CN114690058A - 一种锂电池复合检测提前预警智能装置 - Google Patents

一种锂电池复合检测提前预警智能装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池复合检测提前预警智能装置，属于锂电池热失控检测技术领域，目的在于解决现有锂电池热失控检测设备预警时间有限、适用范围小、存在误检的问题。其包括MCU主控分析模块，所述MCU主控分析模块电信号连接有提前预警信号总线输出模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池应变力检测模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池CO检测模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池H2检测模块，所述提前预警信号总线输出模块信号连接有系统管理平台。本发明适用于锂电池复合检测提前预警智能装置。

Description

一种锂电池复合检测提前预警智能装置
技术领域
本发明属于锂电池热失控检测技术领域，具体涉及一种锂电池复合检测提前预警智能装置。
背景技术
现有锂电池的安全检测一般是通过监测单元锂电池电极上的电压、电流、以及两极温度，并将采集的信息进行比较，一旦采集信息突变则默认锂电池热失控，该检测方式适合部分锂电池热失控的检测，比如锂电池穿刺、剧烈碰撞引起的内部短路，这样的检测方式具有个别性和特殊性；同时该检测模式也存在误检的可能，比如锂电池单元之间电气连接系统短路、漏电等，所以该种方式检测并不代表锂电池热失控的普遍特征，具有特殊性、个别性，不具备普遍性，同时更难以实现对锂电池热失控进行趋势分析、趋势预判、以及锂电池热失控提前预警等。
目前市场上还有一种锂电池的安全检测方式，就是在锂电池的环境周围安装烟雾探测、温度探测、火焰探测等传感器，其本质就是探测锂电池单元热失控后所产生的烟雾、高温、火焰，所有这些探测的特征均来自于锂电池热失控后所产生的特征，无法做到对锂电池热失控前的提前探测、提前预警。
通过监测单元锂电池电极上的电压、电流、以及两极温度，这样检测单元锂电池的突变数据，从而实现锂电的安全检测预警方式存在以下问题：
1、具有个别性和特殊性，针对锂电池穿刺、剧烈碰撞引起的内部短路比较有效，对其它锂电热失控状况不太实用。
2、具有误检的可能，比如锂电池单元之间电气连接系统短路、漏电等造成的电压、电流、两极温度突变无法有效识别和剔除。
3、不具备提前预警的功能，一般发生在热失控的时候。
4、不具备检测锂电池各种热失控的普遍特征性。
通过监测单元锂电池环境周围锂电池单元热失控后所产生的烟雾、高温、火焰等，这样的安全检测方式存在以下问题：
1、烟雾、高温、火焰等特征均来自于锂电池热失控后所产生的特征，无法做到对锂电池热失控前的提前探测、提前预警。
2、传感器安装在锂电池单元旁边空间，探测传感器与锂电池单元具有一定探测距离，实时性较差，同时因为环境的干扰影响，会有误检性。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种锂电池复合检测提前预警智能装置，解决现有锂电池热失控检测设备预警时间有限、适用范围小、存在误检的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种锂电池复合检测提前预警智能装置，包括MCU主控分析模块，所述MCU主控分析模块电信号连接有提前预警信号总线输出模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池应变力检测模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池CO检测模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池H2检测模块，所述提前预警信号总线输出模块信号连接有系统管理平台。
进一步地，所述单元锂电池应变力检测模块包括粘贴在单元锂电池表面的单元锂电池应变片，所述单元锂电池应变片电连接有恒流电源，所述单元锂电池应变片电信号连接有A/D采样电路，所述A/D采样电路与MCU主控分析模块电信号连接。
进一步地，所述单元锂电池应变片的工作温度范围为-40℃～220℃。
进一步地，所述单元锂电池应变片为电阻应变片。
进一步地，所述提前预警信号总线输出模块包括SPI接口、CAN总线接口、RS422总线接口、RS485总线接口。
