CN102865976A - 电池舱电解液泄漏检测方法及使用该方法的监测装置 - Google Patents

Abstract

一种电池舱电解液泄漏检测方法及使用该方法的监测装置，所述方法包括：(a)从分别设置在电池舱内不同位置的多个温度-压力采集装置接收多对温度数据和压力数据，其中，每个温度-压力采集装置包括一个温度传感器和一个压力传感器；(b)分别对接收到的温度数据和压力数据进行融合；(c)确定融合后的压力是否大于融合后的温度下的压力阈值；(d)如果融合后的压力大于压力阈值，则确定电池舱电解液发生泄漏。所述电池舱电解液泄漏检测方法及使用该方法的监测装置能够有效地检测电池舱内温度、压力的实时变化，从而在电池舱电解液泄漏时及时报警，并准确得到泄漏位置。

Description

电池舱电解液泄漏检测方法及使用该方法的监测装置

技术领域

本发明涉及检测电池舱内电解液泄漏的方法和装置，更具体地讲，涉及一种使用温度传感器和压力传感器来检测电池舱内电解液泄漏的方法及使用该方法的监测装置。

背景技术

金属锂-亚硫酰氯电池(Li/SOCl₂电池)是目前锂电池中放电压最高的一种电池，达3.6V。Li/SOCl₂电池在常温中以等电流密度放电时，放电曲线极为平坦。在-40℃的情况下，这种电池的电容量还可以维持在常温容量的50％左右，因此具有极为优良的低温操作性能。再加上这种电池年自放电率约为2％左右，所以贮存寿命可长达10年以上。由于具有比能量高、比功率大、放电电压平稳、储存寿命长等特性，Li/SOCl₂电池在航天器、水中兵器、导航设备等军事和石油、天然气等民用工业中有着广泛的应用。

但是这种电池存在电压滞后现象及安全性能方面存在不够理想的问题。若这种电池在使用过程中发生化学反应，且产生的热量不能及时有效散发，就会在电池内部积累热量，引起电池的升温，进一步促使反应的加剧，形成产热与温升的正反馈。当热量积累到一定程度时，就会出现鼓胀、着火、爆炸等热失控现象。为防止热失控现象的出现，目前国内生产的Li/SOCl₂电池已可实现自动泄压功能，即在电池内温度压力达到一定值时，电池自动泄出一定量的亚硫酰氯(氯化亚砜)电解液，最终亚硫酰氯(氯化亚砜)电解液会全部泄露出来。泄出的亚硫酰氯(氯化亚砜)若被人体吸入、口服或皮肤吸收后对身体有害，对眼睛、皮肤、粘膜和呼吸道有强烈的刺激作用，可引起灼伤，吸入后可因喉、支气管的痉挛、水肿而致死。亚硫酰氯(氯化亚砜)电解液受热分解也能生成有毒物质，遇水或潮气会分解放出二氧化硫、氯化氢等刺激性的有毒烟气，对很多金属尤其是潮湿空气存在下具有强腐蚀性，极易对仪器设备造成损坏。

若Li/SOCl₂电池发生爆泄且未被及时发现，则不仅会对仪器设备造成损坏引起巨大的财产损失，而且会造成非常严重的安全事故导致重大的人员伤亡。因此，需要对电池舱内金属锂亚硫酰氯电池应用过程进行在线监测并对泄露及时报警。

目前，针对电池舱内Li/SOCl₂电池电解液泄漏尚无相应检测方法，且尚无报道适用于直接检测亚硫酰氯(氯化亚砜)的传感器。若退而检测电解液与空气中的水蒸气反应生成的化学气体，例如SO₂或HCl，则存在仪器被腐蚀的隐患。此外，若采用光学类气体传感器，则成本较高，而若采用电化学类气体传感器，相对成本较低，响应快，使用方便，但是这类气体传感器对某些类似的干扰气体也可能产生响应，这样就会引起误报、漏报。此外，这类气体传感器的最大不足之处就是使用寿命较短，一般1到2年时间就不得不更换新的传感器。

目前，检测亚硫酰氯(氯化亚砜)的装置有亚硫酰氯检测管。在对检测目标气体进行检测时，先将检测管两端切断，通过采集器将一定量需要检测的气体抽入检测管内，检测管内就会立刻与检测试剂发生反应，并出现颜色的变化。通过变化层所在的相应位置，读取该气体的浓度。然而，亚硫酰氯检测管的检测范围为1.44-21.6ppm，检测限较高，且不能实现实时在线检测。

