一种动力锂离子电池热失控早期预警方法技术

本发明专利技术是一种动力锂离子电池热失控早期预警方法，包括基于温度、烟雾以及特征气体探测的三级预警。一级预警基于车载电池包的电池管理系统测温信号，在电池极耳处出现异常升温情况时响应；二级预警耦合车载电池管理系统测温信号、特征气体和烟雾传感器的实时监测信号，在电池因内部产气导致安全阀打开时响应；三级预警基于烟雾传感器和环境温度信号，在电池包内发生电池热失控，出现明火引发环境明显升温后响应。三级预警信号基于不同的传感器信号耦合判断。本发明专利技术用于在车载动力锂离子电池热失控的孕育过程中，通过电池表面温度和气体烟雾特征参数变化规律，对电池发生热失控的过程进行危险分级，提前预警，以预防电池热失控引发的汽车火灾的发生。

An early warning method for thermal runaway of power lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种动力锂离子电池热失控早期预警方法
本专利技术属安全
，涉及新能源汽车动力电池的安全防护，特别是包含一种可对锂系动力电池热失控实现三级预警的预警方法。
技术介绍
随着传统能源日渐稀缺，社会各界对于新能源产业的需求越来越大，在国家相关政策的大力扶持下，近几年新能源行业发展迅速。其中，锂离子电池因为本身高比能量，高循环比，环境友好等优势而得到了大力发展。目前，我国锂离子电池及电动汽车的保有量均呈现出逐年上升趋势，且预计在未来一段时间内仍旧是新能源行业的支柱产业。但是，由于锂离子电池本身性质的特殊性，在一些极端滥用情况下其内部可能发生不可逆的化学反应，产生大量可燃有毒烟气，进而引发燃烧爆炸等危险情况。在新能源电动汽车火灾事故多发的背景下，社会各界对其安全性能的重视程度越来越高，国标《电动汽车安全要求》中，明文要求电动汽车发生热失控的安全事故时，应通过一个明显的信号(例如：声光信号)装置向驾驶员提示，因此，研究针对车载锂离子动力电池的热失控预警方法具有必要性和紧迫性。目前，锂系动力电池电动汽车采用的监测预警大多形式简单，模式单一，具有较大局限性。单独的BMS监测预警具有以下明显不足：(1)监测采集信号为简单的电流、电压监控和电池极耳处铜排温度监控，采集信号数量少，因此预警模式单一，无法确保预的高准确性。(2)现有的电池预警监测技术监测目标大多针对的是电池发生完全热失控后的电池火灾现象，无法实现电池发生完全热失控前的早期预警，预警响应较为滞后，为司乘人员预留出的逃生时间较少。本专利技术针对锂系动力车载电池热失控的特征，提出了一种准确性更高、漏报几率低的多参数耦合三级预警方法，可实现在电池热失控10min前发出多级预警信号，为司乘人员保留充足的反应逃生时间，提高锂系动力电池汽车的使用安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种动力锂离子电池热失控早期预警方法，实时监测车载动力电池的工作状态，在电池热失控发生的早期就监测到后续的危险状况，发出相应的声光预警信号，表征电池的不同危险状态，方便启动后续的控制动作，为司乘人员保留足够的安全疏散时间。为了解决上述问题并实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种动力锂离子电池热失控早期预警方法，该预警方法包括三级预警，分别为电池异常升温时的一级预警，电池安全阀打开时的二级预警，发生电池火灾的三级预警。进一步地，一级预警在电池表面异常升温时响应，一级预警的作用是在电池表面出现异常升温但尚不影响电池正常工作时，通过车载电池管理系统(BMS)降低电池包功率，限流或停机降温措施，阻止或减缓电池内部的异常产热，防止异常升温的电池进一步升温发展至更危险的状态。一级预警涉及的硬件设备包括车载电池包BMS和控制单元。进一步地，二级预警在电池内部产气导致电池安全阀打开时响应，二级预警的作用是及时发现电池因内部产气导致电池安全阀开启，联动相应措施防止电池释放的可燃烟气发生爆燃现象，破坏电池包结构和引发其它电池出现危险情况，并延缓问题电池内部发生进一步的化学反应，阻止或推迟完全热失控的发生，二级预警硬件设备包括车载电池包BMS、CO传感器、挥发性有机物(VOC)传感器、烟雾传感器和控制单元。进一步地，三级预警在电池发生完全热失控，出现电池火灾时响应，三级预警的作用是在电池发生完全热失控，出现明火等危险情况，引发电池包内环境温度明显升高时及时被发现，联动相应措施释放大量灭火剂，对电池包内的火情进行控制，抑制热失控在相邻电池间的传播，防止单一电池包火灾蔓延为整车范围的完全火灾，三级预警涉及的硬件设备包括烟雾传感器、环境温度传感器、控制单元。进一步地，本方法中一级预警和二级预警所使用的温度信号均为车载电池包BMS测量得到的电池极耳处温度，此温度可以较好地反应电池发生热失控前的电池表面温度变化情况，且易于采集，目前市场中主流的车载BMS监测的电池温度均为该点温度。进一步地，本方法共发出三级预警信号，分别表征不同程度的电池危险状态，可联动不同的控制措施，但三级信号在逻辑上并没有从属或递进关系，即三级信号均处于实时监测预警状态，满足任一级信号的需求便可以发出相应预警信号。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术采用温度传感器、气体传感器、烟雾传感器等多传感器耦合判断电池的热失控进程，可以更好地监控电池热失控全过程的特征参数变化情况，通过多重信号耦合判断电池工作状态，客观上提高了安全预警的准确性，降低漏报、误报几率。(2)本专利技术使用的温度检测手段为BMS测温技术，这一技术目前被广泛地应用于车载BMS系统中，可以较为准确地获得电池表面温度的实时变化情况，本专利技术提出的预警策略耦合BMS测温，减少自身结构复杂性的同时，提高了温度预警的适用范围，更具工程实用价值。(3)本专利技术除使用BMS测温手段之外，还增加了环境温度传感器，可以实现对电池箱内环境温度变化的实时监测，当车载BMS系统断电或发生故障时，可以作为温度监测的补充手段以支撑三级预警策略的正常工作，增强预警策略的适用范围，抗干扰性。附图说明图1为车载锂离子动力电池箱内BMS测温系统测温点分布图。图2为本专利技术一种动力锂离子电池热失控早期预警方法算法逻辑图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。一种动力锂离子电池热失控早期预警方法。本预警方法包括三级预警信号，分别为一级预警：锂离子电池极耳处温度异常升高时响应，对应电池内部的异常升温情况；二级预警：电池安全阀打开时响应，对应电池内部出现不可逆化学反应，有较大风险发生后续的完全热失控；三级预警：电池发生完全热失控后响应，对应电池已发生完全热失控，有风险引发或已经引发电池火灾的发生，非常危险。一级预警在锂离子电池极耳处温度异常升高时响应，监测数据来源于BMS测温系统，测量点布置在电池箱内电池极耳附近，该点温度可以较好的反应电池表面温度的变化情况，在电池热失控发展的极早期便可以监测到相应数据相应。在电池刚开始出现异常升温情况时，可能仅是电池出现了轻微过充、过放抑或内部发生了一些可逆的产热反应，此时若可以及时发现，通过BMS系统对问题电池进行断电或限流、限功率操作，电池有可能可以恢复正常状态，而不会发生后续的热失控问题。一级预警功能的实现是依靠BMS测温系统和预警模块控制中心。BMS测温系统的温度测量采用接触式测温，测温点为电池箱内电池极耳附近处温度，温度测点的布置情况如图1所示。BMS系统得到的温度测量数据将通过CAN总线通信实时传输至预警模块的数据控制中心，控制中心选用单片机，其功能为接受各传感器监测信号并对其进行预警判断，输出三级预警信号并可以通过CAN总线与BMS系统和车载中控台实时通信。二级预警在电池安全阀打开时响应，监测数据来源于BMS测温系统及监测模块中的CO气体传感器、VOC气体传感器和烟雾传感器，为增加二级预警准确性且较少漏报率，二级预警采用多种参数耦合判断预警信号，各传感器信号的具体耦合关系见表1。二级预警的实现是依本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力锂离子电池热失控早期预警方法，其特征在于：该预警方法包括三级预警，分别为电池异常升温时的一级预警，电池安全阀打开时的二级预警，发生电池火灾的三级预警。/n

