【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子动力电池热失控与热安全，尤其是涉及一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统及方法。
技术介绍
1、锂离子动力电池在比能量、循环寿命等方面具有突出优势，目前已被广泛应用于新能源汽车和电化学储能领域。由于各类锂离子电池的电解质以碳酸盐电解质为主，而随着充放电循环次数的增加，不可避免地会积累气体，导致电池鼓包，存在安全隐患。当短路、过充电或过放电等异常情况导致电池内部温度急剧升高时，电解液分解产生大量气体，还有可能导致热失控现象，给车辆和人员安全带来重大风险。
2、为了解决电池热失控时内部压力持续升高而引发爆炸的问题，现有技术通过在锂离子硬壳电池的顶部设置安全阀，当电池内部发生热失控时，内部压力超过安全阀的爆破压力，顶部的安全阀就会破裂，气体被及时排出，从而避免发生更严重的爆炸事故。但是，安全阀打开后，电池内部的化学物质仍会在高温条件下与外部大气中的氧气发生反应，导致燃烧事故。因此，及时发现热失控并采取有效措施才是确保电池安全的关键。
3、现有的热失控检测方法通常依赖于热信号(表面温度)以及电信号(电流和电压)，这就需要为电池组内每个电池安装大量热电偶或电流传感器，导致成本较高；此外，由于热失控过程涉及极其复杂的反应机制，而且不同材料体系电池间存在较大差异，目前尚无较为可靠、普适的热失控预警方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统及方法，能够低成本、简单可靠地
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，包括电池组，所述电池组内各电池壳体上设置有声学安全阀，所述电池组的下方设置有液冷板，所述电池组的上方设置有麦克风和灌注设备，所述电池组、声学安全阀、液冷板、麦克风和灌注设备分别与电池管理端通信连接，所述声学安全阀用于连通电池壳体内外部气体空间，所述声学安全阀为常闭状态；
3、所述麦克风用于采集声学安全阀泄压时的声音信息，并传输至电池管理端进行数据分析；
4、所述电池管理端根据声学安全阀泄压时的声音信息，确定出电池组是否发生热失控，并相应控制液冷板和灌注设备的工作状态。
5、进一步地，所述声学安全阀包括内部空腔的阀体，所述阀体的底部开设有流体入口，所述阀体的上端开设有出气孔，所述流体入口内设置有密封件，所述密封件通过弹性部件与簧片相连接。
6、进一步地，所述弹性部件在弹性限度内满足胡克定律，所述弹性部件的最大形变压力大于电池内部气压设定的上限。
7、进一步地，所述灌注设备包括灭火剂存储器及其连接的喷头。
8、进一步地，所述电池管理端连接有报警器，当电池管理端确定出电池组发生热失控，则输出相应指令给报警器发出警报提示。
9、进一步地，所述麦克风的非工作表面涂覆有耐高温材料。
10、一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护方法，包括以下步骤：
11、s1、麦克风实时采集声学安全阀泄压时的声音信息，并传输至电池管理端；
12、s2、根据采集的声音信息，电池管理端通过计算相应声学特征值，以判断是否存在鸣音，若判断为是，则执行步骤s3，否则返回步骤s1；
13、s3、计算鸣音持续时间，并判断鸣音持续时间是否大于预设热失控阈值，若判断为是，则电池管理端输出控制指令给灌注设备、启动灭火灌注操作，否则电池管理端输出控制指令给液冷板、以增强散热效果。
14、进一步地，所述步骤s2中声学特征值包括时域声学特征和频域声学特征。
15、进一步地，所述时域声学特征包括声压级、短时能量、短时过零率。
16、进一步地，所述频域声学特征包括子带能量比、谱质心、基音周期。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
18、本专利技术在电池组内各电池壳体上设置声学安全阀，在电池组的下方设置液冷板，在电池组的上方设置麦克风和灌注设备，并将电池组、声学安全阀、液冷板、麦克风和灌注设备分别与电池管理端通信连接，利用声学安全阀连通电池壳体内外部气体空间；利用麦克风采集声学安全阀泄压时的声音信息；利用电池管理端根据声学安全阀泄压时的声音信息，确定出电池组是否发生热失控，以相应控制液冷板和灌注设备的工作状态。由此能够无损地对电池组状态进行检测，也无需进行复杂的数据处理过程，即可快速、准确地实现不同材料体系电池热失控安全防护，同时具有结构简单可靠、构造成本低的优点。
19、本专利技术采用声学安全阀的方式，运用声学安全阀自身特点，通过设计阀门结构来实现开启压力的调节，从而满足不同型号电池的热失控蔓延阻断安全防护；基于声学安全阀门泄压时其固有频率与流体频率发生共振，从而发出非稳态尖锐鸣音的特点，对稳态噪声具有一定的天然抗噪性，同时，能够在发生热失控产生压力变化时，实现泄压、抑制失控和及时阻断热失控蔓延，从而起到一定的降低爆破损害的效果。