因此，需要提供一种能够实时检测电池舱内电解液泄漏从而及时报警的电解液泄漏检测方法。

发明内容

在下面的描述中将部分地阐明本发明另外的方面和/或优点，通过描述，其会变得更加清楚，或者通过实施本发明可以了解。

根据本发明的一方面，提供一种电池舱电解液泄漏检测方法，所述方法包括以下步骤：(a)从分别设置在电池舱内不同位置的多个温度-压力采集装置接收多对温度数据和压力数据，其中，每个温度-压力采集装置包括一个温度传感器和一个压力传感器；(b)分别对接收到的温度数据和压力数据进行融合；(c)确定融合后的压力是否大于融合后的温度下的压力阈值；(d)如果融合后的压力大于压力阈值，则确定电池舱电解液发生泄漏。

此外，步骤(b)可包括：通过使用接收到的温度数据和压力数据分别计算温度和压力的期望、方差和均方差，来计算传感器之间的置信距离测度，并使用计算的距离测度组成置信距离矩阵；基于置信距离矩阵获得多传感器的关系矩阵；根据关系矩阵确定每个传感器是否有效；对有效温度传感器的温度数据和有效压力传感器的压力数据进行融合，获得融合后的压力和温度。

此外，可通过使用如下误差函数erf(θ)来计算第i个温度传感器与第j个温度传感器读数的置信距离测度d_ij，并使用计算的距离测度组成如下置信距离矩阵D_m，

$d_{\mathrm{ij}}=\mathrm{erf}\left(\frac{{\mathrm{ET}}_j-{\mathrm{ET}}_i}{\sqrt{2}\mathrm{\σ}{T}_i}\right),$

$d_{\mathrm{ji}}=\mathrm{erf}\left(\frac{{\mathrm{ET}}_i-{\mathrm{ET}}_j}{\sqrt{2}\mathrm{\σ}{T}_j}\right),$

$D_m=\left[\begin{array}{cccc}{d}_{11}& d_{12}& ...& d_{1m}\\ d_{21}& d_{22}& ...& d_{2m}\\ ...& ...& ...& ...\\ d_{m1}& d_{m2}& ...& d_{\mathrm{mm}}\end{array}\right],$

其中，ET_i表示第i个温度传感器检测的温度数据的期望，ET_j表示第j个温度传感器检测的温度数据的期望，σT_i表示第i个温度传感器检测的温度数据的均方差，σT_j表示第j个温度传感器检测的温度数据的均方差，并且i，j＝1，2，...，m，m为大于等于3的正整数。

此外，可根据经验或多次试验的结果确定d_ij的界限值β_ij，并且设

$r_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}1,d_{\mathrm{ij}}\≤{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\\ 0,d_{\mathrm{ij}}>{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\end{array}\right.,$

从而得到如下关系矩阵R_m，

$R_m=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& ...& r_{1m}\\ r_{21}& r_{22}& ...& r_{2m}\\ ...& ...& ...& ...\\ r_{m1}& r_{m2}& ...& r_{\mathrm{mm}}\end{array}\right],$

其中，i，j＝1，2，...，m，m为大于等于3的正整数。

此外，如果r_ij＝r_ji＝1，则第i个传感器与第j个传感器相互支持，其中，i，j＝1，2，...，m，m为大于等于3的正整数。如果一个传感器被一组传感器所支持，则该传感器有效，如果一个传感器不被其他传感器所支持，或只被少数传感器所支持，则该传感器无效。

此外，如果有效温度传感器的数量为L，有效压力传感器的数量为N，则可根据如下等式计算融合后的压力P以及融合后的温度T：

$P=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P_k}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{P_0}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}$

其中，p_k表示第k个压力传感器的观测值，p₀表示N个压力传感器的观测值的均值，σ_k表示第k个压力传感器的观测值的标准偏差，σ₀表示N个压力传感器的观测值的标准偏差，

$T=\frac{\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{T_k}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{T_0}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}{\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}$

其中，T_k表示第k个温度传感器的观测值，T₀表示L个温度传感器的观测值的均值，σ_k表示第k个温度传感器的测量值的标准偏差，σ₀表示L个温度传感器的观测值的标准偏差，

其中，L≤m，N≤m，m为大于等于3的正整数。

此外，可通过以下等式确定融合后的温度下的压力阈值P_th：

P_thV＝NRT+A，

其中，N表示电池舱内气体的物质的量，T表示融合后的温度，V表示电池舱内容积，R和A为常数，且R＝8.314。

此外，可通过将未发生泄漏时的多对融合后的压力和温度代入PV＝NRT+A来确定常数A，其中，P、T分别表示融合后的压力和温度，N表示电池舱内气体的物质的量，V表示电池舱内容积，R为常数且R＝8.314。

