CN105742729A - 一种锂离子电池在线安全预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池在线安全预警方法，所述方法包括以下步骤：确定锂离子电池冲击条件；确定电池电压变化阈值；电池的在线安全预警。所述方法通过截取一定周期内电流或功率冲击条件下锂离子电池电压变化值的大小，并将此数值进行横向与纵向比对，可以分离出具有安全隐患的电池单体，从而实现锂离子电池的在线安全预警。其中，横向比对是在不同的单体电池之间进行，纵向比对则是对各个单体电池本身进行不同运行时间节点之间的数值比较。

Description

一种锂离子电池在线安全预警方法

技术领域：

本发明涉及一种电池在线安全预警方法，更具体涉及一种锂离子电池在线安全预警方法。

背景技术：

风能、太阳能等清洁的可再生能源已得到广泛应用,但由于其间歇性及不连续性，需要应用储能技术来提高能源供应的连续性和稳定性。锂离子电池因具有能量密度高、功率特性好、循环寿命长、环境适应性好、无记忆效应等优点，在储能领域表现出很大的应用潜力。但锂离子电池毕竟是一个能量载体，在使用过程中，由于使用不当(过充电、过放电、短路等)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。

目前，针对锂离子电池在电动汽车或储能上应用时可能发生的安全隐患，采用的预防措施主要是以下两个方面：(1)每个电池组都加装电池管理系统，及时采集电池的电压、电流、温度等数据，并限制电池的电压范围、最高使用温度、最大使用电流(功率)，当电池的参数超出限制范围时，则立即停止电池工作；(2)把电池组从电动汽车或者储能系统中拆下来，定期对电池组进行维护，测量电池的容量、电压、内阻、温度等参数，对性能异常、具有高安全隐患的电池进行更换。这些方法在一定程度上降低了锂离子电池的使用风险，但由于电池的安全事故通常是由内向外的，即电池内部出现问题，引起电池的热失控，而目前所采取的安全措施不能很好的反映电池内部的情况，也就不能很好的预测电池可能的安全隐患；同时电池的安全事故绝大部分都是发生在使用过程中，这种定期的检测维护不能有效的预防电池安全事故的发生。

发明内容：

本发明的目的是提供一种锂离子电池在线安全预警方法，该方法可分离出具有安全隐患的电池。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种锂离子电池在线安全预警方法，所述方法包括以下步骤：

(1)确定锂离子电池冲击条件；

(2)确定电池电压变化阈值；

(3)电池的在线安全预警。

本发明提供的一种锂离子电池在线安全预警方法，所述步骤(1)中的条件确定过程为：

以若干同一类型和同一型号的电池为电池样本；

将所述电池样本与充放电检测仪连接进行充放电测试；

当电池容量衰减时，进行冲击试验。

本发明提供的一种锂离子电池在线安全预警方法，所述充放电测试在25℃的环境中，以电流为1/3电池标准容量或以功率为1/3电池额定功率对电池样本进行测试。

本发明提供的另一优选的一种锂离子电池在线安全预警方法，所述电容容量衰减为5％、10％、15％、20％、25％和30％时，进行冲击试验。

本发明提供的再一优选的一种锂离子电池在线安全预警方法，所述冲击试验包括以下步骤：

将电池样本静置10秒；

以电流为1/3电池标准容量或以功率为1/3电池额定功率对所述电池样本进行充电或者放电30秒；

以电流为0.5-1.5电池标准容量或以功率为0.5-1.5电池额定功率对所述电池样本进行充电或者放电10秒；

将电池样本静置10秒。

本发明提供的又一优选的一种锂离子电池在线安全预警方法，记录所述电池样本在冲击试验中的电压变化；并根据电压的变化情况，确定适用于不同容量衰减率的电池的冲击条件。

本发明提供的又一优选的一种锂离子电池在线安全预警方法，所述电池样本的电压采样间隔不高于1秒。

本发明提供的又一优选的一种锂离子电池在线安全预警方法，所述步骤(2)的阈值包括：

对不同容量衰减率的电池样品进行冲击试验，确定安全隐患电池的电压变化值范围和

对同样容量衰减率的电池样品进行冲击试验，确定正常的电池电压变化范围。

本发明提供的又一优选的一种锂离子电池在线安全预警方法，所述电压变化范围通过统计所述电池样本在冲击试验下的电压变化情况确定。

本发明提供的又一优选的一种锂离子电池在线安全预警方法，所述步骤(3)中的预警通过电池监控系统实现；所述电池监控系统包括电池监测系统、数据存储系统和电池系统控制系统；所述电池监测系统采集测量电池运行过程中的电压、电流和温度参量；所述数据存储系统是将测量到的电池参量存储并进行数据分析；所属电池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。

