CN110112504A - 一种预防锂离子电池热失控的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预防锂离子电池热失控的方法。本发明通过检测锂离子电池的工作参数，通过这些参数指标作为独立条件或者逻辑组合条件来判断锂离子电池是否将要发生热失控，进而采取一系列措施来预防锂离子电池触发热失控，保证电池及其系统的安全性。本发明方法适用于用汽车、储能装置、航空等存在锂离子电池的各个领域。

Description

一种预防锂离子电池热失控的方法
技术领域
本发明方法适用于用汽车、储能装置、航空等存在锂离子电池的各个领域。
背景技术
能源和环保是全球亟待解决的重大问题，随着中国工业化程度的不断提高，庞大的石油需求量会增大中国能源安全的压力。锂离子电池无论是作为储能装置，还是汽车等电动元件的动力源，是清洁无污染的。而且锂离子电池具有能量密度高、成本低廉、循环使用次数多等特性而被广泛应用于各个方面。
锂离子电池在工作过程当中，产生的热量如果不能及时散走，内部容易造成热量的积累，当热量累积到一定程度之后，电池内部SEI膜就会开始分解，进一步导致正负极短路，进而导致负极、正极、粘结剂与电解液进行反应，在反应的同时产生大量的热，使电池达到热失控的状态，进一步会导致电池燃烧爆炸等。对人的生命和财产安全都极具危险性。
当前通过研究热失控的特性以及热扩散抑制的方法来减小热失控带来的危害，但是都不能从本质上来解决问题，因为热失控最终还是发生了，带来了一定的损失。因此预防热失控触发就显得尤为重要。尤其是在新能源汽车行业显得尤为重要。因此发明一种预防锂离子电池热失控的方法具有重大的意义。
发明内容
针对目前存在的锂离子热失控安全性问题，发明了一种用于预防锂离子电池热失控的方法。一种用于预防锂离子电池热失控的方法，包括电池管理系统通过数据采集装置对锂离子电池的各个参数温度、温升速率、电压、内阻、电池容量进行检测进行检测，并进行数据采集，对得到的数据在处理器中进行处理分析，对当前电池是否将要触发热失控做出判断。若得出电池将要触发热失控，进而开启电池管理系统中的冷却装置对电池进行冷却。若出现紧急突发状况，直接进行预警并切断电源。
第一是检测电池的温度，当电池温度超过60℃时，即超过了电池的正常工作温度，电池开始进入高温工作状态，需要对电池进行冷却防止电池的温度继续升高。当电池的温度超过90℃时，判定电池内部的SEI膜开始高温分解，内部自产热开始，需要对电池的降温冷却，直至电池温度恢复到正常工作温度50℃以内。
第二是检测电池的温升速率，当温升速率超过10℃/min，判定电池内产热开始，需要对电池的降温冷却。
第三是检测电池电压，高温条件下，电池的负极电压升高，正极电压降低，整体电压降低，电池电压超过0.5V/s，判定电池内部出现分解反应，需要对电池的冷却。若电池电压发生突降低于放电截止电压，则电池可能已发生短路。需要马上切断电源，并进行预警。
第四是检测电池内阻，一是若电池的内阻变化大于80％，则判定电池将要触发热失控，需要对电池的冷却。
二是检测电池的交流阻抗，锂离子电池的交流阻抗主要包含两部分：实数部分Z’和虚数部分Z”。阻抗的实数部分和虚数部分整合成为了两个部分：即振幅Z，以及Z’和Z”之间的夹角j，夹角j与温度相关性很大，电池温度变50℃，夹角j变化可达到20℃，因此很好的提高了通过观测夹角j测量电池内部温度的变化，因此监测夹角j的变化可以监测锂离子电池内部温度变化。当夹角j变化4℃/min即当温升速率超过10℃/min，判定电池内部温升速率超过10℃/min，将要触发热失控，需要管理系统对电池进行冷却。
第五是检测电池的容量，在电池内部化学反应热开始之前，会发生一个高温容量衰减的过程，当容量发生衰减>30％时，则判定电池将要触发热失控，需要对电池的冷却。
以上条件作为独立条件或者逻辑组合条件，判定电池热失控的发生，可以实现电池热失控早期探索预警。
该发明方法通过检测电池的不同参数，以此来作为判断电池是否将要触发热失控，这样可以在电池触发热失控之前得到预判，从而采取一系列的安全冷却措施，抑制热失控的触发，在保证电池正常运行的同时，也保证了人身安全。对于锂离子电池的安全使用具有重大意义。
附图说明
图1是具体流程图。
图2是具体实施方式图。
图3是夹角j与温度相关性图。
图4是电池在高温条件下的容量衰减的曲线图。
具体实施方式
一种用于预防锂离子电池热失控的方法，包括电池管理系统通过数据采集装置对锂离子电池的各个参数温度、温升速率、电压、内阻、电池容量进行检测进行检测，并进行数据采集，对得到的数据在处理器中进行处理分析，对当前电池是否将要触发热失控做出判断。具体流程如附图1所示，其中检测的电池参数及判断标准如下：
第一是检测电池的温度，如附图2所示，当电池温度超过60℃时，即超过了电池的正常工作温度，判定电池开始进入高温工作状态，当电池的温度超过90℃时，判定电池内部的SEI膜开始高温分解，内部自产热开始。
第二是检测电池的温升速率，附图2所示，当温升速率超过10℃/min，判定电池内产热开始。
第三是检测电池电压，附图2所示，高温条件下，电池的负极电压升高，正极电压降低，整体电压降低，电池电压超过0.5V/s，判定电池内部出现分解反应。若电池电压发生突降低于电池的放电截止电压，则电池可能已发生短路。第四是检测电池内阻，一是若电池的内阻变化大于80％，则判定电池将要触发热失控。
二是检测电池的交流阻抗，锂离子电池的交流阻抗主要包含两部分：实数部分Z’和虚数部分Z”。阻抗的实数部分和虚数部分整合成为了两个部分：即振幅Z，以及Z’和Z”之间的夹角j，夹角j与温度相关性很大。如附图3所示，当夹角j变化超过4℃/min即当温升速率超过10℃/min时，判定电池温升速率超过10℃/min，将要触发热失控，需要管理系统对电池进行冷却。
第五是检测电池的容量，电池在高温条件下的容量衰减的曲线如图4所示，
在电池内部化学反应热开始之前，会发生一个高温容量衰减的过程，当容量发生衰减>30％时，则判定电池将要触发热失控。
基于以上判断标准，若得出电池将要触发热失控，进而开启电池管理系统中的冷却装置对电池进行冷却。若出现紧急突发状况，直接进行预警并切断电源。
以上条件作为独立条件或者逻辑组合条件，判定电池热失控的发生，可以实现电池热失控早期探索预警。
该发明方法通过检测电池的不同参数，以此来作为判断电池是否将要触发热失控，这样可以在电池触发热失控之前得到预判，从而采取一系列的安全冷却措施，抑制热失控的触发，在保证电池正常运行的同时，也保证了人身安全问题。对于锂离子电池的安全使用具有重大意义。