此外，步骤(b)还可包括：当存在无效的传感器时，通过传感器失效报警器进行报警。

此外，所述方法还可包括以下步骤：如果融合后的温度超过高温阈值，则通过高温报警器进行高温报警，如果融合后的压力超过高压阈值，则通过高压报警器进行高压报警。

此外，当确定电池舱电解液发生泄漏时，可通过泄漏报警装置进行报警。

此外，所述方法还可包括以下步骤：当确定电池舱电解液发生泄漏时，根据关系矩阵确定被最多压力传感器支持的至少一个特定压力传感器；将所述至少一个特定压力传感器中压力数据最大的压力传感器所在的位置确定为发生电解液泄漏的位置。

此外，在确定发生电解液泄漏的位置之后，可通过泄漏位置报警器进行报警。

根据本发明的另一方面，提供一种电池舱电解液泄漏监测装置，包括：设置在电池舱内不同位置的多个温度-压力采集装置，每个温度-压力采集装置包括一个温度传感器和一个压力传感器；控制器，从所述多个温度压力采集装置接收多对温度数据和压力数据，分别对接收到的温度数据和压力数据进行融合，确定融合后的压力是否大于融合后的温度下的压力阈值，如果融合后的压力大于压力阈值，则确定电池舱电解液发生泄漏；泄漏报警装置，当控制器确定电池舱电解液发生泄漏时，泄漏报警装置在控制器的控制下进行报警。

此外，所述控制器可通过显示单元显示接收到的多对温度数据和压力数据。

此外，所述控制器可通过显示单元显示融合后的温度、融合后的压力、压力阈值、融合后的温度变化曲线、融合后的压力变化曲线以及压力阈值曲线。

此外，所述控制器可通过使用从多个温度压力采集装置接收的多对温度数据和压力数据分别计算温度和压力的期望、方差和均方差，来计算传感器之间的置信距离测度，使用计算的距离测度组成置信距离矩阵，基于置信距离矩阵获得多传感器的关系矩阵，根据关系矩阵确定每个传感器是否有效，并且当存在无效的传感器时，所述控制器控制传感器失效报警器进行报警。

此外，可通过使用如下误差函数erf(θ)来计算第i个温度传感器与第j个温度传感器读数的置信距离测度d_ij，并使用计算的距离测度组成如下置信距离矩阵D_m，

$d_{\mathrm{ij}}=\mathrm{erf}\left(\frac{{\mathrm{ET}}_j-{\mathrm{ET}}_i}{\sqrt{2}\mathrm{\σ}{T}_i}\right),$

$d_{\mathrm{ji}}=\mathrm{erf}\left(\frac{{\mathrm{ET}}_i-{\mathrm{ET}}_j}{\sqrt{2}\mathrm{\σ}{T}_j}\right),$

$D_m=\left[\begin{array}{cccc}{d}_{11}& d_{12}& ...& d_{1m}\\ d_{21}& d_{22}& ...& d_{2m}\\ ...& ...& ...& ...\\ d_{m1}& d_{m2}& ...& d_{\mathrm{mm}}\end{array}\right],$

其中，ET_i表示第i个温度传感器检测的温度数据的期望，ET_j表示第j个温度传感器检测的温度数据的期望，σT_i表示第i个温度传感器检测的温度数据的均方差，σT_j表示第j个温度传感器检测的温度数据的均方差，并且i，j＝1，2，...，m，m为大于等于3的正整数。

此外，可根据经验或多次试验的结果确定d_ij的界限值β_ij，并且设

$r_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}1,d_{\mathrm{ij}}\≤{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\\ 0,d_{\mathrm{ij}}>{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\end{array}\right.,$

从而得到如下关系矩阵R_m，

$R_m=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& ...& r_{1m}\\ r_{21}& r_{22}& ...& r_{2m}\\ ...& ...& ...& ...\\ r_{m1}& r_{m2}& ...& r_{\mathrm{mm}}\end{array}\right],$

其中，i，j＝1，2，...，m，m为大于等于3的正整数。

此外，如果r_ij＝r_ji＝1，则第i个传感器与第j个传感器相互支持，其中，i，j＝1，2，...，m，m为大于等于3的正整数。如果一个传感器被一组传感器所支持，则该传感器有效，如果一个传感器不被其他传感器所支持，或只被少数传感器所支持，则该传感器无效。

此外，如果有效温度传感器的数量为L，有效压力传感器的数量为N，则可根据如下等式计算融合后的压力P以及融合后的温度T：

$P=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P_k}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{P_0}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}$

