一种基于信息融合的磷酸铁锂电池热失控监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于信息融合的磷酸铁锂电池热失控监测系统，通过监控电芯组的电压电流变化，来发现问题电芯所在的电芯组位置，再通过对对应电芯组的温度以及温升速率进行监控，及时发现温度异常，两种方式结合，能够减少误判的情况，并及时的发现问题电芯组，避免热失控现象进一步扩散传播，降低损失；另外本发明专利技术通过对缓冲空间进行提前的排空气处理，从而提升反应速度，也降低了对缓冲空间以及稀释装置中的真空度以及惰性气体的填充度要求，通过将可燃的气体稀释后排出，能够避免爆燃事故的发生，降低了电池热失控带来的损失。降低了电池热失控带来的损失。降低了电池热失控带来的损失。

A thermal runaway monitoring system for lithium iron phosphate battery based on information fusion

【技术实现步骤摘要】
一种基于信息融合的磷酸铁锂电池热失控监测系统


[0001]本专利技术属于蓄电池
，具体的，涉及一种基于信息融合的磷酸铁锂电池热失控监测系统。

技术介绍

[0002]锂电池是一种高能量密度的二次电池，由于其储能密度高，在现在最常用的一种蓄电池类型，在电脑、手机以及电动车等产品中有着广泛的应用，电池热失控是一种由于电池内部过热引发的情况，电池热失控中由于高温会导致负极SEI膜分解、正极活性物质分解和电解液的氧化分解，出现大量的气体，导致锂离子电池内部气体压力急剧升高，引起电池发生爆炸，大量高温、可燃和有毒的气体从电池中释放出来，会严重威胁锂电池的使用安全。
[0003]由于现有技术中，电池热失控是无法完全避免的事情，因此在锂电池的设计过程中，需要设计对电池的热失控现象进行监控和防控，从而降低电池热失控后的损失，但是现有技术中主要是通过对电池包内的甲烷、氢气等热失控过程中会产生的气体的浓度进行监控，从而触发断电与消防，但是这时电池已经发生明显的热失控现象，可燃气体大量排出引发燃烧爆炸的情况，蓄电池彻底被破坏，并没有起到良好的降低损失的效果，为了解决上述问题，本专利技术提供了以下技术方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于信息融合的磷酸铁锂电池热失控监测系统，解决现有技术中磷酸铁锂电池热失控发现晚，易引发额外损失与伤害的情况。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于信息融合的磷酸铁锂电池热失控监测系统，其工作方法包括如下步骤：第一步，对电芯组的电压电流进行监控，判断电芯组的电压与电流数据是否存在异常；S1、在磷酸铁锂电池正常使用的过程中，每隔预设时间t采集得到一组电芯组的电压数据U1、U2、
…
、Un，再采集一组电流数据I1、I2、
…
、In；S2、利用公式获得n个电压数据的偏差值U；其中Up为所采集的n各样本电压数据的平均值，1≤i≤n；继续采集U(n+1)，以U2、U3、
…
、U(n+1)为样本数据计算新的偏差值U，依次类推，获取一组电压数据的偏差值，计算其平均值，得到Upp，根据电压数据偏差值的平均值Upp的计算方法计算得到一组电流数据的偏差值的平均值Ipp；S3、在蓄电池进入工作状态时，每隔预设时间t采集电芯组的电流与电压数据，按照S1与S2中的方法计算得到电压数据的偏差值平均值Upp1与电流数据的偏差值平均值
Ipp1，若Upp1≥Upp+Uy与Ipp1≥Ipp+Iy任一成立，则启动一级报警；第二步，获取电池模组上温度传感器采集的温度数据，对其进行处理后，并结合第一步中的结果判断对应电芯组是否存在热失控问题；第三步，若判断电芯组存在问题，则通过充气装置向缓冲空间内输入惰性气体，排除缓冲空间以及稀释装置内的空气，在电池包泄压阀打开后，充气装置继续向缓冲空间以及稀释装置内输入氮气或者惰性气体，将可燃气体降低至爆炸浓度以下后，开启稀释装置阀门排出。
[0006]作为本专利技术的进一步方案，第二步具体包括如下步骤：对电池模组上温度传感器采集的温度数据Tj以及温升数据Tsj进行记录，获取各温度传感器采集的温度数据平均值Tp；其中1≤j≤m，m为温度传感器的数量；当第一步中判断对应电芯组不存在问题时，在后续的t1时间内：若Tj＜Tp+Ty且Tsj＜Tsy，则进一步判断认为电芯组不存在问题，正常工作；若Tj≥Tp+Ty与Tsj≥Tsy任一成立，则进一步判断认为电芯组存在问题，开启二级报警；当第一步中判断对应电芯组存在问题时，在后续的t1时间内：若Tj＜Tp+Ty1且Tsj＜Tsy1，则进一步判断认为电芯组不存在问题，正常工作；若Tj≥Tp+Ty1与Tsj≥Tsy1任一成立，则进一步判断认为电芯组存在问题，开启二级报警；其中Ty1＜Ty，Tsy1＜Tsy；其中Tsy与Ty均为预设值，t1为预设值。
