CN108332860A - 基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于锂离子电池组热失控的预测预警自动报警器及其自动报警方法，特别是一种基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测方法，对仓库储存、充电过程中的热失控进行温度报警，通过在线式红外热成像仪对锂离子电池组进行在线监测并及时预警。包括监测装置部分、控制部分、报警装置部分和辅助装置部分；监测装置部分采用红外热成像仪；辅助装置包括继电器；控制部分包括计算机和计算机显示器，计算机显示器与计算机相连，在计算机内设有程序模块；监测装置部分、报警装置部分和辅助装置部分分别通过USB接口与控制部分相连。本发明具有实时在线监测、响应时间迅速、操作简单等优点。

Description

基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测方法

技术领域

本发明涉及一种基于锂离子电池组热失控的预测预警自动报警器及其自动报警方法，特别是一种基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测方法，对仓库储存、充电过程中的热失控进行温度报警，通过在线式红外热成像仪对锂离子电池组进行在线监测并及时预警。

背景技术

锂离子电池具有比能量高，寿命长，比功率大和成本低等特点，被广泛应用于手机、笔记本电脑等小型电子产品，并在电动汽车、混合动力汽车等新能源交通工具上展现出了广泛的前景。近年锂离子电池在充放电过程中以及储存运输过程中发生燃烧爆炸事故，导致人员伤亡经济损失的例子屡见不鲜。2016年5月31日江苏省启东市一家锂离子电池公司仓库发生火灾爆炸事故。三星Galaxy Note7由于电池的安全问题，导致手机发生火灾爆炸事故，此系列手机召回。锂离子电池的安全性问题再次成为焦点。因此，对锂离子电池进行温度监测及预警，预防锂离子电池的热失控具有重要意义。

随着电池技术的不断发展，大容量，高密度电池出现以及快速充电技术的发展，人们在使用锂离子电池时往往存在过充放、快速充放电、短路、机械滥用条件和高温热冲击等情况的不安全行为。这些不安全行为极其容易触发电池内部的危险性副反应而产生热量，引发热失控，导致火灾爆炸事故的发生。

发明内容

本发明目的是针对上述不足之处提供一种基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测方法，是一种基于红外热成像的实时在线监测锂离子电池组热失控的预测预警自动报警器及其自动报警方法，对锂离子电池组进行实时在线监测预警，可以为锂离子电池在使用、储存过程中提供更为安全的环境。在锂离子电池组发生热失控之前，采取有效措施，避免造成人员伤亡、财产损失。有助于为锂离子电池的进一步发展提供重要的价值和社会意义。

本发明是采取以下技术方案实现的：

基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测器包括监测装置部分、控制部分、报警装置部分和辅助装置部分；监测装置部分采用红外热成像仪；辅助装置包括继电器；控制部分包括计算机和计算机显示器，计算机显示器与计算机相连，在计算机内设有程序模块；监测装置部分、报警装置部分和辅助装置部分分别通过USB接口与控制部分相连。

所述报警装置部分由蓝色LED指示灯、红色LED报警灯及蜂鸣器组成。

所述的红外热像仪至少设置有2个，2个红外热像仪分别位于被监测电池组体对角线的中垂线上，距离体对角线70mm，与被测电池组体对角线顶点所在侧面之间的夹角为30°。

所述控制部分实时在线显示电池组每个面的红外热成像图像，并分析其最高温度及所在的位置。

本发明工作时，将被监测电池组放置为长方体，并将其架空，监测装置部分实时在线监测、采集被监测电池组温度信息和红外图像，并将采集到的温度信息和红外图像反馈给控制装置，控制装置显示温度信息和红外图像，同时发送控制信号给报警装置部分和辅助装置部分。

基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测方法，包括如下步骤：

1）装设监测装置部分；

将监测装置部分的红外热成像仪的可视角度设为80°，至少设置有二个红外热成像仪，工作时每个红外热像仪覆盖被监测电池组的3个面；要使被监测电池组被全部覆盖，只需保证电池组的体对角线被覆盖即可；

