导致老化、热失控等一系列问题，外在表现为胀气鼓包，甚至起火、爆炸，这些问题对锂离子动力电池组/电池包的性能、使用寿命甚至是安全性有着重大影响，因此，对锂离子动力电池在各工作环境、各工况下的使用过程进行机理性研究对锂离子动力电池的宏观调控、管理起着十分重要的指导作用。
[0004]目前，对锂离子电池在各工作、失效状态下的内部机理研究、检测及预警方式较为单一，多为外部物理测量，如电流、电压及温度测量，但实际锂离子动力电池热失控失效机理极其复杂，诱因可分为机械滥用、电滥用、热滥用及内部缺陷等因素，单靠外在物理测量有着较大的误差与滞后性，因此现有热失控预警技术无法为逃生、处理、消防灭火提供足够的时间，往往造成较为严重的后果。
[0005]因此，随着容量要求不断提高，锂离子动力电池的能量密度、功率密度和容量不断攀升，这一趋势给极端工况下工作的锂离子电池系统安全性提出了重大挑战，基于更为准确、贴合实际的内部反应原理的检测、预警手段将成为锂离子电池系统安全性取得实质提升的必然选择。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法及系统。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法，包括以下步骤：
[0009]1)采集电池端面压力，若电池端面压力上升超过设定阈值时则判定为电池处于热失控早期自产热状态，进行步骤2)；
[0010]2)对电池进行降温冷却并持续设定时间后进行步骤3)；
[0011]3)结合端面压力、电池表面温度以及电压综合判断电池是否处于热失控状态，并进行预警。
[0012]所述的步骤2)中，结合电池热管理系统和空调系统共同进行早期联合强制冷却，实现最大程度的温升抑制效果，用以使电池恢复至可正常使用状态。
[0013]所述的早期联合强制冷却具体为：
[0014]增大电池的液冷冷却剂流量并且增大车内或储能电站内空调系统的制冷功率。
[0015]所述的步骤2)中，设定的时间为10s。
[0016]所述的步骤3)中，当出现端面压力增长率超过设定阈值、电池表面温度增长率超过设定阈值以及电压下降速率超过设定阈值中的任一现象时，则判断电池处于热失控状态，此时电池热管理系统无法阻断电池热失控，通知驾驶员或储能电站工作人员迅速撤离并呼叫消防部门，并开启电池系统灭火装置，否则电池继续当前工作状态。
[0017]所述的步骤1)中，热失控早期自产热状态具体为电池开始自产热至热失控触发之间的状态。
[0018]所述的电池端面压力以及电池表面温度数据在检测前均根据电池系统所选电芯在出厂前的测试数据，考虑电池在正常使用工况充放电过程中的产热以及由呼吸效应所造成的形变和压力变化，对设定的端面压力阈值以及电池表面温度增长率阈值进行修正，以实现准确判断。
[0019]一种电池热失控综合预警系统，该系统包括用以采集电池端面压力的压力传感器以及与压力传感器连接的用以实现电池热失控早期自产热状态和热失控状态判断的处理器。
[0020]所述的压力传感器的布设具体为：
[0021]电池系统中多个串联的电池单体由两端夹板通过设有预紧力的螺栓或通过钢带捆扎构成模组，沿电池单体排列方向在边缘处的电池单体与夹板或钢带间设置压力传感器，用以准确测得锂离子电池自产热膨胀及内部反应产气鼓包造成的端面压力增量。
[0022]考虑电池热失控过程温度过高，为防止压力传感器失效，对压力传感器外部进行耐高温绝缘保护，实现实时动态监控。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024]一、当电池环境温度到达自产热反应温度，电池内部电极材料、电解液及添加剂等活性物质反应放热，此过程开始产生一定量的气体，但尚未触发热失控，本专利技术通过对电池端面压力的检测判断电池是否处于热失控早期自产热阶段，并及时采取降温等措施抑制温度持续上升至热失控触发温度，本专利技术能够实现锂离子电池热失控早期预警，相较于现有预警检测手段所做响应更为提前，能争取到更多逃生、处理的时间。
[0025]二、本专利技术充分考虑了锂离子电池热失控反应机理，对电池充放电产热升温及充放电过程“呼吸效应”对检测和判断所造成的影响进行修正。
[0026]三、本专利技术所提出综合预警方法及系统仅需在现有电池系统基础上添加一个压力传感器，具有安装、维护方便、成本低等优点。
[0027]四、本专利技术基于压力传感器响应快、灵敏度高等特点，实现锂离子电池组各电池单体状态的实时监测。
[0028]五、本专利技术所用传感、检测技术无须外加电源、不发热、无噪声，可同时满足商用车对电池管理系统噪声、能耗和安全性等方面的需求。
[0029]六、本专利技术能够实现对现有锂离子电池热失控及热失控蔓延力学机理的补充与修正，为锂离子电池的设计和电池系统的管理、防护提供理论支持。
附图说明
[0030]图1为本专利技术进行检测及预警的方法流程图。
[0031]图2为电池热失控综合预警系统的结构示意图。
[0032]图3为锂离子电池热失控内部温度
‑
电压曲线示意图。
[0033]图4为锂离子电池热失控端面压力曲线示意图。
[0034]图中标记说明：
[0035]1、压力传感器，2、锂离子电池，3、电池模组夹具。
具体实施方式
[0036]为使本专业领域技术人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细阐述。
[0037]实施例
[0038]如图1所示，本专利技术提供一种基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法，该方法包括以下步骤：
[0039]第一步：基于端面压力异常上升信号判定为热失控早期自产热状态；
[0040]第二步：加大电池系统液冷冷却剂流量、车内或储能电站内空调系统制冷功率；
[0041]第三步：待电池系统冷却10s进行第四步判断；
[0042]第四步：若端面压力或电池表面温度仍然猛增或电压出现骤降，则通知驾驶员或储能电站工作人员迅速撤离并呼叫消防部门，开启电池系统灭火装置；若端面压力及电池表面温度无持续猛增现象且电压无骤降现象，则进行第五步；
[0043本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集电池端面压力，若电池端面压力上升超过设定阈值时则判定为电池处于热失控早期自产热状态，进行步骤2)；2)对电池进行降温冷却并持续设定时间后进行步骤3)；3)结合端面压力、电池表面温度以及电压综合判断电池是否处于热失控状态，并进行预警。2.根据权利要求1所述的一种基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法，其特征在于，所述的步骤2)中，结合电池热管理系统和空调系统共同进行早期联合强制冷却，实现最大程度的温升抑制效果，用以使电池恢复至可正常使用状态。3.根据权利要求2所述的一种基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法，其特征在于，所述的早期联合强制冷却具体为：增大电池的液冷冷却剂流量并且增大车内或储能电站内空调系统的制冷功率。4.根据权利要求1所述的一种基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法，其特征在于，所述的步骤2)中，设定的时间为10s。5.根据权利要求1所述的一种基于端面压力检测的电池热失控综合预警方法，其特征在于，所述的步骤3)中，当出现端面压力增长率超过设定阈值、电池表面温度增长率超过设定阈值以及电压下降速率超过设定阈值中的任一现象时，则判断电池处于热失控状态，此时电池热管理系统无法阻断电池热失控，通知驾驶员或储能电站工作人员迅速撤离并呼叫消防部门，并开启电池系统灭火装置，否则电池继续当前工作状态。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思琦，戴海峰，魏学哲，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：