对电池的电压变化做横向比对和纵向比对；所述横向比对是在同一次冲击时，不同容量衰减率的电池电压变化情况，对于电压变化高于平均变化电压1.5倍的电池，则认为其安全隐患，应立即停止使用；所述纵向比对时同一容量衰减率的电池在不同次冲击时，电池电压变化情况的比对，当发现电池在某次冲击中，电压变化高于前10次冲击时平均电压变化1.5倍时，则认为该电池具有较高的安全隐患，应立即停止使用。

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、本发明的方法通过锂离子电池电压的横向比对和纵向比对，就可分离出具有安全隐患的电池；

2、本发明的方法简便易行；

3、本发明的方法对锂离子电池运行中的电压变化及时进行分析，并根据分析结果做出判断，实现了电池的在线安全预警；

4、本发明的方法的预警更为准确和高效；

5、本发明的方法能更好的预防可能发生的安全事故。

附图说明

图1为本发明的方法的电流冲击示意图；

图2为本发明的方法的功率冲击示意图。

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1-2所示，本例的发明提供的一种锂离子电池在线安全预警方法，锂离子电池在运行过程中，主要是采集电池的电压、电流和温度。温度测量的是电池表面的温度，不能准确的反映电池的内部情况。电池的电压有两种情况，一是电池在静置状态的电压，一是电池在运行中的电压及其变化情况，静置状态下的电压能提供的信息量很少，但运行过程中的电压及其变化能提供的信息量则较多，能同时反映电池的容量和内阻。在一定的时间周期内，锂离子电池的电压变化值随着加载在电池上的电流或功率的大小而变化，并且，随着锂离子电池的容量衰减，电池的内阻逐渐增大，在同等条件下，电压变化值也会随着衰减程度的不同而变化。而电压变化值的大小可以反映电池的安全状态。在锂离子电池运行过程中，既存在较为温和的电流或功率条件，也存在较大的电流或功率的冲击条件，通过截取一定周期内电流或功率冲击条件下电池电压变化值的大小，并将此数值进行横向与纵向比对，可以分离出具有安全隐患的电池单体，从而实现在线安全预警。其中，横向比对是在不同的单体电池之间进行，纵向比对则是对各个单体电池本身进行不同运行时间节点之间的数值比较。所述方法包括以下步骤：

1.锂离子电池冲击条件的确定

在确定冲击条件是，要考虑该条件在电池实际应用过程中出现的频次，该条件不能非常频繁的出现，但也不能出现的频次太低。

以同一类型、同一型号的电池为研究对象，对电池进行充放电循环。电池容量每衰减到一定百分比时，测试电池的内阻，并采用较大电流或功率为电池进行充放电，记录在一定周期内电池电压的变化情况。电流或功率冲击如图1-2所示:

具体实验方法为：选取足够多的容量接近、内阻接近的电池样品，在25℃的环境中，将电池与高精度充放电检测仪连接，以I₁电流(1/3C)或P₁功率(1/3P)对电池进行充放电测试，当电池容量衰减5％、10％、15％、20％、25％和30％时，进行冲击试验，试验的具体过程如下：

(1)电池静置10S；

(2)以I₁电流(1/3C)或P₁功率放电(或充电)30S；

(3)以I₂电流(0.5-1.5C)或P₂(0.5-1.5P)功率放电(或充电)10S；

(4)电池静置10S。

所用设备的采样间隔不高于1S，记录电池在整个过程中的电压变化，并根据电压的变化情况，确定适用于不同容量衰减率的电池的冲击条件。

2.电池电压变化阈值的确定

采用上述方法所确定的冲击条件，对不同容量衰减率的电池进行冲击，计算电池电压在冲击时间的变化值，并根据变化值将电池进行分类，研究不同电压变化值的电池的安全状态变化情况，确定具有高安全隐患电池的电压变化值范围。

