CN113131028A - 一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法，包括以下步骤：S1、在锂离子电池组内设置有机械压力传感器，且所述机械压力传感器信号连接有电池管理系统控制单元；S2、通过运行中获取机械压力传感器的数值F、电池电压U及充放电电流I；S3、通过步骤S2中的电池电压U及充放电电流I判断电池是否为放电过程，当判断为不为放电状态，则不进行动作；S4、当步骤S3判断为放电状态，则进行判断是否进入过放电状态，通过以下步骤：S41、对机械压力值进行求导操作得到dF/dt；S42、判断dF/dt，当其为负值X过渡至0并转向正值Y，且Y>>‑X时，dF/dt＝0处为过放电起始点，电压为放电截止电压。根据本发明，可以较快且准确地检测过放电，并指导设计合理的放电截止电压。

Description

一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法
技术领域
本发明涉及电池的技术领域，特别涉及一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法。
背景技术
作为电动汽车的核心部件，由于锂离子电池具有使用寿命长、能量密度高、绿色环保、无记忆性等优点而被广泛应用。但是近些年来，电动汽车起火事故时常发生，安全性问题受到越来越多人关注。从电池的角度来说，安全性问题主要包括过热，过充电，过放电和短路以及机械破坏等。其中热失控是电池安全问题的最终表现形式。热失控由高温引起，导致高温的主要方式除了环境因素外，电池内部因素主要是由强烈内短路引起。过放电也会引起电池的内短路，从而引发热失控，并且长期经常过放电会降低电池使用寿命，因此能够快速且准备预测过放电对于电动汽车安全和电池使用寿命具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法，可以较快且准确地检测过放电，并指导设计合理的放电截止电压。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法，包括以下步骤：
S1、在锂离子电池组内设置有机械压力传感器，且所述机械压力传感器信号连接有电池管理系统控制单元；
S2、通过运行中获取机械压力传感器的数值F、电池电压U及充放电电流I；
S3、通过步骤S2中的电池电压U及充放电电流I判断电池是否为放电过程，当判断为不为放电状态，则不进行动作；
S4、当步骤S3判断为放电状态，则进行判断是否进入过放电状态，通过以下步骤：
S41、对机械压力值进行求导操作得到dF/dt；
S42、判断dF/dt，当其为负值X过渡至0并转向正值Y,且Y>>-X时，确定dF/dt＝0处为过放电起始点，对应的电压为放电截止电压。
优选的，所述步骤S2在运行过程中，获取机械压力传感器的数值F、电池电压U及充放电电流I的数据均储存于电池管理系统控制单元中。
优选的，所述步骤S4中电池放电阶段的判断方法为：Ut+1<Ut且I<0。，其中Ut+1指的是t+1时刻的电压值，Ut指的是t时刻的电压值。
优选的，所述步骤S41中对机械压力数值进行求导，求导公式为：
Figure BDA0003029121160000021
式中：Ft+1指的是选取点t下一个点的压力数值；Ft指的是选取点t的压力数值；Tt+1指的是选取点t下一点的时间数值；Tt指的是选取点t的时间数值。
优选的，所述步骤S42中所述的dF/dT＝0对应的时刻为过放电报警时刻，电池具有过放电风险，并且dF/dT＝0对应的电压为放电截至电压。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：通过机械压力检测锂离子电池过放电，可实现既快速又准确的检测过放电且指导设计合适的放电截至电压。
附图说明
图1为根据本发明的基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法的以1/3C电流从2.7V充电至4.15V,搁置一小时，再以1/3C电流放电至2.7V,搁置一小时，正常充放电2个循环的机械压力、电压随时间的变化图；
图2为根据本发明的基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法的以1/3C电流从额定放电截至电压2.7V开始放电10％SOC时机械压力、电压随时间变化图；
图3为根据本发明的基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法的以1/3C电流从2.7V充电至4.15V，搁置1小时，再以1/3C电流过放电至0V时机械压力、机械压力微分随时间或电压的变化图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一般情况下，将锂离子电池在额定电压区间充放电时，充电过程中电池间的机械压力逐渐增大，在放电过程中电池间机械压力逐渐减小。将锂离子电池以1/3C电流从2.7V充电至4.15V,搁置一小时，再以1/3C电流放电至2.7V,搁置一小时，正常充放电2个循环的机械压力电压随时间的变化图如图1所示。若将锂离子电池从额定放电截至电压开始过放电，过放电过程中电池间的压力迅速增大，将电池以1/3C电流从截至电压2.7V开始放电10％SOC时压力电压随时间变化图如图2所示。