20、本专利技术通过麦克风实时采集声学安全阀泄压时的声音信息，并由电池管理端进行声学特征计算，以确定出是否存在鸣音以及计算鸣音持续时间，能够简单、准确地判断出当前电池组是否发生热失控，并及时控制液冷板和灌注设备的工作状态，以增强散热或实现灭火操作，从而有效提升电池组运行的安全性。
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1.一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，其特征在于，包括电池组(1)，所述电池组(1)内各电池壳体(101)上设置有声学安全阀(3)，所述电池组(1)的下方设置有液冷板(2)，所述电池组(1)的上方设置有麦克风(4)和灌注设备(5)，所述电池组(1)、声学安全阀(3)、液冷板(2)、麦克风(4)和灌注设备(5)分别与电池管理端(6)通信连接，所述声学安全阀(3)用于连通电池壳体(101)内外部气体空间，所述声学安全阀(3)为常闭状态；
2.根据权利要求1所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，其特征在于，所述声学安全阀(3)包括内部空腔的阀体(302)，所述阀体(302)的底部开设有流体入口(303)，所述阀体(302)的上端开设有出气孔(307)，所述流体入口(303)内设置有密封件(304)，所述密封件(304)通过弹性部件(305)与簧片(306)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，其特征在于，所述弹性部件(305)在弹性限度内满足胡克定律，所述弹性部件(305)的最大形变压力大于电池内部气
4.根据权利要求1所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，其特征在于，所述灌注设备(5)包括灭火剂存储器及其连接的喷头。
5.根据权利要求1所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，其特征在于，所述电池管理端(6)连接有报警器，当电池管理端(6)确定出电池组(1)发生热失控，则输出相应指令给报警器发出警报提示。
6.根据权利要求1所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，其特征在于，所述麦克风(4)的非工作表面涂覆有耐高温材料。
7.一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护方法，应用于如权利要求1所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护方法，其特征在于，所述步骤S2中声学特征值包括时域声学特征和频域声学特征。
9.根据权利要求8所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护方法，其特征在于，所述时域声学特征包括声压级、短时能量、短时过零率。
10.根据权利要求8所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护方法，其特征在于，所述频域声学特征包括子带能量比、谱质心、基音周期。
...【技术特征摘要】
1.一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，其特征在于，包括电池组(1)，所述电池组(1)内各电池壳体(101)上设置有声学安全阀(3)，所述电池组(1)的下方设置有液冷板(2)，所述电池组(1)的上方设置有麦克风(4)和灌注设备(5)，所述电池组(1)、声学安全阀(3)、液冷板(2)、麦克风(4)和灌注设备(5)分别与电池管理端(6)通信连接，所述声学安全阀(3)用于连通电池壳体(101)内外部气体空间，所述声学安全阀(3)为常闭状态；
2.根据权利要求1所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，其特征在于，所述声学安全阀(3)包括内部空腔的阀体(302)，所述阀体(302)的底部开设有流体入口(303)，所述阀体(302)的上端开设有出气孔(307)，所述流体入口(303)内设置有密封件(304)，所述密封件(304)通过弹性部件(305)与簧片(306)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于声学安全阀的锂离子电池安全防护系统，其特征在于，所述弹性部件(305)在弹性限度内满足胡克定律，所述弹性部件(305)的最大形变压力大于电池内部气压设定的上限。
4.根据权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：张立军，朱哲慧，王玉洁，孟德建，陈思琦，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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