Claims (8)

1.一种用于预防锂离子电池热失控的方法，其特征在于：包括电池管理系统通过数据采集装置对锂离子电池的参数包括温度、温升速率、电压、内阻、电池容量之一或者多个进行检测，并进行数据采集，对得到的数据在处理器中进行处理分析，对当前电池是否将要触发热失控做出判断；若判断得出电池将要触发热失控，进而开启电池管理系统中的冷却装置对电池进行冷却；若出现紧急突发状况，直接进行预警并切断电源。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：电池检测参数之一为电池的温度，判断标准为：一当电池温度超过60℃时，电池开始进入高温工作状态，此时判定为电池工作温度偏高异常，需要对电池进行冷却防止电池的温度继续升高,直至电池温度恢复到正常工作温度50℃以内；
二当电池的温度超过90℃时，此时判定电池内部的SEI膜开始高温分解，内部产生分解反应即自产热开始，此时电池内部会产生热积累，将要触发热失控需要对电池的降温冷却，直至电池温度恢复到正常工作温度50℃以内；若电池温度继续升高，则进行预警，并切断电源，并进行冷却预防热失控触发。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：电池检测参数之一为电池的温升速率，判断标准为：当温升速率超过10℃/min，判定电池内产热开始，需要对电池的降温冷却；直至电池温度恢复到正常工作温度50℃以内。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：，电池检测的温度和温升速率这两个参数作为组合参数判断条件提高系统的精确性，判断标准为：当温升速率超过10℃/min，判定电池内产热开始，当电池温度超过90℃，需要对电池的降温冷却，直至电池温度恢复到正常工作温度50℃以内。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：电池检测参数为之一为电池电压，判断依据为：电池的负极电压升高，正极电压降低，整体电压降低，电池电压下降超过0.5V/s，判定电池内部出现分解反应，需要对电池的冷却；若电池电压发生突降至低于放电截止电压，则电池可能已发生短路；需要马上切断电源，并进行预警。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：电池检测参数为之一为电池内阻，判断标准为：若电池的内阻变化大于80％，则判定电池将要触发热失控，需要对电池的冷却；
二是检测电池的交流阻抗，锂离子电池的交流阻抗主要包含两部分：实数部分Z’和虚数部分Z”；阻抗的实数部分和虚数部分整合成为了两个部分：即振幅Z，以及Z’和Z”之间的夹角j，当夹角j变化超过4℃/min判定电池内部温升速率超过10/min，将要触发热失控，需要热管理系统对电池进行冷却。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：当电池的容量SOC发生衰减>30％时，则判定电池将要触发热失控，需要对电池的冷却。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：电池的温度和电压、内阻和容量这4个参数作为组合判断条件提高系统的精确性，判断标准为：电池电压下降加快超过0.5V/s、电池的内阻变化大于80％、当SOC发生衰减>30％时，判定电池内部出现分解反应，即为电池温度超过90℃，电池内部自产热开始，需要对电池的降温冷却，直至电池温度恢复到正常工作温度50℃以内；若电池电压发生突降低于放电截止电压，则电池可能已发生短路,需要马上切断电源，并进行预警。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190809

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