其中，p_k表示第k个压力传感器的观测值，p₀表示N个压力传感器的观测值的均值，σ_k表示第k个压力传感器的观测值的标准偏差，σ₀表示N个压力传感器的观测值的标准偏差，

$T=\frac{\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{T_k}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{T_0}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}{\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}$

其中，T_k表示第k个温度传感器的观测值，T₀表示L个温度传感器的观测值的均值，σ_k表示第k个温度传感器的测量值的标准偏差，σ₀表示L个温度传感器的观测值的标准偏差，

其中，L≤m，N≤m，m为大于等于3的正整数。

此外，所述控制器可通过以下等式确定融合后的温度下的压力阈值P_th：

P_thV＝NRT+A，

其中，N表示电池舱内气体的物质的量，T表示融合后的温度，V表示电池舱内容积，R和A为常数，且R＝8.314。

此外，所述控制器可通过将未发生泄漏时的多对融合后的压力和温度代入PV＝NRT+A来确定常数A，其中，P、T分别表示融合后的压力和温度，N表示电池舱内气体的物质的量，V表示电池舱内容积，R为常数且R＝8.314。

此外，如果融合后的温度超过高温阈值，则所述控制器可控制高温报警器进行高温报警，如果融合后的压力超过高压阈值，则所述控制器可控制高压报警器进行高压报警。

此外，当确定电池舱电解液发生泄漏时，所述控制器可根据关系矩阵确定被最多压力传感器支持的至少一个压力特定传感器，并将所述至少一个特定压力传感器中压力数据最大的压力传感器所在的位置确定为发生电解液泄漏的位置。

此外，在确定发生电解液泄漏的位置之后，所述控制器可控制泄漏位置报警器进行报警。

此外，所述控制器可以以有线和/或无线传输方式将接收到的温度数据和压力数据发送到远程控制装置，从而通过远程控制装置执行确定电池舱内是否发生电解液泄漏以及确定发生电解液泄漏的位置的操作。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：

图1是示出根据本发明实施例的电池舱电解液泄漏监测装置的框图；

图2是示出电池舱电解液泄漏监测装置提供的监测界面；

图3是示出根据本发明实施例的电池舱电解液泄漏检测方法的流程图。

具体实施方式

现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。

图1是示出根据本发明实施例的电池舱电解液泄漏监测装置的框图。

参照图1，电池舱电解液泄漏监测装置100包括多个温度-压力采集装置110以及控制器120，其中，多个温度-压力采集装置110设置在电池舱内，控制器120可设置在安装有电池舱的现场位置，也可设置在控制室内。

具体地讲，每个温度-压力采集装置110包括一个温度传感器和一个压力传感器。每个温度-压力采集装置110设置在电池舱内的特定位置，以检测该位置处的温度及压力。温度压力采集装置110的数量可以由工作人员根据需要来可变地设置。每个温度-压力采集装置110将反映特定位置的温度和压力的温度数据和压力数据发送到控制器120。可选择地，每个温度-压力采集装置110的温度数据和压力数据可经过信号调理电路、AD转换电路以及放大电路处理后输入到控制器120中。

根据本发明实施例，控制器120可以是计算机。然而，本发明不限于此。控制器120可通过显示单元(未示出)显示接收到的多对温度数据和压力数据。进一步讲，控制器120可通过显示单元显示融合后的温度、融合后的压力、压力阈值、融合后的温度变化曲线、融合后的压力变化曲线以及压力阈值曲线。控制器120可分别对接收到的温度数据和压力数据进行融合，并基于融合后的压力是否大于融合后的温度下的压力阈值来确定电池舱电解液发生泄漏。此外，当电解液发生泄漏时，控制器120还可基于接收到的压力数据确定发生电解液泄漏的位置。图2是示出电池舱电解液泄漏监测装置提供的监测界面。图2的监测界面是基于三个温度-压力采集装置得出的。此外，控制器120可以以有线和/或无线传输方式将接收到的温度数据和压力数据发送到远程控制装置，从而可在远程控制装置中执行确定电池舱内是否发生电解液泄漏以及确定发生电解液泄漏的位置的操作。

以下详细描述确定电池舱内是否发生电解液泄漏的方法。

首先对一种确定电解液泄漏的示例方法进行理论上的分析。

假设电池舱内容积为60L，内充一个大气压的氮气，氮气的含量为99.9％。因为氮气可近似看成是理想气体，所以电池舱内压力、温度变化满足理想气体状态方程。当Li/SOCl₂电池发生故障时会发生爆泄，因此要求当电池舱内电解液SOCl₂泄漏达到特定阈值(例如，30ml)时报警。氯化亚砜的分子量是118.97，常温下的密度(g/cm³)为1.676，沸点(℃)为78.8，且SOCl₂(即，氯化亚砜)与气体中的水分会发生如下反应。

