CN110370984A

CN110370984A - 动力电池热失控预警方法

Info

Publication number: CN110370984A
Application number: CN201910559034.7A
Authority: CN
Inventors: 潘岳; 冯旭宁; ***; 卢兰光; 韩雪冰
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Zhili Iotian Hangzhou Technology Co ltd
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2019-10-25
Anticipated expiration: 2039-06-26
Also published as: CN110370984B

Abstract

本申请提供一种动力电池热失控预警方法，通过电池单体电压和电池单体温度的实时检测数据，计算最低电池单体电压对平均电压的异常偏移，计算最高单体温度对平均温度的异常偏移。检测电池模组的电池值，并根据上述各种检测参数，计算荷电状态的异常偏移。同时实时检测可燃气体浓度和气体压力，判断可燃气体浓度是否达到阈值，气体压力是否达到阈值。综合考虑以上各参数，进行热失控预警。通过该方法可以在热失控发生前将热失控预警出来，从而很大程度降低了热失控造成的危害。本申请将有助于提高动力电池安全管理的可靠性，减少锂离子动力电池安全性事故的发生。

Description

动力电池热失控预警方法

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种动力电池热失控预警方法。

背景技术

为缓解能源短缺和环境污染问题，我国已经将新能源汽车列入战略性新兴技术产业。汽车动力***电动化已逐渐成为未来汽车技术发展的主要趋势之一。汽车动力***电动化的主要特征之一即使用电能替代化学能作为车辆主要的驱动能量来源。锂离子动力电池因其具有比能量高、自放电率低以及循环寿命长的特点，是目前最具实用价值的纯电动汽车能量源。

然而，随着锂离子电池在电动汽车上的大规模应用，以热失控为代表的锂离子动力电池安全性事故时有发生。锂离子动力电池事故通常表现为以热失控为核心的温度骤升、冒烟、起火甚至***等现象。热失控事故通常在短时间内释放出大量能量，极易造成人员伤亡与财产损失。因此热失控事故会打击民众接受电动汽车的信心，并阻碍电动汽车的普及。

锂离子动力电池热失控事故可能由机械滥用(挤压、针刺、碰撞等)、电滥用(过充电、过放电、内短路等)和热滥用引发。这三种滥用之间存在一定的内在联系，机械滥用导致电池的变形，而电池的变形有可能导致内短路，即导致电滥用，而电滥用往往伴随着焦耳热即化学反应热，热量的积聚导致热滥用，最终热滥用导致电池温度升高，引起热失控链式反应。

相关研究表明，目前尚无绝对可靠的方法避免热失控的反生以及热失控在电池***中的蔓延，因此，为了降低热失控的危害，在热失控发生之前做出热失控预警极为必要。传统的热失控预警方法检测精度低。

发明内容

基于此，有必要针对传统的热失控预警方法检测精度低的问题，提供一种动力电池热失控预警方法。

一种动力电池热失控预警方法，包括：

S10，实时获取动力电池的热失控参数，所述热失控参数包括动力电池模组中的每一个电池单体的电压值和温度值，所述热失控参数还包括所述动力电池模组的电流值、可燃气体的浓度及气体的压力；

S20，根据每一个所述电压值、每一个所述温度值、所述电流值、所述可燃气体的浓度以及所述气体的压力，分别获得第一故障位、第二故障位、第三故障位、第四故障位以及第五故障位；

