CN107611513B - 一种用于监测电动汽车锂离子电池热失控的方法 - Google Patents

一种用于监测电动汽车锂离子电池热失控的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于监测电动汽车锂离子电池热失控的方法，通过监测锂离子电池热失控发生时电压的变化速率参数，当锂离子电池在发生热失控时，电池电压会发生突降并在低电压下维持40s～60s时间，然后又逐渐升高至初始电压。以电池电压变化速率参数为监测对象，可判定电池发生热失控，此为判定方法之一。通过监测电池温升速率的变化参数，当电池温升速率大于等于10℃/min时，也可判断电池发生热失控，此为判定方法之二。利用电池管理系统（BMS）中对电池电压变化参数、电池温升速率参数的监测、分析、判断，以上述两种方法为独立条件或逻辑组合条件作为电池热失控判定的技术依据，可在电池即将发生热失控时提前发出预警信号。大大提高了判定电池热失控的时间，为人员逃生及时采取措施阻止电池热失控的发生、传播和扩展提供了充裕的处置时间。

Description

一种用于监测电动汽车锂离子电池热失控的方法
技术领域
本发明涉及一种电池热失控的监测预警方法，特别是涉及一种用于监测电动汽车锂离子电池热失控的方法。
背景技术
随着我国新能源产业政策的催化和环境保护现状的要求，电动汽车作为新的环保型交通工具正在被积极推广和使用，以替代原有传统能源汽车。动力电池是电动汽车的重要动力来源，动力电池的安全性是电动汽车发展过程中首先要考虑和解决的问题。锂离子电池因其具有比能量高、工作电压高、自放电率低、循环寿命长及环境污染小的特点，是目前最具实用价值的电动汽车用动力电池。然而，以热失控为特征的锂离子电池系统的安全性事故时有发生，困扰着电动汽车的推广和应用。锂离子电池特性决定了锂电池自燃、爆炸等情况，尤其是有些小电池生产企业电池质量更无法保证，给电池本身、车辆及人员均造成安全隐患。按照国家标准GB7258-2014《机动车运行安全技术条件》中12.10.4条的规定：“车长大于等于6米的纯电动客车、插电式混合动力客车，应能监测动力电池工作状态并在发现异常情形时报警，且报警后5分钟内电池箱外部不能起火爆炸。”按照该规定，电池箱内应设置锂离子电池热失控监测预警装置，在锂离子电池发生热失控时能够及时可靠发出报警信号，以便司乘人员能够及时逃生或采取适当措施阻止热失控的发生。
由于锂电池箱中锂离子电池存在热失控的潜在危险，国家相关标准中要求电动客车车载锂离子电池箱能够监测电池热失控的异常状况并发出报警信号。各生产企业都在积极研发锂离子电池热失控的监测预警装置。
当前研发的锂离子电池热失控监测预警装置预警参数主要有：温度、温升速率、气体浓度、烟气颗粒、火焰等。通过探测采集上述条件中的一种或多种参数，进行逻辑组合、分析、判断，判定电池发生热失控并发出预警。这些条件中的气体浓度、烟气颗粒、火焰等均是在电池已发生热失控，电池安全阀开启、释放电解液气体、发生火灾条件下探测采集的，表明电池已然发生了热失控现象，属于热失控后的探测预警方法。部分电池管理系统（BMS）虽然对电池箱内单体电池电压进行了监测，但其监测的均为电池瞬态电压值，未对电池电压变化速率进行监视和分析，未提供电压变化与电池热失控的关系。
试验证明，锂离子电池一旦发生热失控，电池温度会急剧升高，温度会在短时间内由几十度突升至几百度，并会引起相邻电池发生热失控，形成热失控的扩展，造成更严重的灾害，给阻断电池热失控及热失控扩展带来较大的难度。因此，极早探测、准确判断电池热失控的发生，对早期报警，采取适当措施阻止热失控发生、传播和扩展，保证人员逃生和公共财产安全具有极其重要的意义。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于监测电动汽车锂离子电池热失控的方法，该方法为电池热失控的早期探测预警方法。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种用于监测电动汽车锂离子电池热失控的方法，包括电动汽车锂离子电池管理系统即BMS系统，电池管理系统对电池箱内的每个电芯的电压和温度进行监测，其特征在于：还包括数据采集、分析、处理设备，数据采集、分析、处理设备与电池管理系统进行通信，步骤如下：