含少量水时：

SOCl₂+H₂O＝SO_2(g)+2HCl_(g)                            (1)

含过量水时：

SOCl₂+2H₂O＝H₂SO₃+2HCl_(ag)                           (2)

当Li/SOCl₂电池发生爆泄的瞬间，电池舱内部的压力必然会上升，但随着时间延长，由于气态氯化亚砜的液化效应以及与水蒸气的过量反应，相应的压力会产生恢复现象。

例如，在爆泄的瞬间，泄漏出的30ml SOCl₂全部为气相量，此时气相量的最大值为0.423mol，如以下等式(3)所示。

$n=\frac{\mathrm{\ρ}*V}{M}=\frac{1.67g/{\mathrm{cm}}^3*30{\mathrm{cm}}^3}{118.97g/\mathrm{mol}}=0.423\mathrm{mol}---\left(3\right)$

其中，ρ是电解液氯化亚砜在常温下的密度，V是泄漏报警的特定阈值(在当前实施例中位30ml)，M是30ml气相量氯化亚砜的物质的量。

由于电池舱是密闭舱，且SOCl₂存在饱和蒸汽压，所以泄漏后的SOCl₂在常温下会有一部分以气相量的形式存在。根据Antoine方程可计算得到不同温度下SOCl₂的饱和蒸汽压：

$\log P=A-\frac{B}{t+C}---\left(4\right)$

其中，A、B、C为常数，A＝7.28745，B＝1446.7，C＝252.7，t是温度，单位为℃，P是压力，单位为mmHg。

表1示出氯化亚砜饱和蒸汽压和温度的关系。

表1

由上表可知，当温度在27℃到28℃之间的某个温度值时，30ml SOCl₂就将全部变为气相量，根据理想气体状态方程和Antoine方程可求得在t＝27.3163℃时，30ml SOCl₂全部变为气相量，此时它的饱和蒸汽压为17.6114KPa。

由以上分析及SOCl₂和气体中水分的反应可知，电池爆泄后电池舱内压力变化的最小值为17.6114KPa，则当电池舱内压力变化超过17.6114KPa时，进行泄漏报警。

然而，在如上分析的确定电解液泄漏的示例方法中，电池舱内压力变化可能受到水蒸气的影响。因此这种示例方法不能准确地反映电解液泄漏的情况。为此，本发明提供以下方法来避免由于水蒸气噪声的泄漏误报。

首先，由于本发明采用了多个温度传感器和压力传感器，因此需要对传感器的实效信息进行剔除，并对传感器的有效信息进行融合。因此，控制器120通过使用从多个温度-压力采集装置110的温度传感器和压力传感器接收的多个温度数据和多个压力数据分别计算温度和压力的期望、方差和均方差，从而计算传感器之间的置信距离测度，使用计算的距离测度组成置信距离矩阵，基于置信距离矩阵获得多传感器的关系矩阵，根据关系矩阵确定每个传感器是否有效。可选择地，当存在无效的传感器时，控制器120控制传感器失效报警器进行报警。

控制器120可确定融合后的压力是否大于融合后的温度下的压力阈值，并且如果融合后的压力大于压力阈值，则控制器120可确定电池舱电解液发生泄漏。具体地讲，控制器120可通过以下等式确定融合后的温度下的压力阈值P_th：

P_thV＝NRT+A，

其中，N表示电池舱内气体的物质的量，T表示融合后的温度，V表示电池舱内容积，R和A为常数，且R＝8.314。这里，控制器120可通过将未发生泄漏时的多对融合后的压力和温度代入PV＝NRT+A来确定常数A，其中，P、T分别表示融合后的压力和温度。尽管在本发明的实施例中描述了以上确定压力阈值的方法。然而，压力阈值可以由操作人员根据需要任意确定或者根据其他方法确定。

根据本发明实施例，电池舱电解液泄漏监测装置100还包括泄漏报警装置(未示出)。当控制器120确定电池舱内发生电解液泄漏时，控制器120可通过泄漏报警装置进行报警。所述泄漏报警装置可以是声光报警器。

