CN113125074B - 一种适用于锂离子电池的漏液故障诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于锂离子电池的漏液故障诊断方法，初始化诊断启动阈值Tg、VOC气体浓度阈值Tv、PF5气体浓度阈值Tp、时间间隔△t和采样频率f；实时监测VOC气体浓度值cv和PF5气体浓度值cp，当连续几点VOC气体浓度值cv均大于诊断启动阈值Tg时，计算时间间隔△t内VOC气体的总浓度值Cv和PF5气体的总浓度值Cp；依据VOC气体总浓度值Cv和VOC气体浓度阈值Tv的关系与PF5气体总浓度值Cp和PF5气体浓度阈值Tp的关系，判断锂离子电池是否发生漏液故障。本发明具有原理简单，便于实现，易于推广的特点，能够可靠地诊断锂离子电池的漏液故障，为漏液故障的防护和进一步干预提供良好基础，能够有效地避免因漏液故障导致的锂离子电池安全事故。

Description

一种适用于锂离子电池的漏液故障诊断方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池安全技术领域，尤其涉及一种适用于锂离子电池的漏液故障诊断方法。
背景技术
随着锂离子电池的不断推广和应用，锂离子电池的安全问题凸显出来。漏液故障属于锂离子电池众多故障中的一种故障。对于外部封装不合格的锂离子电池，受到频繁磕碰后，容易出现漏液故障。漏液故障具有极强的隐蔽性，体现在当锂离子电池发生漏液故障时，电池的电压、电流和温度信号不能表现出明显的变化，致使传统故障诊断方法无法可靠地对漏液故障进行诊断。因此，设计出适用于锂离子电池漏液故障的诊断方法尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于锂离子电池的漏液故障诊断方法，能够可靠地诊断锂离子电池的漏液故障，为漏液故障的防护和进一步干预提供良好基础，能够有效地避免因漏液故障导致的锂离子电池安全事故。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
本发明提供了一种适用于锂离子电池的漏液故障诊断方法，包括：
初始化诊断启动阈值Tg、VOC气体浓度阈值Tv、PF5气体浓度阈值Tp、时间间隔△t和采样频率f；
实时监测VOC气体浓度值cv和PF5气体浓度值cp，当连续几点VOC气体浓度值cv均大于诊断启动阈值Tg时，计算时间间隔△t内VOC气体的总浓度值Cv和PF5气体的总浓度值Cp；
依据VOC气体总浓度值Cv和VOC气体浓度阈值Tv的关系与PF5气体总浓度值Cp和PF5气体浓度阈值Tp的关系，判断锂离子电池是否发生漏液故障。
进一步地，当连续几点VOC气体浓度值cv均大于诊断启动阈值Tg的公式如下：
[cv1，cv2，cv3]>Tg
式中，cv1、cv2和cv3表示连续3点的VOC气体浓度值。
进一步地，计算时间间隔△t内VOC气体的总浓度值Cv和PF5气体的总浓度值Cp的公式如下：
Figure GDA0003498002660000011
Figure GDA0003498002660000012
式中，n表示时间间隔△t内浓度值的总采样点数；k代表浓度值的采样序号；cvk和cpk分别表示VOC气体和PF5气体的第k个浓度值；其中，n与△t的关系表示为：
n＝△t×f
式中，f是气体信号的采样频率。
进一步地，依据VOC气体总浓度值Cv和VOC气体浓度阈值Tv的关系与PF5气体总浓度值Cp和PF5气体浓度阈值Tp的关系，判断锂离子电池是否发生漏液故障的方法如下：
若满足(Cv>Tv)&(Cp>Tp)，则判定锂离子电池发生漏液故障，并发出故障信号，否则判定为未发生漏液故障。
进一步地，利用VOC气体传感器实时监测VOC气体浓度值cv。
进一步地，利用PF5气体传感器实时监测PF5气体浓度值cp。
本发明的有益效果如下：
具有原理简单，便于实现，易于推广的特点，能够可靠地诊断锂离子电池的漏液故障，为漏液故障的防护和进一步干预提供良好基础，能够有效地避免因漏液故障导致的锂离子电池安全事故。
附图说明
图1为根据本发明实施例提供的锂离子电池漏液故障诊断方法的系统图；
图2为根据本发明实施例提供的电解液和培养器皿布置图；
图3为根据本发明实施例提供的锂离子电池漏液故障诊断方法的流程框图；
图4为根据本发明实施例提供的VOC气体浓度值和PF5气体浓度值的变化趋势图。
具体实施方式
图1示出本发明所提供的用于执行上述锂离子电池漏液故障诊断方法的系统图，包括上位机、VOC气体传感器，PF5气体传感器，锂离子电池、实际运行负载以及CAN总线。
本实施例中，锂离子电池电解液泄露在空气中模拟锂离子电池的漏液故障。本实施例中，锂离子电池的电解液均由电池制造商提供，4种电解液的组成成分分别是：①LiPF6|EC|DMC、②LiPF6|EC|DMC|EMC、③LiPF6|EC|DEC|EMC、④LiPF6|EC|DMC|DEC|EMC，其中“|”用于间隔电解液中不同的成分。本实施例中，将采用本发明方法将依次对上述4种电解液引起的漏液故障进行诊断。