参照图1-3，一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法，包括以下步骤：S1、在锂离子电池组内设置有机械压力传感器，且所述机械压力传感器信号连接有电池管理系统控制单元；
S2、通过运行中获取机械压力传感器的数值F、电池电压U及充放电电流I；
S3、通过步骤S2中的电池电压U及充放电电流I判断电池是否为放电过程，当判断为不为放电状态，则不进行动作；
S4、当步骤S3判断为放电状态，则进行判断是否进入过放电状态，通过以下步骤：
S41、对机械压力值进行求导操作得到dF/dt；
S42、判断dF/dt，当其为负值X过渡至0并转向正值Y,且Y>>-X时，确定dF/dt＝0处为过放电起始点，对应的电压为放电截止电压。
进一步的，所述步骤S2在运行过程中，获取机械压力传感器的数值F、电池电压U及充放电电流I的数据均储存于电池管理系统控制单元中。
进一步的，所述步骤S4中电池放电阶段的判断方法为：Ut+1<Ut且I<0。，其中Ut+1指的是t+1时刻的电压值，Ut指的是t时刻的电压值。
进一步的，所述步骤S41中对机械压力数值进行求导，求导公式为：
Figure BDA0003029121160000041
式中：Ft+1指的是选取点t下一个点的压力数值；Ft指的是选取点t的压力数值；Tt+1指的是选取点t下一点的时间数值；Tt指的是选取点t的时间数值。
进一步的，所述步骤S42中所述的dF/dT＝0对应的时刻为过放电报警时刻，电池具有过放电风险，并且dF/dT＝0对应的电压为放电截至电压。本发明的一个实例中，将某品牌锂离子电池从额定放电截至电压2.7V，以1/3C电流充电至4..15V，搁置1小时，然后以1/3C的电流开始过放电至0V。其整个阶段的机械压力和电压随时间的变化图如图3(a)所示，机械压力导数变化和电压的关系图如图3(b)所示。在过放电至0V过程中压力减小时机械压力的导数为-0.005，机械压力开始迅速增加时机械压力的导数是1.5，此时机械压力的导数由负数过渡到零然后转为正数，且1.5>>-(-0.005),当机械压力的导数为零的时刻，即开始报警的时刻，报警时电压为2.721V(额定放电截至电压为2.7V)，此电压即为指导设计的放电截至电压。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在锂离子电池组内设置有机械压力传感器，且所述机械压力传感器信号连接有电池管理系统控制单元；
S2、通过运行中获取机械压力传感器的数值F、电池电压U及充放电电流I；
S3、通过步骤S2中的电池电压U及充放电电流I判断电池是否为放电过程，当判断为不为放电状态，则不进行动作；
S4、当步骤S3判断为放电状态，则进行判断是否进入过放电状态，通过以下步骤：
S41、对机械压力值进行求导操作得到dF/dt；
S42、判断dF/dt，当其为负值X过渡至0并转向正值Y,且Y>>-X时，确定dF/dt＝0处为过放电起始点，对应的电压为放电截止电压。
2.如权利要求1所述的一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法，其特征在于，所述步骤S2在运行过程中，获取机械压力传感器的数值F、电池电压U及充放电电流I的数据均储存于电池管理系统控制单元中。
3.如权利要求1所述的一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法，其特征在于，所述步骤S4中电池放电阶段的判断方法为：Ut+1<Ut且I<0。，其中Ut+1指的是t+1时刻的电压值，Ut指的是t时刻的电压值。
4.如权利要求1所述的一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法，其特征在于，所述步骤S41中对机械压力数值进行求导，求导公式为：
Figure FDA0003029121150000011
式中：Ft+1指的是选取点t下一个点的压力数值；Ft指的是选取点t的压力数值；Tt+1指的是选取点t下一点的时间数值；Tt指的是选取点t的时间数值。
5.如权利要求1所述的一种基于机械压力检测锂离子电池过放电的方法，其特征在于，所述步骤S42中所述的dF/dT＝0对应的时刻为过放电报警时刻，电池具有过放电风险，并且dF/dT＝0对应的电压为放电截至电压。
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