CN105738813A - 一种在线监测储能电池安全状态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述方法包括以下步骤：确定电池热失控预警温度；电池热失控的提前预警。本方法基于对电池内部材料与电解液之间的反应研究，通过电池不同衰减阶段电池内部材料与电解液之间放热反应发生的温度研究结果，来确定电池处于不同容量衰减阶段时，电池热失控的预警温度，在此研究结果的基础上，用微型无线传感器检测电池内部温度的方法，当传感器检测到电池内部温度时，与研究结果得到的相应预警值进行比对，从而实现对电池热失控的提前预警。
Description
技术领域：
本发明涉及一种电池安全状态的监测方法，更具体涉及一种在线监测储能电池安全状态的方法。
背景技术：
风能、太阳能等清洁的可再生能源已开始大范围应用，但由于太阳能和风能间歇性及不连续性，需要应用储能技术来提高能源供应的连续性和稳定性。目前采用较多的储能技术是电化学储能，即将不连续和不稳定的可再生能源，先存储到电池中，等需要用的时候再从电池中释放出来。
储能电池是一个能量的载体，并且现在用在储能技术上的电池，能量密度也很高，这些电池在使用过程中，由于使用不当和自身安全性能的下降，会有一定的安全隐患，可能发生热失控，造成安全事故。因此，储能电池在使用时，须对其安全状态进行监测，以预防电池热失控的发生。
目前，对储能电池安全状态的监测方法主要是通过监控电池运行过程中的电压、温度等外部参量，来预测电池的安全状态。但这种方法有明显的不足，电池的安全隐患一般都存在于电池的内部，其热失控也是由电池的内部反应引起的，只通过电池外部参数的测量无法直接准确地预知电池内部的变化，当电池发生热失控等极端情况时，仅靠当前的参数测量无法做到提前预警，并且，目前所测量的温度都是电池壳体表面的温度，受电池材料导热性不好、传热速度慢、温度测量点少等因素的影响，该温度不能准确及时的反应电池内部的温度情况。因此，如果能掌握电池内部反应生热的情况，并实时测量到电池内部的温度，可对储能电池安全状态进行准确的在线监测。故提出一种在线监测储能电池安全状态的方法。
发明内容：
本发明的目的是提供一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述方法实现对电池热失控的提前预警。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)确定电池热失控预警温度；
(2)电池热失控的提前预警。
本发明提供的一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述步骤(1)的确定过程为：
(1-1)标定电池的容量；
(1-2)测试电池的循环；
(1-3)拆解电池；
(1-4)确定电极材料与电解液放热反应发生温度。
本发明提供的一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述步骤(1-1)中的确定过程为：在25℃的环境中，将电池与高精度充放电检测仪连接，根据电池制作商推荐的电池电压使用范围，以1/3放电倍率对电池进行充放电测试，循环3次，记录电池的容量。
本发明提供的另一优选的一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述步骤(1-2)的测试过程为：在25℃的环境中，将电池与高精度充放电检测仪连接，根据电池制作商推荐的电池电压使用范围，以1放电倍率对电池进行充放电循环测试，每衰减初始容量的5％，抽取5支电池样品，进行电池内部反应温度的测试试验；当电池的容量衰减率高于50％后，不在抽取电池样品，停止该试验。
本发明提供的再一优选的一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述高精度充放电检测仪包括充放电模块、电压和温度采集装置以及充放电控制系统。
本发明提供的又一优选的一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述步骤(1-3)中的拆解过程为：在每个衰减率下抽取的5支电池中，选择3支电池放入氩气气氛的手套箱中，进行电池的拆解。