选择30支以上同样容量衰减率的电池样品，根据试验1确定的在该衰减率下的电池的冲击条件，对电池进行冲击试验，方法同试验1一样。记录每一支电池在冲击过程中的电压变化情况，并对所有该容量衰减率的电池样品的电压变化情况进行统计，确定在该冲击条件下，电池正常的电压变化范围与不正常的电压变化范围，即正常的电池电压变化阈值。

3.电池的在线安全预警

锂离子电池在电动汽车或储能系统上使用时，都配有相应的电池监控系统，将上述1和2的研究结果以程序的形式写入电池监控系统。当电池在运行过程中，通过电池的电流或功率得到冲击条件时，监控系统开始记录未来一定周期内电池的电压，并计算电压的变化情况。如果电池的电压变化值达到了上述2研究的阈值，则认为该电池具有较高的安全隐患，应立即停止使用。

同时，当通过电池的电流或功率得到冲击条件时，对电池的电压变化做横向比对和纵向比对。横向比对是在同一次冲击时，不同电池的电压变化情况，对于那些电池电压变化明显高于其他电池的电池，则认为其有较高的安全隐患，应立即停止使用。纵向比对时同一电池在不同次冲击时，电池电压变化情况的比对，当发现该电池在某次冲击中，电压变化有明显增大时，该电池可能已具有较高的安全隐患，应立即停止使用。

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)

1.一种锂离子电池在线安全预警方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)确定锂离子电池冲击条件；

(2)确定电池电压变化阈值；

(3)电池的在线安全预警。

2.如权利要求1所述的一种锂离子电池在线安全预警方法，其特征在于：所述步骤(1)中的条件确定过程为：

以若干同一类型和同一型号的电池为电池样本；

将所述电池样本与充放电检测仪连接进行充放电测试；

当电池容量衰减时，进行冲击试验。

3.如权利要求2所述的一种锂离子电池在线安全预警方法，其特征在于：所述充放电测试在25℃的环境中，以电流为1/3电池标准容量或以功率为1/3电池额定功率对电池样本进行测试。

4.如权利要求3所述的一种锂离子电池在线安全预警方法，其特征在于：所述电容容量衰减为5％、10％、15％、20％、25％和30％时，进行冲击试验。

5.如权利要求2-4任意一项所述的一种锂离子电池在线安全预警方法，其特征在于：所述冲击试验包括以下步骤：

将电池样本静置10秒；

以电流为1/3电池标准容量或以功率为1/3电池额定功率对所述电池样本进行充电或者放电30秒；

以电流为0.5-1.5电池标准容量或以功率为0.5-1.5电池额定功率对所述电池样本进行充电或者放电10秒；

将电池样本静置10秒。

6.如权利要求5所述的一种锂离子电池在线安全预警方法，其特征在于：记录所述电池样本在冲击试验中的电压变化；并根据电压的变化情况，确定适用于不同容量衰减率的电池的冲击条件。

7.如权利要求6所述的一种锂离子电池在线安全预警方法，其特征在于：所述电池样本的电压采样间隔不高于1秒。

8.如权利要求2所述的一种锂离子电池在线安全预警方法，其特征在于：所述步骤(2)的阈值包括：

对不同容量衰减率的电池样品进行冲击试验，确定安全隐患电池的电压变化值范围和

对同样容量衰减率的电池样品进行冲击试验，确定正常的电池电压变化范围。

9.如权利要求8所述的一种锂离子电池在线安全预警方法，其特征在于：所述电压变化范围通过统计所述电池样本在冲击试验下的电压变化情况确定。

10.如权利要求8或9所述的一种锂离子电池在线安全预警方法，其特征在于：所述步骤(3)中的预警通过电池监控系统实现；所述电池监控系统包括电池监测系统、数据存储系统和电池系统控制系统；所述电池监测系统采集测量电池运行过程中的电压、电流和温度参量；所述数据存储系统是将测量到的电池参量存储并进行数据分析；所属电池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。

对电池的电压变化做横向比对和纵向比对；所述横向比对是在同一次冲击时，不同容量衰减率的电池电压变化情况，对于电压变化高于平均变化电压1.5倍的电池，则认为其安全隐患，应立即停止使用；所述纵向比对时同一容量衰减率的电池在不同次冲击时，电池电压变化情况的比对，当发现电池在某次冲击中，电压变化高于前10次冲击时平均电压变化1.5倍时，则认为该电池具有较高的安全隐患，应立即停止使用。