S30，根据所述第一故障位、所述第二故障位、所述第三故障位、所述第四故障位以及所述第五故障位获得总故障位；

S40，判断所述总故障位是否大于或等于预设故障位阈值，当所述总故障位大于或等于所述预设故障位阈值时，进行热失控报警。

在其中一个实施例中，获得所述第五故障位的具体步骤包括：

根据每一个所述电池单体的电压值、每一个所述电池单体的温度值以及所述动力电池模组的电流值，获得平均荷电状态值和最小荷电状态值；

根据所述平均荷电状态值和所述最小荷电状态值，获得实际荷电状态差异值；

根据所述实际荷电状态差异值，获得所述第五故障位。

在其中一个实施例中，所述根据所述实际荷电状态差异值，获得所述第五故障位的具体步骤包括：

将预设荷电状态差异值的范围划分为多个荷电状态参考区间；

判断所述实际荷电状态差异值所属的荷电状态参考区间，进而确定所述第五故障位。

在其中一个实施例中，获得所述第一故障位的具体步骤包括：

根据每一个所述电池单体的电压值，获得单体电压平均值和单体电压最小值；

根据所述单体电压平均值和所述单体电压最小值，获得实际电池单体电压差异值；

根据所述实际电池单体电压差异值，获得所述第一故障位。

在其中一个实施例中，所述根据所述实际电池单体电压差异值，获得所述第一故障位的具体步骤包括：

将预设电池单体电压差异值的范围划分为多个电压参考区间；

判断所述实际电池单体电压差异值所属的电压参考区间，进而确定所述第一故障位。

在其中一个实施例中，获得所述第二故障位的具体步骤包括：

所述S30，根据每一个所述电池单体的温度值，获得单体温度平均值和单体温度最大值；

根据所述单体温度平均值和所述单体温度最大值，获得实际电池单体温度差异值；

根据所述实际电池单体温度差异值，获得所述第二故障位。

在其中一个实施例中，所述根据所述实际电池单体温度差异值，获得所述第二故障位的具体步骤包括：

将预设电池单体温度差异值的范围划分为多个温度参考区间；

判断所述实际电池单体温度差异值所属的温度参考区间，进而确定所述第二故障位。

在其中一个实施例中，获得所述第三故障位的具体步骤包括：

根据当前时刻可燃气体的浓度值和初始时刻可燃气体的浓度值，获得所述电池模组的实际浓度差异值；

根据所述实际浓度差异值，获得所述第三故障位。

在其中一个实施例中，所述根据所述实际浓度差异值，获得所述第三故障位的具体步骤包括：

将预设电池模组浓度差异值的范围划分为多个浓度参考区间；

判断所述实际浓度差异值所属的浓度参考区间，进而确定所述第三故障位。

在其中一个实施例中，获得所述第四故障位的具体步骤包括：

根据当前时刻气体的压力值和初始时刻气体的压力值，获得所述电池模组的实际压力差异值；

根据所述实际压力差异值，获得所述第四故障位。

在其中一个实施例中，所述根据所述实际压力差异值，获得所述第四故障位的具体步骤包括：

将预设电池模组压力差异值的范围划分为多个压力参考区间；

判断所述实际压力差异值所属的压力参考区间，进而确定所述第四故障位。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项所述的动力电池热失控预警方法的步骤。

上述动力电池热失控预警方法，通过电池单体电压和电池单体温度的实时检测数据，计算最低电池单体电压对平均电压的异常偏移，计算最高单体温度对平均温度的异常偏移。检测电池模组的电池值，并根据上述各种检测参数，计算荷电状态的异常偏移。同时实时检测可燃气体浓度和气体压力，判断可燃气体浓度是否达到阈值，气体压力是否达到阈值。综合考虑以上各参数，进行热失控预警。通过该方法可以在热失控发生前将热失控预警出来，从而很大程度降低了热失控造成的危害。本申请将有助于提高动力电池安全管理的可靠性，减少锂离子动力电池安全性事故的发生。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的动力电池热失控预警方法流程图；

图2为本申请一个实施例提供的总故障位的计算和热失控预警的判定条件示意图；

图3为本申请一个实施例提供的各参数的故障位和总故障位的曲线图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本申请一个实施例提供一种动力电池热失控预警方法。所述动力电池热失控预警方法包括：

S10，实时获取动力电池的热失控参数，所述热失控参数包括动力电池模组中的每一个电池单体的电压值和温度值，所述热失控参数还包括所述动力电池模组的电流值、可燃气体的浓度及气体的压力。步骤S10中，所述动力电池可以为锂离子动力电池。所述锂离子动力电池的额定容量可以为25Ah。可以通过多种传感器实时获取上述检测参数。