此外，当确定电池舱电解液发生泄漏时，控制器120可确定有效的压力传感器中被最多压力传感器支持的至少一个特定压力传感器，并将至少一个特定压力传感器中压力数据最大的压力传感器所在的位置确定为发生电解液泄漏的位置。可选择地，电池舱电解液泄漏监测装置100还包括泄漏位置报警装置(未示出)。当控制器120确定发生电解液泄漏的位置之后，控制器120可通过泄漏位置报警器进行报警。

图3是示出根据本发明实施例的电池舱电解液泄漏检测方法的流程图。

所述电池舱电解液泄漏检测方法可包括：(a)从分别设置在电池舱内不同位置的多个温度-压力采集装置接收多对温度数据和压力数据，其中，每个温度-压力采集装置包括一个温度传感器和一个压力传感器；(b)分别对接收到的温度数据和压力数据进行融合；(c)确定融合后的压力是否大于融合后的温度下的压力阈值；(d)如果融合后的压力大于压力阈值，则确定电池舱电解液发生泄漏。

下面，结合图3详细描述根据本发明实施例的电池舱电解液泄漏检测方法。

在步骤S301，控制器120从多个温度-压力采集装置接收多个温度数据和压力数据。假设多个温度数据为t_i，多个压力数据为p_j，其中，i，j＝1，2，...，m，m为大于等于3的正整数，且表示温度传感器和压力传感器的数量。在步骤S302，控制器120计算温度和压力的期望(ET_i、EP_j)、方差(DT_i、DP_j)以及均方差(σT_i、σP_j)。在步骤S303，控制器120计算传感器之间的置信距离测度，并使用计算的距离测度组成置信距离矩阵。

具体地讲，以温度传感器为示例，假设d_ij为第i个传感器与第j个传感器读数的置信距离测度，即第i，j两个传感器的融合度，d_ij的值越小，i，j两个传感器的观测值越相近，否则偏差就越大。d_ij的数值可由误差函数erf(θ)求得，如以下等式所示：

$d_{\mathrm{ij}}=\mathrm{erf}\left(\frac{{\mathrm{ET}}_j-{\mathrm{ET}}_i}{\sqrt{2}\mathrm{\σ}{T}_i}\right)---\left(6\right)$

$d_{\mathrm{ji}}=\mathrm{erf}\left(\frac{{\mathrm{ET}}_i-{\mathrm{ET}}_j}{\sqrt{2}\mathrm{\σ}{T}_j}\right)---\left(7\right)$

由置信距离测度d_ij组成的置信距离矩阵D_m如下所示：

$D_m=\left[\begin{array}{cccc}{d}_{11}& d_{12}& ...& d_{1m}\\ d_{21}& d_{22}& ...& d_{2m}\\ ...& ...& ...& ...\\ d_{m1}& d_{m2}& ...& d_{\mathrm{mm}}\end{array}\right]$

这里，D_m可称为多传感器数据的置信距离矩阵。

接下来，在步骤S304，控制器120基于置信距离矩阵获得多传感器的关系矩阵R_m。

具体地讲，可根据经验或多次试验的结果确定d_ij的界限值β_ij。同时，设

$r_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}1,d_{\mathrm{ij}}\≤{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\\ 0,d_{\mathrm{ij}}>{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\end{array}\right.$

从而可以得到如下所示的关系矩阵R_m。

$R_m=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& ...& r_{1m}\\ r_{21}& r_{22}& ...& r_{2m}\\ ...& ...& ...& ...\\ r_{m1}& r_{m2}& ...& r_{\mathrm{mm}}\end{array}\right]$

若r_ij＝0，则认为第i个传感器与第j个传感器相融性差，或称它们相互不支持。若r_ij＝1，则认为第i个传感器与第j个传感器相融性好，称第i个传感器是支持第j个传感器的。若r_ij＝r_ji＝1，称第i个传感器与第j个传感器相互支持。

以上以温度传感器为示例描述了置信距离测度d_ij、置信距离矩阵D_m和关系矩阵R_m。然而，可以以相同的方式，获得压力传感器的置信距离测度d_ij、置信距离矩阵D_m和关系矩阵R_m。

接下来，在步骤S305，控制器120基于关系矩阵R_m确定每个传感器是否有效。具体地讲，如果一个传感器被一组传感器所支持，则这个传感器的读数是有效的。如果一个传感器不被其他传感器所支持，或只被少数传感器所支持，则这个传感器的读数是无效的，应该把这样的读数删掉。可选择地，如果存在无效的传感器，则在步骤S306，控制器120可控制传感器失效报警器(未示出)进行报警。这里，传感器失效报警器可以是声光报警器。可选择地，当某个传感器被连续若干次确定为无效时，才在步骤S306中进行报警。