本发明提供的又一优选的一种在线监测储能电池安全状态的方法，当拆解电池时，将电池的正极、负极和隔膜都分开；分别在正极和负极上取样，取完的样品用铝塑膜密封，避免样品与空气的接触，以便进行后续的测试。
本发明提供的又一优选的一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述步骤(1-4)中的确定过程为：将密封的电极放入加速量热仪中进行测试；将每个衰减率下剩余的2支电池直接进行加速量热测试，并将电极的测试结果与电池的测试结果进行对比，找出电极的反应温度与电池的反应温度的对应关系；同时对比不同衰减率下电池内部的反应温度，找出电池容量衰减率与电池内部电极材料反应温度之间的关联关系。
本发明提供的又一优选的一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述加速量热仪的包括绝热箱体、控制器、加热器、温度传感器、毫欧表和静电计。
本发明提供的又一优选的一种在线监测储能电池安全状态的方法，所述步骤(2)中的提前预警过程为：在电池的表面加装微型无线传感器，用来监测电池内部的温度及其变化，并将电池的温度数据传输到储能监控系统上；将所述温度数据与所述步骤(1)中得到的电极材料与电解液放热反应发生的温度做比对，实现电池热失控的提前预警。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明的方法通过研究电极材料与电解液之放热反应发生的温度，来确定电池热失控的预警温度，该方法简便易行且结果可靠；
2、本发明的方法通过微型无线传感器，实现了电池内部温度的监测，且得到的数据较传统方法更加准确；
3、本发明的方法对电池安全状态的评估可以随着电池的不同衰减程度自动调整以适应电池内部的动态变化；
4、本发明的方法与研究结果得到的相应预警值进行比对，从而实现对电池热失控的提前预警；
5、本发明的方法预防电池热失控和安全事故的发生。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1所示，本例的发明提供了一种在线监测储能电池安全状态的方法；电池内部温度升高的过程中，先是电池的负极材料与电解液之间发生放热反应，随着温度的升高，到了一定的温度，电池的正极材料也开始与电解液之间发生放热反应，随着反应的进行，电池内部的温度越来越高，直至电池发生热失控。但传统的检测方法无法监控电池内部的温度，本发明基于对电池内部材料与电解液之间的反应研究，通过电池不同衰减阶段电池内部材料与电解液之间放热反应发生的温度研究结果，来确定电池处于不同容量衰减阶段时，电池热失控的预警温度，在此研究结果的基础上，用微型无线传感器检测电池内部温度的方法，当传感器检测到电池内部温度时，与研究结果得到的相应预警值进行比对，从而实现对电池热失控的提前预警。
所述方法包括以下步骤：
1.电池热失控预警温度的确定
电池内部的反应，主要是电极材料和电解液之间的反应，这也是电池内部热量主要的来源。选取50支以上同型号未使用过的电池样品，先进行容量标定，然后以1C倍率进行循环测试，容量每损失5％，抽取5支电池，其中3支在氩气气氛的手套箱中进行拆解，研究不同容量衰减率是电极材料与电解液放热反应发生的温度。剩余的2支直接进行加速量热测试，并将电极的测试结果与电池的测试结果进行对比，找出电极的反应温度与电池的反应温度的对应关系。
(1)电池的容量标定：在25℃的环境中，将电池与高精度充放电检测仪连接，根据电池制作商推荐的电池电压使用范围，以1/3C倍率对电池进行充放电测试，循环3次，记录电池的容量。
(2)电池的循环测试：在25℃的环境中，将电池与高精度充放电检测仪连接，根据电池制作商推荐的电池电压使用范围，以1C倍率对电池进行充放电循环测试，每衰减初始容量的5％，抽取5支电池样品，进行电池内部反应温度的测试试验。当电池的容量衰减率高于50％后，不在抽取电池样品，停止该试验。
(3)电池的拆解：在每个衰减率下抽取的5支电池中，选择3支电池电池放入氩气气氛的手套箱中，进行电池的拆解。拆解时，将电池的正极、负极和隔膜都分开，然后分别在正极和负极上取样，以便进行后续的测试，取完的样品用铝塑膜密封，避免样品与空气的接触。