S20，根据每一个所述电压值、每一个所述温度值、所述电流值、所述可燃气体的浓度以及所述气体的压力，分别获得第一故障位、第二故障位、第三故障位、第四故障位以及第五故障位。具体的，可以根据每一个所述电池单体的电压值，获得单体电压平均值和单体电压最小值，根据所述单体电压平均值和所述单体电压最小值获得第一故障位。可以通过处理器对同一时刻所述电池模组中所有电池单体的单体电压值进行排序，并计算当前时刻的电压平均值。所述第一故障位可以取0、1或2。所述故障位的值越大，越有可能要发生热失控。

具体的，根据每一个所述电池单体的温度值，获得单体温度平均值和单体温度最大值，根据所述单体温度平均值和所述单体温度最大值获得第二故障位。可以通过处理器对同一时刻所述电池模组中所有电池单体的单体温度值进行排序，并计算当前时刻的温度平均值。所述第二故障位可以取0、1或2。所述故障位的值越大，越有可能要发生热失控。

具体的，根据所述动力电池模组的可燃气体的实时浓度值，获得第三故障位。在发生热失控前，所述可燃气体的浓度值会急剧增加，因此可以通过处理器判断所述可燃气体浓度的差异值的大小，进而确定所述第三故障位的值。所述第三故障位可以取0或1。

具体的，根据所述动力电池模组的气体的实时压力值，获得第四故障位。在发生热失控前，所述气体的压力值会急剧增加，因此可以通过处理器判断所述气体压力的差异值的大小，进而确定所述第四故障位的值。所述第四故障位可以取0或1。

具体的，根据每一个所述电池单体的电压值、每一个所述电池单体的温度值以及所述动力电池模组的电流值，获得平均荷电状态值和最小荷电状态值，根据所述平均荷电状态值和所述最小荷电状态值获得第五故障位。基于模型进行荷电状态估计,利用各节电池单体的最低电压V和最高温度T_max,k估计最小荷电状态值SOC_min,k，利用除去V的其余各节电池的平均电压VV除去T_max,k的其余各节电池的平均温度V估计平均荷电状态值V。所述第五故障位可以取0、1或2。

S30，根据所述第一故障位、第二故障位、第三故障位、第四故障位以及第五故障位获得总故障位。步骤S30中，当通过所述处理器分别确定了各个故障位的值之后，可以通过加法器计算总故障位的值，如图2所示。

S40，判断所述总故障位是否大于或等于预设故障位阈值，当所述总故障位大于或等于所述预设故障位阈值时，进行热失控报警。步骤S40中，所述预设故障位阈值可以通过多次试验进行设定。在一个可选实施例中，所述预设故障位阈值可以为5，如图3所示。

本实施例中，通过电池单体电压和电池单体温度的实时检测数据，计算最低电池单体电压对平均电压的异常偏移，计算最高单体温度对平均温度的异常偏移。检测电池模组的电池值，并根据上述各种检测参数，计算荷电状态的异常偏移。同时实时检测可燃气体浓度和气体压力，判断可燃气体浓度是否达到阈值，气体压力是否达到阈值。综合考虑以上各参数，进行热失控预警。通过该方法可以在热失控发生前将热失控预警出来，从而很大程度降低了热失控造成的危害。本申请将有助于提高动力电池安全管理的可靠性，减少锂离子动力电池安全性事故的发生。

在一个实施例中，根据每一个所述电池单体的电压值、每一个所述电池单体的温度值以及所述动力电池模组的电流值，获得平均荷电状态值和最小荷电状态值，根据所述平均荷电状态值和所述最小荷电状态值获得第五故障位的具体步骤包括：

根据所述平均荷电状态值和所述最小荷电状态值，获得实际荷电状态差异值。将预设荷电状态差异值的范围划分为多个荷电状态参考区间，每一个荷电状态参考区间对应设置一个第五故障位的值。判断所述实际荷电状态差异值所属的荷电状态参考区间，进而确定所述第五故障位。