在步骤S307，对有效温度传感器的温度数据和有效压力传感器的压力数据进行融合，获得融合后的温度和融合后的压力。具体地讲，根据贝叶斯估计理论，假设有效温度传感器的数量为L(L≤m)，有效压力传感器的数量为N(N≤m)，融合后的压力P以及融合后的温度T如下所示。

$P=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P_k}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{P_0}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}$

其中，p_k表示第k个压力传感器的观测值，p₀表示N个压力传感器的观测值的均值，σ_k表示第k个压力传感器的观测值的标准偏差，σ₀表示N个压力传感器的观测值的标准偏差。

$T=\frac{\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{T_k}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{T_0}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}{\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}$

其中，T_k表示第k个温度传感器的观测值，T₀表示L个温度传感器的观测值的均值，σ_k表示第k个温度传感器的测量值的标准偏差，σ₀表示L个温度传感器的观测值的标准偏差。

在步骤S308，控制器120确定融合后的压力是否大于融合后的温度下的压力阈值。具体地讲，控制器120可通过以下等式确定融合后的温度下的压力阈值P_th：

P_thV＝NRT+A，

其中，N表示电池舱内气体的物质的量，T表示融合后的温度，V表示电池舱内容积，R和A为常数，且R＝8.314。进一步讲，控制器120可通过如下方法来确定常数A，即，控制器120可将未发生泄漏时的多对融合后的压力和温度代入PV＝NRT+A来确定常数A，其中，P、T分别表示融合后的压力和温度。当融合后的压力大于所述压力阈值时，在步骤S309，控制器120确定电池舱电解液发生泄漏。其后，当确定电池舱电解液发生泄漏时，在步骤S310，控制器120根据关系矩阵R_m确定被最多压力传感器支持的至少一个压力传感器，并确定所述至少一个特定压力传感器中压力数据最大的一个压力传感器。在步骤S311，控制器120将所述一个压力传感器所在的位置确定为发生电解液泄漏的位置。

当确定电池舱电解液没有发生泄漏时，在步骤S312，控制器120确定融合后的压力P是否超过高压阈值。如果融合后的压力P超过高压阈值(例如，但不限于50KPa)，则在步骤S313，控制器120控制高压报警器(未示出)进行高压报警。这里，高压报警器可以是声光报警器。如果融合后的压力P没有超过高压阈值，则方法返回步骤S301。另一方面，在步骤S314，控制器120确定融合后的温度T是否超过高温阈值(例如，但不限于40℃)。如果融合后的温度T超过高温阈值，则在步骤S315，控制器120控制高温报警器(未示出)进行高温报警。这里，高温报警器可以是声光报警器。如果融合后的温度T没有超过高温阈值，则方法返回步骤S301。

根据本发明实施例，能够有效地检测电池舱内温度、压力的实时变化，从而在电池舱电解液泄漏时及时报警，并准确得到泄漏位置。因此，可显著提高Li/SOCl2电池在储存和使用过程中的安全性能。

虽然已经显示和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种电池舱电解液泄漏检测方法，其特征在于，所述电池舱电解液泄漏检测方法包括以下步骤：

(a)从分别设置在电池舱内不同位置的多个温度-压力采集装置接收多对温度数据和压力数据，其中，每个温度-压力采集装置包括一个温度传感器和一个压力传感器；

(b)分别对接收到的温度数据和压力数据进行融合；

(c)确定融合后的压力是否大于融合后的温度下的压力阈值；

(d)如果融合后的压力大于压力阈值，则确定电池舱电解液发生泄漏。

2.根据权利要求1所述的电池舱电解液泄漏检测方法，其特征在于，步骤(b)包括：

通过使用接收到的温度数据和压力数据分别计算温度和压力的期望、方差和均方差，来计算传感器之间的置信距离测度，并使用计算的距离测度组成置信距离矩阵；

基于置信距离矩阵获得多传感器的关系矩阵；

根据关系矩阵确定每个传感器是否有效；

对有效温度传感器的温度数据和有效压力传感器的压力数据进行融合，获得融合后的压力和温度。

3.根据权利要求2所述的电池舱电解液泄漏检测方法，其特征在于，通过使用如下误差函数erf(θ)来计算第i个温度传感器与第j个温度传感器读数的置信距离测度d_ij，并使用计算的距离测度组成如下置信距离矩阵D_m，

$d_{\mathrm{ij}}=\mathrm{erf}\left(\frac{{\mathrm{ET}}_j-{\mathrm{ET}}_i}{\sqrt{2}\mathrm{\σ}{T}_i}\right),$