2）将被监测电池组用支架架空，架空高度为100mm-150mm；

3）红外热像仪获取电池组红外图像后，将图像实时反馈到计算机，并由计算机进行分析，得到图像中的最高温度及其所在的位置，将分析结果及原始图像传送到计算机显示器上进行显示，同时将最高温度与报警温度进行比对，由计算机发送指令到报警装置。

步骤3）中最高温度与报警温度进行比对的方法，包括如下步骤：

3-1）当红外热像仪获取的最高温度小于60℃时，被监测电池为正常工作状态，计算机对报警装置部分发出指令，此时报警装置部分的蓝色LED指示灯亮起；

3-2）当红外热像仪获取的最高温度大于等于60℃且小于80℃时，被监测电池组达到一级预警状态，计算机对报警装置部分发出指令，此时报警装置部分的蓝色LED指示灯熄灭，红色LED报警灯亮起，提醒工作人员被监测电池组已经进入一级热失控状态，应对被监测电池组进行处理，以防止热失控状态加剧而发生火灾爆炸事故；

3-3）当红外热像仪获取的最高温度大于80℃时，被监测电池组达到二级预警状态，计算机对报警装置部分发出指令，此时报警装置部分的红色LED报警灯亮起，蜂鸣器工作，发出持续的声音；同时计算机对辅助装置部分发出指令，切断被监测电池组的工作电路，并启用备用电池组电路，提醒工作人员对被监测电池组所在的装置及时进行保存数据及正常关闭工作，并对热失控的被监测电池组进行处理。

本发明基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测方法作为针对锂离子电池组在充放电过程中的热失控预警装置及预测预警自动报警方法，具有操作简单、实时监测、延迟低等优点，可对电池组的热失控进行预警和自动切断。对锂离子电池在充放电过程中进行实时在线监测，对锂离子电池组的热失控进行提前预警和自动切断，防止锂离子电池组在充电过程中发生热失控，导致锂离子电池发生火灾爆炸，造成人员伤亡和财产损失，为人员和设备提供一个更加安全的环境。极大保证了锂离子电池组在充放电过程中的可靠性和安全性，减少了锂离子电池组因热失控而发生火灾爆炸事故的可能性。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测器的使用状态示意图；

图2是基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测器结构及其监测状态示意图。

图中：1、被监测电池组，2、红外热成像仪I，3、红外热成像仪II，4、备用电池组，5、辅助装置部分，6、计算机，7、机器设备，8、报警装置部分。

具体实施方式

参照附图1、2，基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测器包括监测装置部分、控制部分、报警装置部分8和辅助装置部分5；监测装置部分采用红外热成像仪；辅助装置部分5包括继电器；控制部分包括计算机6和计算机显示器，计算机显示器与计算机6相连，在计算机内设有程序模块；监测装置部分、报警装置部分8和辅助装置部分5分别通过USB接口与控制部分相连。

所述报警装置部分8由蓝色LED指示灯、红色LED报警灯及蜂鸣器组成。

所述的红外热像仪至少设置有2个，2个红外热像仪分别位于被监测电池组体对角线的中垂线上，距离体对角线70mm，与被监测电池组1的c面夹角为30°。

所述控制部分实时在线显示电池组每个面的红外热成像图像，并分析其最高温度及所在的位置。

基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测器工作时，由红外热像仪拍摄被监测电池组的红外图像，并将图像通过USB接口传输至计算机6，由计算机6进行分析和判断，根据设定的温度阈值，驱动报警器的蓝色LED指示灯、红色LED报警灯及蜂鸣器动作，并将红外图像及温度数据传输至计算机显示器上。红外热像仪在室温范围内提供的标准精度为±2℃，通过计算机6计算得出电池组表面的最高温度及其所在的位置。

1）装设监测装置部分；

将监测装置部分的红外热成像仪的可视角度设为80°，至少设置有二个红外热成像仪，工作时每个红外热像仪覆盖被监测电池组1的3个面；要使被监测电池组1被全部覆盖，只需保证电池组1的体对角线被覆盖即可；