数据采集、分析、处理设备采集电池管理系统的电芯电压和温升速率数据，并对采集的数据进行分析、处理；
a.数据采集、分析、处理设备以电池电压变化速率参数为监测对象，当电池电压发生突降并在低电压下维持40s～60s，然后又逐渐升高至初始电压，判定电池发生热失控，同时，数据采集、分析、处理设备发出报警信号；
b.数据采集、分析、处理设备以电池温升速率的变化参数为监测对象，当电池温升速率大于等于10℃/min时，判定电池发生热失控，同时，数据采集、分析、处理设备发出报警信号；
以上述两种方法作为独立条件或逻辑组合条件，判定电池热失控的发生，可实现电池热失控的早期探测预警。
本发明的有益效果是，本发明利用电池管理系统（BMS）中对电池电压变化速率参数、电池温升速率参数进行监测、分析、判断，以电池电压变化速率参数或电池温升速率参数作为电池热失控判定的技术依据，可在电池即将发生热失控时提前发出预警信号，大大提高了判定电池热失控的时间，为人员逃生及时采取措施阻止电池热失控的发生、传播和扩展，提供了充裕的处置时间。
附图说明
图1是本发明电池热失控判定方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于监测电动汽车锂离子电池热失控的方法，包括电动汽车锂离子电池管理系统即BMS系统，电池管理系统对电池箱内的每个电芯的电压和温度进行监测，还包括设置在电动汽车内的数据采集、分析、处理设备，数据采集、分析、处理设备与电池管理系统进行通信，步骤如下：判定方法之一，以电池电压变化速率参数为监测对象，通过监测锂离子电池热失控发生时电压的变化速率参数，当锂离子电池在发生热失控时，电池电压会发生突降并在低电压下维持40s～60s时间，然后又逐渐升高至初始电压，可判定电池发生热失控，同时，数据采集、分析、处理设备发出报警信号。
判定方法之二，以电池温升速率的变化参数为监测对象，通过监测电池温升速率的变化参数，当电池温升速率大于等于10℃/min时，也可判断电池发生热失控，同时，数据采集、分析、处理设备发出报警信号。
利用电池管理系统（BMS）中对电池电压变化参数、电池温升速率参数的监测、分析、判断，以上述两种方法为独立条件或逻辑组合条件作为电池热失控判定的技术依据，可在电池即将发生热失控时提前发出预警信号，大大提高了判定电池热失控的时间。
电池电压的变化趋势及参数可通过电池管理系统（BMS）提供，对其进行分析判断。
电池温升速率的变化参数，可通过电池管理系统（BMS）提供，对其进行分析判断。
实施例，以三元电池为例，通过试验监测电池热失控时电压变化情况，起始状况下，单体电池电压为3.6V，当电池即将发生热失控时，电池电压由3.6V突降至1.9V，在1.9V的电压下维持时间约为50秒，之后电压又逐渐升高至初始电压3.6V，可判定电池发生热失控，同时，数据采集、分析、处理设备发出报警信号。
以电池电压突降时开始计时，8分钟后电池才出现热失控现象，比传统探测装置判断电池热失控技术提早很多。
监测电池温升速率，当电池温升速率大于等于10℃/min时，判定电池已发生热失控，也可判定电池发生热失控，同时，数据采集、分析、处理设备发出报警信号。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种用于监测电动汽车锂离子电池热失控的方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (1)

1.一种用于监测电动汽车锂离子电池热失控的方法，包括电动汽车锂离子电池管理系统即BMS系统，数据采集、分析、处理设备，数据采集、分析、处理设备与电池管理系统进行通信，电池管理系统对电池箱内的每个电芯的电压和温度进行监测，其特征在于，步骤如下：
数据采集、分析、处理设备以电池电压变化速率参数为监测对象，当电池电压发生突降并在低电压下维持40s～60s，然后又逐渐升高至初始电压，判定电池发生热失控，同时，数据采集、分析、处理设备发出报警信号，实现电池热失控的早期探测预警。
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