(4)电极材料与电解液放热反应发生温度的确定：将密封的电极放入加速量热仪中进行测试，因为拆解的电极中都吸附了足量的电解液，通过电极在升温过程中吸热与放热量的变化情况，可以确定电极材料与电解液放热反应发生的温度。将每个衰减率下剩余的2支直接进行加速量热测试，并将电极的测试结果与电池的测试结果进行对比，找出电极的反应温度与电池的反应温度的对应关系。同时对比不同衰减率下电池内部的反应温度，找出电池容量衰减率与电池内部电极材料反应温度之间的关联关系。
2.电池热失控的提前预警
在电池的表面加装微型无线传感器，用来监测电池内部的温度及其变化，并将电池的温度数据传输到储能监控系统上。将该数据与试验1得到的电极材料与电解液放热反应发生的温度做比对，即可实现电池热失控的提前预警。
所述微型无线传感器是一种光纤传感器，传感器中含有数据采集芯片，采集到的数据可以通过无线的方式进行发送。
所述储能监控系统包括储能电池监测系统、电池数据存储系统和储能系统控制系统，其中储能电池监测系统主要是采集测量电池运行过程中的电压、电流、温度等参量，电池数据存储系统是将测量到的电池参量进行存储，并进行数据分析，储能系统控制系统是根据电池数据分析的结果，对电池系统下达相应的指令，以实现电池系统的控制。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种在线监测储能电池安全状态的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)确定电池热失控预警温度；
(2)电池热失控的提前预警。
2.如权利要求1所述的一种在线监测储能电池安全状态的方法，其特征在于：所述步骤(1)的确定过程为：
(1-1)标定电池的容量；
(1-2)测试电池的循环；
(1-3)拆解电池；
(1-4)确定电极材料与电解液放热反应发生温度。
3.如权利要求2所述的一种在线监测储能电池安全状态的方法，其特征在于：所述步骤(1-1)中的确定过程为：在25℃的环境中，将电池与高精度充放电检测仪连接，根据电池制作商推荐的电池电压使用范围，以1/3放电倍率对电池进行充放电测试，循环3次，记录电池的容量。
4.如权利要求2所述的一种在线监测储能电池安全状态的方法，其特征在于：所述步骤(1-2)的测试过程为：在25℃的环境中，将电池与高精度充放电检测仪连接，根据电池制作商推荐的电池电压使用范围，以1放电倍率对电池进行充放电循环测试，每衰减初始容量的5％，抽取5支电池样品，进行电池内部反应温度的测试试验；当电池的容量衰减率高于50％后，不在抽取电池样品，停止该试验。
5.如权利要求3或4所述的一种在线监测储能电池安全状态的方法，其特征在于：所述高精度充放电检测仪包括充放电模块、电压和温度采集装置以及充放电控制系统。
6.如权利要求4所述的一种在线监测储能电池安全状态的方法，其特征在于：所述步骤(1-3)中的拆解过程为：在每个衰减率下抽取的5支电池中，选择3支电池放入氩气气氛的手套箱中，进行电池的拆解。
7.如权利要求6所述的一种在线监测储能电池安全状态的方法，其特征在于：当拆解电池时，将电池的正极、负极和隔膜都分开；分别在正极和负极上取样，取完的样品用铝塑膜密封，避免样品与空气的接触，以便进行后续的测试。
8.如权利要求7所述的一种在线监测储能电池安全状态的方法，其特征在于：所述步骤(1-4)中的确定过程为：将密封的电极放入加速量热仪中进行测试；将每个衰减率下剩余的2支电池直接进行加速量热测试，并将电极的测试结果与电池的测试结果进行对比，找出电极的反应温度与电池的反应温度的对应关系；同时对比不同衰减率下电池内部的反应温度，找出电池容量衰减率与电池内部电极材料反应温度之间的关联关系。
9.如权利要求8所述的一种在线监测储能电池安全状态的方法，其特征在于：所述加速量热仪的包括绝热箱体、控制器、加热器、温度传感器、毫欧表和静电计。
10.如权利要求1所述的一种在线监测储能电池安全状态的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的提前预警过程为：在电池的表面加装微型无线传感器，用来监测电池内部的温度及其变化，并将电池的温度数据传输到储能监控系统上；将所述温度数据与所述步骤(1)中得到的电极材料与电解液放热反应发生的温度做比对，实现电池热失控的提前预警。
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