进一步地，所述单元锂电池CO检测模块为CO气体探测器，所述单元锂电池H2检测模块为H2气体探测器。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，在单元锂电池外壳(硬包或者软包)粘贴一张像纸张一样薄的单元锂电池应变片进行全天候不间断检测单元锂电池外壳形变参数，单元锂电池应变片随着应力变化而呈现不同的电阻阻值，通过施加固定的恒流电源并通过A/D采样电路进行采样，并将采样值传输给MCU主控分析模块；同时，CO气体探测器和H2气体探测器分别探测单元锂电池热失控释放的特征气体CO和H2，CO气体探测器和H2气体探测器将探测到的气体数据信号传输给MCU主控分析模块，MCU主控分析模块根据A/D采样电路输出的采样值和CO气体探测器、H2气体探测器输出的气体数据信号综合分析和预判单元锂电池热失控状况，再通过提前预警信号总线输出模块向系统管理平台提前警示该单元锂电池健康状况，从而通过提前更换预警故障单元锂电池，达到锂电池的安全防护。
2、本发明中，MCU主控分析模块将分析预警的结果，通过提前预警信号总线输出模块分别输出四种总线接口：SPI接口、CAN总线接口、RS422总线接口、RS485总线接口，通讯协议开放给用户接入相应的系统管理平台，继而便于用户根据预警结果应用系统管理平台进行各种预警处置：如电源输入输出切断、声光提示预警、更换预警单元锂电池。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1为本发明的整体结构框图；
图2为本发明的整体原理框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以使机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个原件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种锂电池复合检测提前预警智能装置，包括MCU主控分析模块，所述MCU主控分析模块电信号连接有提前预警信号总线输出模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池应变力检测模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池CO检测模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池H2检测模块，所述提前预警信号总线输出模块信号连接有系统管理平台。
进一步地，所述单元锂电池应变力检测模块包括粘贴在单元锂电池表面的单元锂电池应变片，所述单元锂电池应变片电连接有恒流电源，所述单元锂电池应变片电信号连接有A/D采样电路，所述A/D采样电路与MCU主控分析模块电信号连接。
进一步地，所述单元锂电池应变片的工作温度范围为-40℃～220℃。
进一步地，所述单元锂电池应变片为电阻应变片。
进一步地，所述提前预警信号总线输出模块包括SPI接口、CAN总线接口、RS422总线接口、RS485总线接口。
进一步地，所述单元锂电池CO检测模块为CO气体探测器，所述单元锂电池H2检测模块为H2气体探测器。
本发明在实施过程中，由于无论是磷酸铁锂、三元锂，还是锰酸锂等锂电池，都是以锂电池单体的形式存在。为了使用和安全考虑，单体锂电池都会进行封装(如软包或者硬包)，同时都会设计有压力阀，这样的封装和安全保证措施，一方面让锂电池热失控变得比较困难，另一方面，锂电池热失控必定就是一个量变引起质变的过程，通过研究和分析发现，这样的机理造就了锂电池热失控最大的共性：单体锂电池无论软包还是硬包，其外封装在热失控前会有一个突破压力阀的形变过程。但随着时间的发展以及反复充放电，单元锂电池存在老化失效的可能，压力阀一旦失效也容易引起热失控，但是所有锂电池热失控会有另一个共性：释放出CO和H2等气体，压力阀一旦有失效就会逐步释放出这些气体，特别是像CO这种气体无色、无味、有毒，而H2在空气中占比超过一定容量容易引起爆炸，所以加装探测这样的气体泄露引起的热失控也是有必要的。单元锂电池工作过程中，内部会发生化学电解质反应，当内部有发生热失控的趋势时候，会有压力逐步释放出来，因为外壳(硬包或者软包)以及压力阀的缘故，热失控不会马上发生，这个时候单元锂电池外壳(硬包或者软包)会发生非常微小的形变，该形变与内部热失控的趋势成正比，所以根据这个锂电池热失控的普遍共性，在单元锂电池外壳(硬包或者软包)粘贴一张像纸张一样薄的单元锂电池应变片进行全天候不间断检测单元锂电池外壳形变参数，单元锂电池应变片随着应力变化而呈现不同的电阻阻值，通过施加固定的恒流电源并通过A/D采样电路进行采样，并将采样值传输给MCU主控分析模块；同时，当单元锂电池随着时间的发展以及反复充放电，单元锂电池会存在老化失效的可能，压力阀失效或者出现故障，就会释放出CO和H2等气体，通过CO气体传感器和H2气体传感器探测释放出的CO和H2气体，CO气体探测器和H2气体探测器将探测到的气体数据信号传输给MCU主控分析模块，MCU主控分析模块根据A/D采样电路输出的采样值和CO气体探测器、H2气体探测器输出的气体数据信号并结合大数据建模、分析、数据库比对，从而分析和预判单元锂电池热失控状况，再通过提前预警信号总线输出模块向系统管理平台提前警示该单元锂电池健康状况，可以确保锂电池提前预警时间按日、按星期甚至按月实现，从而通过提前更换预警故障单元锂电池，达到锂电池的安全防护。