可以通过拓展卡尔曼滤波估计SOC算法、无迹卡尔曼滤波估计SOC算法、自适应滤波估计SOC算法、滑膜观测器估计SOC算法、开路电压查表法或者其他SOC估计方法中的一种或多种获得所述平均荷电状态值和所述最小荷电状态值。还可以通过一阶RC的等效电路模型通过卡尔曼滤波的融合算法来获得所述平均荷电状态值和所述最小荷电状态值。

所述荷电状态参考区间的数量可以为三个，第一荷电状态参考区间对应设置的所述第五故障位的值为0，第二荷电状态参考区间对应设置的所述第五故障位的值为1，第三荷电状态参考区间对应设置的所述第五故障位的值为2。在一个可选的实施例中，所述第一荷电状态参考区间为[0％，10％)。所述第二荷电状态参考区间为[10％,20％)。所述第三荷电状态参考区间为[20％，+∞)。当所述实际荷电状态差异值大于10％时，所述第五故障位从0跳变到1。当所述实际荷电状态差异值大于20％时，所述第五故障位从1跳变到2。

在一个实施例中，根据每一个所述电池单体的电压值，获得单体电压平均值和单体电压最小值，根据所述单体电压平均值和所述单体电压最小值获得第一故障位的具体步骤包括：

根据所述单体电压平均值和所述单体电压最小值，获得实际电池单体电压差异值。将预设电池单体电压差异值的范围划分为多个电压参考区间，每一个电压参考区间对应设置一个第一故障位的值。判断所述实际电池单体电压差异值所属的电压参考区间，进而确定所述第一故障位。

所述电压参考区间的数量可以为三个。第一电压参考区间对应设置的所述第一故障位的值为0，第二电压参考区间对应设置的所述第一故障位的值为1，第三电压参考区间对应设置的所述第一故障位的值为2。在一个可选实施例中，所述第一电压参考区间为[0V，0.1V)。所述第二电压参考区间为[0.1V,5V)。所述第三电压参考区间为[5V，+∞)。当所述实际电池单体电压差异值大于0.1V时，所述第一故障位从0跳变到1。当所述实际电池单体电压差异值大于5V时，所述第一故障位从1跳变到2。

在一个实施例中，所述根据每一个所述电池单体的温度值，获得单体温度平均值和单体温度最大值，根据所述单体温度平均值和所述单体温度最大值获得第二故障位的具体步骤包括：

根据所述单体温度平均值和所述单体温度最大值，获得实际电池单体温度差异值。将预设电池单体温度差异值的范围划分为多个温度参考区间，每一个温度参考区间对应设置一个第二故障位的值。判断所述实际电池单体温度差异值所属的温度参考区间，进而确定所述第二故障位。

所述温度参考区间的数量可以为三个，第一温度参考区间对应设置的所述第二故障位的值为0，第二温度参考区间对应设置的所述第二故障位的值为1，第三温度参考区间对应设置的所述第二故障位的值为2。在一个可选的实施例中，所述第一温度参考区间为[0℃，5℃)。所述第二温度参考区间为[5℃,10℃)。所述第三温度参考区间为[10℃，+∞)。当所述实际电池单体温度差异值大于5℃时，所述第二故障位从0跳变到1。当所述实际电池单体温度差异值大于10℃时，所述第二故障位从1跳变到2。

在一个实施例中，所述根据所述动力电池模组的可燃气体的实时浓度值，获得第三故障位的具体步骤包括：

根据当前时刻可燃气体的浓度值和初始时刻可燃气体的浓度值，获得所述电池模组的实际浓度差异值。将预设电池模组浓度差异值的范围划分为多个浓度参考区间，每一个浓度参考区间对应设置一个第三故障位的值。判断所述实际浓度差异值所属的浓度参考区间，进而确定所述第三故障位。所述初始时刻的可燃气体的浓度值可以是检测开始时刻的可燃气体的浓度值。所述初始时刻的可燃气体的浓度值还可以是所述处理器任意设定的某一在前时刻的可燃气体的浓度值。