【技术特征摘要】
1.一种动力锂离子电池热失控早期预警方法，其特征在于：该预警方法包括三级预警，分别为电池异常升温时的一级预警，电池安全阀打开时的二级预警，发生电池火灾的三级预警。


2.如权利要求1所述的一种动力锂离子电池热失控早期预警方法，其特征在于：一级预警在电池表面异常升温时响应，一级预警的作用是在电池表面出现异常升温但尚不影响电池正常工作时，通过车载电池管理系统(BMS)降低电池包功率，限流或停机降温措施，阻止或减缓电池内部的异常产热，防止异常升温的电池进一步升温发展至更危险的状态；一级预警涉及的硬件设备包括车载电池包BMS和控制单元。


3.如权利要求1所述的一种动力锂离子电池热失控早期预警方法，其特征在于：二级预警在电池内部产气导致电池安全阀打开时响应，二级预警的作用是及时发现电池因内部产气导致电池安全阀开启，联动相应措施防止电池释放的可燃烟气发生爆燃现象，破坏电池包结构和引发其它电池出现危险情况，并延缓问题电池内部发生进一步的化学反应，阻止或推迟完全热失控的发生，二级预警硬件设备包括车载电池包BMS、CO传感器、挥发性有机物(VOC)传感器、烟雾传感器和控制单元。

【专利技术属性】
技术研发人员：王青松，刘同宇，付卫东，赵星，刘昱君，张江伟，段强领，杨光华，孙金华，刘朝辉，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，郑州宇通客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34