[0007]作为本专利技术的进一步方案，本专利技术所述一种基于信息融合的磷酸铁锂电池热失控监测系统包括：BMS模块，用于监控电池包内各电芯组的电流、电压数据；降温模块，用于对电池进行降温处理；消防模块，用于收集或者稀释热失控过程中磷酸铁锂电池产生的可燃气体，还通过灭火设备对产生的明火进行扑灭；温度监控模块，包括在电池包内部均匀设置的若干个温度传感器，用于检测各电池模组的表面温度，每个电池模组上设置的温度传感器安装位置对应电池模组内各电芯组的位置；气体检测模块，用于检测电池包内氢气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、甲烷浓度、乙烯浓度、乙烷浓度以及烟雾浓度；气压检测模块，用于检测电池包内气压。
[0008]作为本专利技术的进一步方案，对电池模组中多个电芯进行并联形成一个小组，将多个小组进一步并联形成一个大组，再通过对这一个大组的电芯进行串联形成电池模组，将这一个大组的电芯标记为一个电芯组。
[0009]作为本专利技术的进一步方案，消防模块包括一个密封包覆在磷酸铁锂电池包上的缓冲箱，缓冲箱的内壁与磷酸铁锂电池包的外壁之间留有缓冲空间，该缓冲空间分别通过管道连接有充气装置和稀释装置；其中充气装置用于向缓冲空间内输入氮气或惰性气体，稀释装置用于收集缓冲空间排出的混合气体，同时稀释装置还通过管道与充气装置联通。
[0010]作为本专利技术的进一步方案，一级报警为通过输出声光信息，对对应人员进行警示；二级报警为直接断开蓄电池的输入和输出开关，同时提升降温模块的工作效率，消防模块开启工作。
[0011]本专利技术的有益效果：（1）磷酸铁锂电池由于电芯数量巨大，通过检测各电芯的电压电流数据来发现热失控电芯在目前是一件难以完成的事情，本专利技术通过监控一个电芯组的电压电流变化，来发现问题电芯所在的电芯组位置，再通过对对应电芯组的温度以及温升速率进行监控，及时发现温度异常，两种方式结合，能够减少误判的情况，并及时的发现问题电芯组，避免热失控现象进一步扩散传播，降低损失；（2）由于蓄电池的电压与电流数据会随着使用时间和使用环境的变化而变化，因此通过对历史数据进行采集，获取一组电流、电压数据的离散值，并将实时的数据纳入其中进行离散值的计算，若一组数据的离散值超出历史数据的正常离散值范围，则认为对应电芯组的电压电流数据存在异常，这样能够降低环境等因素对检测结果的影响；（3）本专利技术通过第一步与第二步中的判断结果，对缓冲空间进行提前的排空气处理，从而提升反应速度，也降低了对缓冲空间以及稀释装置中的真空度以及惰性气体的填充度要求，通过将可燃的气体稀释后排出，能够避免爆燃事故的发生，降低了电池热失控带来的损失。
附图说明
[0012]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0013]图1是本专利技术一种基于信息融合的磷酸铁锂电池热失控监测系统的框架结构示意图；图2为本专利技术一个实施例中消防模块的结构示意图；图3为本专利技术一个实施例中稀释模块的局部结构示意图。
[0014]附图标记：1、缓冲箱；2、充气装置；3、稀释装置；31、文丘里管结构；311、混合进气口；312、喉部进气口。
具体实施方式
[0015]下面将结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信息融合的磷酸铁锂电池热失控监测系统，其特征在于，工作方法包括如下步骤：第一步，对电芯组的电压电流进行监控，判断电芯组的电压与电流数据是否存在异常；S1、在磷酸铁锂电池正常使用的过程中，每隔预设时间t采集得到一组电芯组的电压数据U1、U2、
…
、Un，再采集一组电流数据I1、I2、
…
、In；S2、利用公式获得n个电压数据的偏差值U；其中Up为所采集的n各样本电压数据的平均值，1≤i≤n；继续采集U(n+1)，以U2、U3、
…
、U(n+1)为样本数据计算新的偏差值U，依次类推，获取一组电压数据的偏差值，计算其平均值，得到Upp，根据电压数据偏差值的平均值Upp的计算方法计算得到一组电流数据的偏差值的平均值Ipp；S3、在蓄电池进入工作状态时，每隔预设时间t采集电芯组的电流与电压数据，按照S1与S2中的方法计算得到电压数据的偏差值平均值Upp1与电流数据的偏差值平均值Ipp1，若Upp1≥Upp+Uy与Ipp1≥Ipp+Iy任一成立，则启动一级报警；第二步，获取电池模组上温度传感器采集的温度数据，对其进行处理后，并结合第一步中的结果判断对应电芯组是否存在热失控问题；第三步，若判断电芯组存在问题，则通过充气装置向缓冲空间内输入惰性气体，排除缓冲空间以及稀释装置内的空气，在电池包泄压阀打开后，充气装置继续向缓冲空间以及稀释装置内输入氮气或者惰性气体，将可燃气体降低至爆炸浓度以下后，开启稀释装置阀门排出。2.根据权利要求1所述的一种基于信息融合的磷酸铁锂电池热失控监测系统，其特征在于，第二步具体包括如下步骤：对电池模组上温度传感器采集的温度数据Tj以及温升数据Tsj进行记录，获取各温度传感器采集的温度数据平均值Tp；其中1≤j≤m，m为温度传感器的数量；当第一步中判断对应电芯组不存在问题时，在后续的t1时间内：若Tj＜Tp+Ty且Tsj＜Tsy，则进一步判断认为电芯组不存在问题，正常工作；若Tj≥Tp+Ty与Tsj≥Tsy任一成立，则进一步判断认为电芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：何青松，何修昱，代祖贤，
申请(专利权)人：深圳市明泰源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：