准备阶段，将电解液倒入培养器皿中，培养器皿上盖通过胶布与麻绳连接，将盛有电解液的培养器皿放入密封的手套箱中，麻绳连到手套箱外部，气体传感器布置于手套箱内表面。图2示出4种电解液和培养器皿的布置方式。随后，通过麻绳打开培养器皿上盖，使电解液泄漏出来，触发漏液故障。实际上，漏液故障发生时，泄露的电解液质量很低，因而本实例中将培养器皿中电解液的质量控制在5g。
本发明的锂离子电池漏液故障诊断方法的流程框图如图3所示，包括以下步骤：
第1步，首先对诊断启动阈值Tg、VOC气体浓度阈值Tv、PF5气体浓度阈值Tp、时间间隔△t和采样频率f进行初始化，本实施例中诊断启动阈值Tg取为0ppm，VOC气体浓度阈值Tv取为100ppm，PF5气体浓度阈值Tp取为50ppm、△t取为30s和采样频率f取为1Hz。
第2步，VOC气体传感器实时监测VOC气体浓度值cv，PF5气体传感器实时监测PF5气体浓度值cp，假定0s时发生漏液故障，故障持续时间600s，图4示出4种电解液泄露后VOC气体浓度值cv和PF5气体浓度值cp的变化趋势。由图4可见，4种电解液泄露后，VOC气体比PF5气体率先析出，析出时间基本在20s左右，进一步地，VOC析出后的3s，漏液故障诊断方法可靠进入处理逻辑，说明VOC气体浓度值cv满足了连续3点均大于阈值Tg＝0ppm的条件，即满足式[cv1，cv2，cv3]>Tg，式中：cv1、cv2和cv3表示连续3点的VOC气体浓度值。
第3步，漏液故障诊断方法处理逻辑开始后，计算时间间隔△t＝30s内VOC气体的总浓度值Cv和PF5气体的总浓度值Cp。本实施例中，f＝1Hz，由式n＝△t×f可知，n＝30，进而，根据式
Figure GDA0003498002660000031
和式
Figure GDA0003498002660000032
计算VOC气体的总浓度值Cv和PF5气体的总浓度值Cp。4种电解液泄露情况下，Cv分别为：①367ppm、②707ppm、③539ppm和④810ppm，Cp分别为：①199ppm、②131ppm、③227ppm和④345ppm。
第4步，比较4种电解液泄露后VOC气体总浓度值Cv和相应阈值Tv的关系与PF5气体总浓度值Cp和相应阈值Tp的关系。例如，对于①种电解液泄露的情况，Cv为367ppm，大于阈值Tv＝100ppm，同时Cp为199ppm，大于阈值Tp＝50ppm，因而判据式(Cv>Tv)&(Cp>Tp)得到满足，可靠判定为锂离子电池发生漏液故障，随即发出故障信号。类似地，对于②、③和④种电解液泄露的情况，Cv和Tv的关系与Cp和Tp的关系均满足判据式(Cv>Tv)&(Cp>Tp)，因而同样能够准确判定为锂离子电池发生漏液故障，发出故障信号。由图4还可见，本实施例中的漏液故障均能在60s内被可靠诊断。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种适用于锂离子电池的漏液故障诊断方法，其特征在于，包括：
初始化诊断启动阈值Tg、VOC气体浓度阈值Tv、PF5气体浓度阈值Tp、时间间隔△t和采样频率f；实时监测VOC气体浓度值cv和PF5气体浓度值cp，当连续几点VOC气体浓度值cv均大于诊断启动阈值Tg时，计算时间间隔△t内VOC气体的总浓度值Cv和PF5气体的总浓度值Cp；
依据VOC气体总浓度值Cv和VOC气体浓度阈值Tv的关系与PF5气体总浓度值Cp和PF5气体浓度阈值Tp的关系，判断锂离子电池是否发生漏液故障：
若满足(Cv>Tv)&(Cp>Tp)，则判定锂离子电池发生漏液故障，并发出故障信号，否则判定为未发生漏液故障；
计算时间间隔△t内VOC气体的总浓度值Cv和PF5气体的总浓度值Cp的公式如下：
Figure FDA0003460839240000011
Figure FDA0003460839240000012
式中，n表示时间间隔△t内浓度值的总采样点数；k代表浓度值的采样序号；cvk和cpk分别表示VOC气体和PF5气体的第k个浓度值；其中，n与△t的关系表示为：
n＝△t×f
式中，f是气体信号的采样频率。
2.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的漏液故障诊断方法，其特征在于，当连续几点VOC气体浓度值cv均大于诊断启动阈值Tg的公式如下：
[cv1，cv2，cv3]>Tg
式中，cv1、cv2和cv3表示连续3点的VOC气体浓度值。
3.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的漏液故障诊断方法，其特征在于，利用VOC气体传感器实时监测VOC气体浓度值cv。
4.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的漏液故障诊断方法，其特征在于，利用PF5气体传感器实时监测PF5气体浓度值cp。
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