所述浓度参考区间的数量可以为两个，第一浓度参考区间对应设置的所述第三故障位的值为0，第二浓度参考区间对应设置的所述第三故障位的值为1。这里需要指出的是，检测可燃气体浓度的传感器可以是气体传感器。所述气体传感器可以是半导体气敏传感器。所述气体传感器的工作原理主要是，随着待检测气体浓度的增加，半导体的电阻会改变，将这个半导体和一个定值电阻串联，通过测量半导体两端的电压，就可以检测待测气体浓度了。因此可以通过所述气体传感器检测到的电压值反应所述可燃气体的浓度值。在一个可选的实施例中，所述第一浓度参考区间为[0V，1V)。所述第二浓度参考区间为[1V,+∞)。当所述实际浓度差异值大于1V时，所述第三故障位从0跳变到1。

在一个实施例中，所述根据所述动力电池模组的气体的实时压力值，获得第四故障位的具体步骤包括：

根据当前时刻气体的压力值和初始时刻气体的压力值，获得所述电池模组的实际压力差异值。将预设电池模组压力差异值的范围划分为多个压力参考区间，每一个压力参考区间对应设置一个第四故障位的值。判断所述实际压力差异值所属的压力参考区间，进而确定所述第四故障位。所述初始时刻气体的压力值可以是检测开始时刻的气体的压力值。所述初始时刻的气体的压力值还可以是所述处理器任意设定的某一在前时刻的气体的压力值。

表一、各参数阈值和各参数故障位的确定条件

所述压力参考区间的数量为两个，第一压力参考区间对应设置的所述第四故障位的值为0，第二压力参考区间对应设置的所述第四故障位的值为1。在一个可选的实施例中，所述第一压力参考区间为[0KPa，10KPa)。所述第二压力参考区间为[10KPa,+∞)。当所述实际压力差异值大于10KPa时，所述第四故障位从0跳变到1。本申请一个实施例提供的各参数阈值和各参数故障位的确定条件如下表一所示。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种动力电池热失控预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的动力电池热失控预警方法，其特征在于，获得所述第五故障位的具体步骤包括：

根据所述实际荷电状态差异值，获得所述第五故障位。

3.根据权利要求2所述的动力电池热失控预警方法，其特征在于，所述根据所述实际荷电状态差异值，获得所述第五故障位的具体步骤包括：

4.根据权利要求1所述的动力电池热失控预警方法，其特征在于，获得所述第一故障位的具体步骤包括：

根据所述实际电池单体电压差异值，获得所述第一故障位。

5.根据权利要求4所述的动力电池热失控预警方法，其特征在于，所述根据所述实际电池单体电压差异值，获得所述第一故障位的具体步骤包括：

6.根据权利要求1所述的动力电池热失控预警方法，其特征在于，获得所述第二故障位的具体步骤包括：

根据所述实际电池单体温度差异值，获得所述第二故障位。

7.根据权利要求6所述的动力电池热失控预警方法，其特征在于，所述根据所述实际电池单体温度差异值，获得所述第二故障位的具体步骤包括：

8.根据权利要求1所述的动力电池热失控预警方法，其特征在于，获得所述第三故障位的具体步骤包括：

根据所述实际浓度差异值，获得所述第三故障位。

9.根据权利要求8所述的动力电池热失控预警方法，其特征在于，所述根据所述实际浓度差异值，获得所述第三故障位的具体步骤包括：

10.根据权利要求1所述的动力电池热失控预警方法，其特征在于，获得所述第四故障位的具体步骤包括：

根据所述实际压力差异值，获得所述第四故障位。

11.根据权利要求10所述的动力电池热失控预警方法，其特征在于，所述根据所述实际压力差异值，获得所述第四故障位的具体步骤包括：

12.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至11中任一项所述的动力电池热失控预警方法的步骤。