【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池安全，尤其是一种热失控极早预警方法及装置。
技术介绍
1、光伏、风电等新能源开发利用的规模不断扩大，电力储能行业也随之发展迅速。电化学储能作为构建新型电力系统的重要支撑技术，迎来了前所未有的发展机遇期，是应用规模最大、近年来增幅最快的新型储能技术。其中，磷酸铁锂电池由于具备放电时间长、响应速度快、转换效率高、不受自然条件制约、便于规模化应用等优势，是电化学储能的主流技术路线，目前装机容量占比超80％，然而其安全运行问题也逐渐凸显。因此，随着锂电池储能行业的发展，开展储能系统安全状态的评价与早期预警及事故风险的管控等研究具有重要意义。
2、储能系统普遍采用的是磷酸铁锂电池模组，个别电池的热失控很容易波及附近的其它电池，最终导致整个系统无法正常运行，甚至会引发严重安全问题。储能相关企业和科研院所也推出多种电池储能系统安全解决方案，主要包括以下三种：①基于bms获取电池电压、电流等电气数据，以此作为电池热失控的预警判别条件；②通过探测储能舱内电池热失控特征气体进行热失控预警；③基于电池外部相关参数，对电池内温进行估算以进行早期预警。然而，从工程应用上来看，由于电池劣化机理较为复杂、劣化过程中不同维度物理场信号之间的耦合特征尚不清晰，上述监测方法存在着对电池健康状态评估不足、风险预警滞后、定位不准等问题。
技术实现思路
1、本申请的目的在于克服现有技术中对电池健康状态评估不足、风险预警滞后以及定位不准的问题，提供一种热失控极早预警方法及装置。
2、第一
3、通过建模仿真目标电池运行过程中诱发热失控的副反应；
4、分别计算各副反应的产热；
5、根据各副反应的产热利用预设固体传热模型预测目标电池的电芯体系温度变化情况；
6、根据所述电芯体系温度变化情况确定所述目标电池是否会发生热失控。
7、在一些可能的实现方式中，所述副反应包括下述中的至少一种：sei膜分解反应；负极与电解液溶剂反应；正极与电解液溶剂反应；电解液溶质分解反应；内短路反应；正极过充导致的电解液分解反应；负极过充导致的sei膜生长反应和负极过充导致的锂析出反应。
8、在一些可能的实现方式中，所述sei膜分解反应的产热计算公式为：
9、
10、φsei＝hsei*wneg*rsei
11、其中，xsei为亚稳态sei膜的占比，rsei为sei膜分解反应速率，asei为sei膜分解频率系数，ea，sei为sei膜分解反应的活化能，kb为玻尔兹曼常数，t为体系温度，msei为sei膜分解反应的计量数，φsei为sei膜分解反应产热功率，hsei为sei膜分解反应中每克物质的分解的产热量，wneg为sei膜分解反应中负极活性物质质量；
12、所述负极与电解液溶剂反应的产热计算公式为：
13、
14、φneg＝hneg*wneg*rneg
15、其中，zsei为稳态sei占比，xneg为负极电解液溶剂消耗量占比，rneg为负极与电解液溶剂反应速率，aneg为负极与电解液溶剂频率系数，φneg为负极与电解液溶剂反应产热功率，hneg为负极与电解液溶剂反应中每克物质的分解的产热量，mneg为负极与电解液溶剂反应的计量数；
16、所述正极与电解液溶剂反应的产热计算公式为：
17、
18、φpos＝hpos*wpos*rpos
19、其中，xpos为未失效的正极活性材料占比，rpos为正极与电解液溶剂反应的反应速率，apos为正极与电解液溶剂反应的频率系数，ea，pos为正极与电解液溶剂反应的活化能，hpos为正极与电解液溶剂反应中每克物质分解产热量，wpos为正极与电解液溶剂反应中正极活性物质质量，mpos为正极与电解液溶剂反应的计量数，φpos为正极与电解液溶剂反应产热功率；
20、所述电解液溶质分解反应的产热计算公式为：
21、
22、φe＝he*we*re
23、其中，θe为可发生反应的电解液溶质占比，re为电解液溶质分解反应速率，ae为电解液溶质分解反应的频率系数，ea，e为电解液溶质分解反应的活化能，he为电解液溶质分解反应中每克物质分解产热量，we为电解液溶质分解反应中电解液质量，me为电解液溶质分解反应的计量数，φe为电解液溶质分解反应产热功率；
24、所述内短路反应的产热计算公式为：
25、
26、其中，icc为短路电流，acc为内短路反应的频率系数，ea，cc为内短路反应的活化能，qcell为目标电池电量；
27、正极过充导致的电解液分解反应的产热计算公式为：
28、
29、qele＝i_ele*a_v*(ect-eele)
30、其中，i_ele为正极过充导致的电解液分解反应中反应电流密度，kele为正极过充导致的电解液分解反应中反应速率常数，eaele为正极过充导致的电解液分解反应中活化能，r为气体常数，t为体系温度，cele为正极过充导致的电解液分解反应中电解液溶剂浓度，αele为正极过充导致的电解液分解反应中传递系数，f为法拉第常数，ect为正极过充导致的电解液分解反应中电极电位，i为正极过充导致的电解液分解反应中电极电流，rcathode为电极电阻，eele为正极过充导致的电解液分解反应中平衡电极电位，qele为正极过充导致的电解液分解反应产热功率，a_v为反应活性面积；
31、负极过充导致的sei膜生长反应的产热计算公式为：
32、
33、qsei＝i_sei*a_v*(ect-eec)
34、其中，i_sei为负极过充导致的sei膜生长反应电流密度，kec为负极过充导致的sei膜生长反应速率常数，αec为负极过充导致的sei膜生长反应中传递系数，eec为负极过充导致的sei膜生长反应中平衡电极电位；
35、负极过充导致的锂析出反应的产热计算公式为：
36、
37、qli＝i_li*a_v*(ect-eli)
38、其中，ili为负极过充导致的锂析出反应电流密度，kli为负极过充导致的锂析出反应速率常数，αli为负极过充导致的锂析出反应中传递系数，eli为负极过充导致的锂析出反应中平衡电极电位。