MCU主控分析模块将分析预警的结果，通过提前预警信号总线输出模块分别输出四种总线接口：SPI接口、CAN总线接口、RS422总线接口、RS485总线接口，通讯协议开放给用户接入相应的系统管理平台，因为预警时间较长(数日、数个星期甚至数月)，继而便于用户根据预警结果应用系统管理平台进行各种预警处置：如电源输入输出切断、声光提示预警、更换预警单元锂电池。同时，系统管理平台也能收集检测的数据，继而进行大数据分析、建模、机器学习，优化MCU主控分析模块的预警精度。
单元锂电池应变片的工作温度范围较宽:-40℃～220℃，可以完美适应锂电池热失控这样的高温环境检测。
实施例1
一种锂电池复合检测提前预警智能装置，包括MCU主控分析模块，所述MCU主控分析模块电信号连接有提前预警信号总线输出模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池应变力检测模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池CO检测模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池H2检测模块，所述提前预警信号总线输出模块信号连接有系统管理平台。
实施例2
在实施例1的基础上，所述单元锂电池应变力检测模块包括粘贴在单元锂电池表面的单元锂电池应变片，所述单元锂电池应变片电连接有恒流电源，所述单元锂电池应变片电信号连接有A/D采样电路，所述A/D采样电路与MCU主控分析模块电信号连接。
实施例3
在上述实施例的基础上，所述单元锂电池应变片的工作温度范围为-40℃～220℃。
实施例4
在上述实施例的基础上，所述单元锂电池应变片为电阻应变片。
实施例5
在上述实施例的基础上，所述提前预警信号总线输出模块包括SPI接口、CAN总线接口、RS422总线接口、RS485总线接口。
实施例6
在上述实施例的基础上，所述单元锂电池CO检测模块为CO气体探测器，所述单元锂电池H2检测模块为H2气体探测器。
如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明的验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种锂电池复合检测提前预警智能装置，其特征在于，包括MCU主控分析模块，所述MCU主控分析模块电信号连接有提前预警信号总线输出模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池应变力检测模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池CO检测模块，所述MCU主控分析模块还电信号连接有单元锂电池H2检测模块，所述提前预警信号总线输出模块信号连接有系统管理平台。
2.按照权利要求1所述的一种锂电池复合检测提前预警智能装置，其特征在于，所述单元锂电池应变力检测模块包括粘贴在单元锂电池表面的单元锂电池应变片，所述单元锂电池应变片电连接有恒流电源，所述单元锂电池应变片电信号连接有A/D采样电路，所述A/D采样电路与MCU主控分析模块电信号连接。
3.按照权利要求2所述的一种锂电池复合检测提前预警智能装置，其特征在于，所述单元锂电池应变片的工作温度范围为-40℃～220℃。
4.按照权利要求2或3所述的一种锂电池复合检测提前预警智能装置，其特征在于，所述单元锂电池应变片为电阻应变片。
5.按照权利要求1所述的一种锂电池复合检测提前预警智能装置，其特征在于，所述提前预警信号总线输出模块包括SPI接口、CAN总线接口、RS422总线接口、RS485总线接口。
6.按照权利要求1所述的一种锂电池复合检测提前预警智能装置，其特征在于，所述单元锂电池CO检测模块为CO气体探测器，所述单元锂电池H2检测模块为H2气体探测器。
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