以3个18650型锂离子电池组成的电池组1为例，其体对角线长度为86.4mm，红外热像仪可视角度为80°。经计算，红外热像仪与电池组体对角线的最小距离为51.5mm，取70mm，位于电池组体对角线的中垂线上，与C面夹角为30°。电池组1的两侧各布置一个红外热像仪，红外热像仪I 2用于监控电池组1的a、b、c面，红外热像仪II 3用于监控电池组1的d、e、f面。

2）将被监测电池组用支架架空，架空高度为100mm-150mm；

3）红外热像仪获取被监测电池组1红外图像后，将图像实时反馈到计算机6，并由计算机软件模块进行分析，得到图像中的最高温度及其所在的位置，将分析结果及原始图像传送到计算机显示器上进行显示，同时将最高温度与报警温度进行比对，由计算机6发送指令到报警装置部分8。

步骤3）中最高温度与报警温度进行比对的方法，包括如下步骤：

3-1）当红外热像仪获取的最高温度小于60℃时，被监测电池为正常工作状态，计算机6对报警装置部分8发出指令，此时报警装置部分8的蓝色LED指示灯亮起；

3-2）当红外热像仪获取的最高温度大于等于60℃且小于80℃时，被监测电池组1达到一级预警状态，计算机6对报警装置部分8发出指令，此时报警装置部分8的蓝色LED指示灯熄灭，红色LED报警灯亮起，提醒工作人员被监测电池组1已经进入一级热失控状态，应对被监测电池组1进行处理，以防止热失控状态加剧而发生火灾爆炸事故；

3-3）当红外热像仪获取的最高温度大于80℃时，被监测电池组1达到二级预警状态，计算机6对报警装置部分8发出指令，此时报警装置部分8的红色LED报警灯亮起，蜂鸣器工作，发出持续的声音；同时计算机6对辅助装置部分5发出指令，切断被监测电池组1的工作电路，并启用备用电池组4的电路，提醒工作人员对被监测电池组1所在的装置及时进行保存数据及正常关闭工作，并对热失控的被监测电池组1进行处理。

本发明基于红外热成像仪的锂离子电池组热失控自动报警器针对18650型锂离子电池组在充放电过程中的热失控进行监控及预警，可安装于锂离子电池的充电、放电及储存等场所，为不同场所下的锂离子电池组提供实时温度参数，通过对电池组各个面的温度参数进行分析，在表面温度达到一定阈值时及时进行预警和切断，以便工作人员采取有效措施，防止热失控加剧而产生燃烧爆炸事故。

实施例1：

使用时，将两个红外热成像仪分别安装于锂离子电池组体对角线的中垂线上，距离被监测电池组体对角线70mm热像仪法线方向与电池组1的C面夹角为30°，体对角线两侧各设置一个红外热成像仪。

现假设某18650型锂离子电池组在红外热像仪监测范围内进行放电反应，当期温度发生异常，预警方法包括以下步骤：

1）红外热像仪获取电池组红外图像后，将图像实时反馈到计算机6，并由计算机软件模块进行分析，得到图像中的最高温度及其所在的位置，将分析结果及原始图像显示在计算机显示器上，同时将最高温度与报警温度进行比对，由计算机6发送指令到报警装置部分8。

2）若红外热像仪获取的最高温度小于60℃时，被监测电池为正常工作状态，计算机6对报警装置部分8发出指令，此时报警装置部分8的蓝色LED指示灯亮起。

3）若红外热像仪获取的最高温度大于等于60℃且小于80℃时，被监测电池组1达到一级预警状态，计算机6对报警装置部分8发出指令，此时报警装置部分8的蓝色LED指示灯熄灭，红色LED报警灯亮起，提醒工作人员电池组1已经进入一级热失控状态，应对电池组1进行处理，以防止热失控状态加剧而发生火灾爆炸事故。