39、在一些可能的实现方式中，所述预设固体传热模型为：
40、
41、q＝(φsei+φneg+φpos+φe+icc2*r+qele+qsei+qli)*t
42、其中，ρ为目标电池的电芯密度，cp为目标电池的电芯比热容，t为体系温度，dt/dt代表体系温度变化率，q为散热量，▼为哈密顿算子，▼·q代表向量q的散度，q为产热量。
43、在一些可能的实现方式中，根据目标电池的电芯体系温度变化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种热失控极早预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的热失控极早预警方法，其特征在于，所述副反应包括下述中的至少一种：SEI膜分解反应；负极与电解液溶剂反应；正极与电解液溶剂反应；电解液溶质分解反应；内短路反应；正极过充导致的电解液分解反应；负极过充导致的SEI膜生长反应和负极过充导致的锂析出反应。
3.根据权利要求2所述的热失控极早预警方法，其特征在于，所述SEI膜分解反应的产热计算公式为：
4.根据权利要求3所述的热失控极早预警方法，其特征在于，所述预设固体传热模型为：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的热失控极早预警方法，其特征在于，根据目标电池的电芯体系温度变化情况判断目标电池是否会发生热失控，包括：若目标电池的电芯体系的温度变化呈指数增长，则判定目标电池继续运行会发生热失控。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的热失控极早预警方法，其特征在于，根据目标电池的电芯体系温度变化情况判断目标电池是否会发生热失控，包括：若目标电池的电芯体系温度中连续三秒的温升均大于3℃，则判定目标电池继续运行会发生
7.一种热失控极早预警装置，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的热失控极早预警装置，其特征在于，所述副反应包括下述中的至少一种：SEI膜分解反应；负极与电解液溶剂反应；正极与电解液溶剂反应；电解液溶质分解反应；内短路反应；正极过充导致的电解液分解反应；负极过充导致的SEI膜生长反应和负极过充导致的锂析出反应。
9.根据权利要求8所述的热失控极早预警装置，其特征在于，所述SEI膜分解反应的产热计算公式为：
10.根据权利要求9所述的热失控极早预警装置，其特征在于，所述预设固体传热模型为：
11.根据权利要求7-10中任一项所述的热失控极早预警装置，其特征在于，所述判断模块确定是否会发生热失控的方法为：若目标电池的电芯体系的温度变化呈指数增长，则判定目标电池继续运行会发生热失控。
12.根据权利要求7-10中任一项所述的热失控极早预警装置，其特征在于，所述判断模块确定是否会发生热失控的方法为：若目标电池的电芯体系温度中连续三秒的温升均大于3℃，则判定目标电池继续运行会发生热失控。
13.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品内存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储用于设备执行的程序代码，该程序代码包括用于执行如权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。
15.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种热失控极早预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的热失控极早预警方法，其特征在于，所述副反应包括下述中的至少一种：sei膜分解反应；负极与电解液溶剂反应；正极与电解液溶剂反应；电解液溶质分解反应；内短路反应；正极过充导致的电解液分解反应；负极过充导致的sei膜生长反应和负极过充导致的锂析出反应。
3.根据权利要求2所述的热失控极早预警方法，其特征在于，所述sei膜分解反应的产热计算公式为：
4.根据权利要求3所述的热失控极早预警方法，其特征在于，所述预设固体传热模型为：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的热失控极早预警方法，其特征在于，根据目标电池的电芯体系温度变化情况判断目标电池是否会发生热失控，包括：若目标电池的电芯体系的温度变化呈指数增长，则判定目标电池继续运行会发生热失控。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的热失控极早预警方法，其特征在于，根据目标电池的电芯体系温度变化情况判断目标电池是否会发生热失控，包括：若目标电池的电芯体系温度中连续三秒的温升均大于3℃，则判定目标电池继续运行会发生热失控。
7.一种热失控极早预警装置，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的热失控极早预警装置，其特征在于，所述副反应包括下述中的至少一种：sei膜分解反应；负极与电解液溶剂反应；正极与电解液溶剂反应；电解液溶质分解反应；内...
【专利技术属性】
技术研发人员：米元泽，魏永静，赵子昊，杨东辉，姜媛媛，屠芳芳，张芳平，相佳媛，王晓勇，谢高鹏，宓生润，张璞，朱尤祥，田安琪，江颖洁，侯秋华，朱国朋，吕德品，王锐，王琪，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司信息通信公司，
类型：发明
国别省市：
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