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【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池安全,具体涉及一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法。
技术介绍
1、锂离子电池具有比能量高、使用寿命长、环保、充电速度快等优点,在储能领域正蓬勃发展。然而,由于锂离子电池的不合理使用或误用而导致的异常事故,严重制约了锂离子电池的大规模应用。在各种滥用情况中,由于电滥用(过充电、过放电、短路等)、热滥用或者严苛的使用条件(高温、低温、大电流、高功率),都可能引发电池的热失控,造成安全事故,因此,锂离子电池在使用过程中,必须采取一定的措施,来预防可能发生的安全事故。锂离子电池热失控机理复杂,有许多显著特征。现在大部分锂电池热失控预警方法使用的以火焰、烟雾、温度传感器等传统火灾的预警方法,这些方法只有在电池火灾热失控发生且到一定规模后,才会发出警报进行预警,存在严重的滞后性。目前相对使用的广泛的温度传感器、电压传感器、气体监测等预警方法均存在一定短板。
2、锂电池在过度充电、热失控等状态下,内部会产生大量锂枝晶和锂电镀,这会导致模块中产生巨大的外力,甚至撑破外壳,并且这一异常状况通常早于气体排放,特别是软包电池,这一现象更为明显。在电池组的实际应用中,与电压相比,即使电池是串联和并联连接,膨胀力也会以应力拓扑的形式传递到夹具上,具有更好的鲁棒性。本专利技术旨在对锂电池早期异常发出安全报警。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有锂离子电池早期异常状况诊断的不足,提出了一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法。通过对特定的锂离子电池进行充放电、过充
2、本专利技术的目的是通过以下的技术方案来实现的:一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法,包括以下步骤:
3、s1.选取锂离子电池进行充放电循环,并引入过充电、过放电、热失控等异常状态;
4、s2.使用力学传感器对s1中的异常状态进行监测,主要包括:电池正常循环状态下的膨胀力上限与下限分别为fup,flow,充放电过程中的膨胀力最大变化率设置为过充电过程中的膨胀力最大变化率设置为过放电过程中的膨胀力变化率为0为阈值,即热失控起始温度时的膨胀力设置为ftr,膨胀力变化率设置为电池热失控期间的排气行为对应膨胀力变化率为0。
5、s3.所述力学传感器采集膨胀力信号到主控单元,主控单元通过报警策略控制报警与消防系统对早期异常进行排除;
6、进一步的,所述的步骤s1包括以下子步骤:
7、s11:构建模拟故障的试验平台,采集试验平台中的膨胀力信号;
8、s12:对试验平台中的锂离子电池进行充放电循环、过充电试验、过放电试验以及热失控试验。
9、进一步的,所述的步骤s2包括以下子步骤:
10、s21,数据测量,将电池进行如s12中的实验前预装力学传感器(如应变片、力传感器),传感器连接数据采集设备,然后对电池进行s12中的实验,得到连续的膨胀力数据;
11、s22,数据处理,将s21中得到的初始膨胀力数据进行修正,排除干扰信号;
12、s23,阈值确定,电池正常循环状态下的膨胀力上限与下限分别为fup,flow;充放电过程中的膨胀力最大变化率设置为过充电过程中膨胀力最大变化率设置为过放电过程中的膨胀力变化率为0时,设置为严重过放电阈值,即发生严重过放电;热失控起始温度时的膨胀力设置为ftr,膨胀力变化率设置为当产生排气现象时,代表电池热失控已经发生,此时膨胀力变化率为0。
13、其中,膨胀力求导可以简化为为
14、
15、其中fn+1,fn分别代表第n+1次,第n次的采样,δt表示采样间隔,由于对膨胀力的变化率是依据采样频率来进行计算的,因此当膨胀力的变化率阈值设置为零点时,即可能会出现零点丢失的问题,因此通过零点定理(existence theorem of zeropoints)在零点处的判断引入新的判断公式:
16、
17、进一步的,所述的步骤s3包括以下子步骤:所述主控单元判断锂离子电池的工作状态,启动对应的预警、消防措施,具体包括
18、(1)当flow<f<fup,则电池单体为正常工作状态
19、(2)当fup<f<<ftr且时,表明电池出现了过充电,报警单元发出过充电报警信号,启动一级预警;当时,表明电池进入了严重过充电状态,有发生热失控的风险,启动二级预警
20、(3)当f<flow时,说明电池发生了过放电现象,启动一级预警;当通过公式p,判断在采样时间(t,t+1)内存在零点,则说明电池发生了较为严重的过放电现象,启动二级预警,并且由于严重过放电导致电池寿命容量等减少,因此需要更换新的电池模组。
21、(4)当f>fup且表明电池产生了局部严重过热,发出三级预警;当f>ftr时,表明电池温度达到了热失控的起始温度;当通过公式p,判断在采样时间(t,t+1)内不存在零点时,说明电池温度正在持续上升,内部副反应已经发生,启动四级预警;当通过公式p,判断在采样时间(t,t+1)内存在零点时,表明电池已经发生了排气现象,热失控已经产生,启动五级预警。
22、进一步的,所述一级预警、二级预警、三级预警、四级预警、五级预警均通过报警指示灯闪烁发出,所述四、五级预警时,蜂鸣器响;
23、所述一级消防措施为:对电池单体进行断电,进行检修;
24、所述二级消防措施为:电池模组断电,排除故障,更换故障电池;
25、所述三级消防措施为:启动风机散热,对整个模组进行快速冷却降温;
26、所述四级消防措施为:风机持续工作降温,向故障电池单体喷射阻燃剂;
27、所述五级消防措施为:灭火剂喷管向电池单体喷射灭火剂。
28、本专利技术的有益效果是:本专利技术提出了一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法,通过对特定的锂离子电池进行彩充放电、过充电、过放电和热失控实验,确定电池膨胀力变化阈值以及膨胀力变化率阈值,设置相应的电池安全预警策略与消防措施,实现对电池膨胀力的变化提前对电池的过充电、过放电和热失控等异常状态发出预警,并通过消防措施对早期安全故障进行排除。
29、本专利技术所述的方法有三点优势:第一,相对于传统的预警方式,依靠电池膨胀力来设置阈值进行预警,具有很好的及时性和可靠性;第二,本专利技术通过一套装置能够实验多种异常状况的预警安全,减少了空间占用,提高了监测范围,大大降低了成本,便于集成到锂离子电池热管理系统中;第三,算法简单,仅通过简单的差商运算以及阈值设置便实现锂离子电池多种异常预警。
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1.一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法,其特征在于,所述的步骤S1包含以下子步骤:
3.根据权利要求1所述的一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法,其特征在于,所述的步骤S2包含以下子步骤:
4.根据权利要求1所述的一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法,其特征在于,所述主控单元判断锂离子电池的工作状态,启动对应的预警、消防措施,具体包括
5.根据权利要求4所述的一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法,其特征在于,
【技术特征摘要】
1.一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法,其特征在于,所述的步骤s1包含以下子步骤:
3.根据权利要求1所述的一种基于锂离子电池膨胀力的早期异常预警方法,其特征在于,...
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