4）若红外热像仪获取的最高温度大于80℃时，被监测电池组1达到二级预警状态。计算机对报警装置部分8发出指令，此时报警装置部分8的红色LED报警灯亮起，蜂鸣器工作，发出持续的声音。同时计算机6对辅助装置部分5发出指令，切断电池组1的工作电路，并启用备用电池组4的电路，提醒工作人员对电池组1所在的装置及时进行保存数据及正常关闭工作，并对热失控的电池组1进行处理。

在本发明实例中，红外热像仪选用SENSYSTEM公司生产的PI200在线式红外热像仪，蜂鸣器采用市售的蜂鸣器；蓝色LED指示灯和红色LED报警灯均采用市售的LED灯。

本发明作为针对锂离子电池在充放电过程中的热失控报警装置，其具有实时在线监测、响应时间迅速、操作简单等优点。本发明主要用于锂离子电池组的充放电过程中，对锂离子电池在充放电过程中进行实时在线监测，防止锂离子电池组在充电过程中发生热失控，导致锂离子电池发生火灾爆炸，造成人员伤亡和财产损失。因此，本发明利用在线式红外热像仪对锂离子电池组进行实时在线监测，从而为锂离子电池在充放电过程中提供较高的安全性。

Claims (6)

1.一种基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测器，其特征在于：包括监测装置部分、控制部分、报警装置部分和辅助装置部分；监测装置部分采用红外热成像仪；辅助装置包括继电器；控制部分包括计算机和计算机显示器，计算机显示器与计算机相连，在计算机内设有程序模块；监测装置部分、报警装置部分和辅助装置部分分别通过USB接口与控制部分相连。

2.根据权利要求1所述的基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测器，其特征在于：所述报警装置部分由蓝色LED指示灯、红色LED报警灯及蜂鸣器组成。

3.根据权利要求1所述的基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测器，其特征在于：所述的红外热像仪至少设置有2个，2个红外热像仪分别位于被监测电池组体对角线的中垂线上，距离体对角线70mm，与被测电池组体对角线顶点所在侧面之间的夹角为30°。

4.根据权利要求1所述的基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测器，其特征在于：所述控制部分实时在线显示电池组每个面的红外热成像图像，并分析其最高温度及所在的位置。

5.权利要求1所述的基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）装设监测装置部分；

将监测装置部分的红外热成像仪的可视角度设为80°，至少设置有二个红外热成像仪，工作时每个红外热像仪覆盖被监测电池组的3个面；要使被监测电池组被全部覆盖，只需保证电池组的体对角线被覆盖即可；

2）将被监测电池组用支架架空，架空高度为100mm-150mm；

3）红外热像仪获取电池组红外图像后，将图像实时反馈到计算机，并由计算机进行分析，得到图像中的最高温度及其所在的位置，将分析结果及原始图像传送到计算机显示器上进行显示，同时将最高温度与报警温度进行比对，由计算机发送指令到报警装置。

6.根据权利要求5所述的基于红外热成像技术的锂离子电池组热失控自动监测方法，其特征在于，步骤3）中最高温度与报警温度进行比对的方法，包括如下步骤：

3-1）当红外热像仪获取的最高温度小于60℃时，被监测电池为正常工作状态，计算机对报警装置部分发出指令，此时报警装置部分的蓝色LED指示灯亮起；

3-2）当红外热像仪获取的最高温度大于等于60℃且小于80℃时，被监测电池组达到一级预警状态，计算机对报警装置部分发出指令，此时报警装置部分的蓝色LED指示灯熄灭，红色LED报警灯亮起，提醒工作人员被监测电池组已经进入一级热失控状态，应对被监测电池组进行处理，以防止热失控状态加剧而发生火灾爆炸事故；

3-3）当红外热像仪获取的最高温度大于80℃时，被监测电池组达到二级预警状态，计算机对报警装置部分发出指令，此时报警装置部分的红色LED报警灯亮起，蜂鸣器工作，发出持续的声音；同时计算机对辅助装置部分发出指令，切断被监测电池组的工作电路，并启用备用电池组电路，提醒工作人员对被监测电池组所在的装置及时进行保存数据及正常关闭工作，并对热失控的被监测电池组进行处理。