$d_{\mathrm{ji}}=\mathrm{erf}\left(\frac{{\mathrm{ET}}_i-{\mathrm{ET}}_j}{\sqrt{2}\mathrm{\σ}{T}_j}\right),$

$D_m=\left[\begin{array}{cccc}{d}_{11}& d_{12}& ...& d_{1m}\\ d_{21}& d_{22}& ...& d_{2m}\\ ...& ...& ...& ...\\ d_{m1}& d_{m2}& ...& d_{\mathrm{mm}}\end{array}\right],$

其中，ET_i表示第i个温度传感器检测的温度数据的期望，ET_j表示第j个温度传感器检测的温度数据的期望，σT_i表示第i个温度传感器检测的温度数据的均方差，σT_j表示第j个温度传感器检测的温度数据的均方差，并且i，j＝1，2，...，m，m为大于等于3的正整数。

4.根据权利要求3所述的电池舱电解液泄漏检测方法，其特征在于，根据经验或多次试验的结果确定d_ij的界限值β_ij，并且设

$r_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}1,d_{\mathrm{ij}}\≤{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\\ 0,d_{\mathrm{ij}}>{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\end{array}\right.,$

从而得到如下关系矩阵R_m，

$R_m=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& ...& r_{1m}\\ r_{21}& r_{22}& ...& r_{2m}\\ ...& ...& ...& ...\\ r_{m1}& r_{m2}& ...& r_{\mathrm{mm}}\end{array}\right],$

其中，i，j＝1，2，...，m，m为大于等于3的正整数。

5.根据权利要求4所述的电池舱电解液泄漏检测方法，其特征在于，如果r_ij＝r_ji＝1，则第i个传感器与第j个传感器相互支持，其中，i，j＝1，2，...，m，m为大于等于3的正整数，

如果一个传感器被一组传感器所支持，则该传感器有效，如果一个传感器不被其他传感器所支持，或只被少数传感器所支持，则该传感器无效。

6.根据权利要求5所述的电池舱电解液泄漏检测方法，其特征在于，如果有效温度传感器的数量为L，有效压力传感器的数量为N，则根据如下等式计算融合后的压力P以及融合后的温度T：

$P=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P_k}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{P_0}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}$

其中，p_k表示第k个压力传感器的观测值，p₀表示N个压力传感器的观测值的均值，σ_k表示第k个压力传感器的观测值的标准偏差，σ₀表示N个压力传感器的观测值的标准偏差，

$T=\frac{\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{T_k}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{T_0}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}{\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_k^2}+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_0^2}}$

其中，T_k表示第k个温度传感器的观测值，T₀表示L个温度传感器的观测值的均值，σ_k表示第k个温度传感器的测量值的标准偏差，σ₀表示L个温度传感器的观测值的标准偏差，

其中，L≤m，N≤m，m为大于等于3的正整数。

7.根据权利要求1所述的电池舱电解液泄漏检测方法，其特征在于，通过以下等式确定融合后的温度下的压力阈值P_th：

P_thV＝NRT+A，

其中，N表示电池舱内气体的物质的量，T表示融合后的温度，V表示电池舱内容积，R和A为常数，且R＝8.314。

8.根据权利要求7所述的电池舱电解液泄漏检测方法，其特征在于，通过将未发生泄漏时的多对融合后的压力和温度代入PV＝NRT+A来确定常数A，其中，P、T分别表示融合后的压力和温度，N表示电池舱内气体的物质的量，V表示电池舱内容积，R为常数且R＝8.314。

9.根据权利要求1所述的电池舱电解液泄漏检测方法，其特征在于，当确定电池舱电解液发生泄漏时，通过泄漏报警装置进行报警。

10.根据权利要求5所述的电池舱电解液泄漏检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当确定电池舱电解液发生泄漏时，根据关系矩阵确定被最多压力传感器支持的至少一个特定压力传感器；

将所述至少一个特定压力传感器中压力数据最大的压力传感器所在的位置确定为发生电解液泄漏的位置。

11.一种电池舱电解液泄漏监测装置，其特征在于，所述电池舱电解液泄漏监测装置包括：

设置在电池舱内不同位置的多个温度-压力采集装置，每个温度-压力采集装置包括一个温度传感器和一个压力传感器；

控制器，从所述多个温度-压力采集装置接收多对温度数据和压力数据，分别对接收到的温度数据和压力数据进行融合，确定融合后的压力是否大于融合后的温度下的压力阈值，如果融合后的压力大于压力阈值，则确定电池舱电解液发生泄漏；

泄漏报警装置，当控制器确定电池舱电解液发生泄漏时，泄漏报警装置在控制器的控制下进行报警。

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