CN116087775A - 用于对电池进行安全状态评估的方法及电池管理*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对电池进行安全状态评估的方法，该方法包括：第一步骤(S1)，在该第一步骤中，采集表征电池的实时状态的检测数据，第二步骤(S2)，在该第二步骤中，对所采集到的检测数据进行数据处理(S21‑S28)，第三步骤(S3)，在该第三步骤中，根据所述数据处理的结果进行综合分析，从而得出危险评估结果(S3)，第四步骤(S4)，在该第四步骤中，根据所得出的危险评估结果，执行应对措施，所述危险评估结果能够表明电池是否处于不同的危险阶段，所述应对措施根据所述危险阶段的不同而不同。本发明还涉及一种电池管理***。

Description

用于对电池进行安全状态评估的方法及电池管理***

技术领域

本发明涉及一种用于对电池、尤其是锂离子电池进行安全状态评估的方法及电池管理***。

背景技术

在现有技术中已知多种锂离子电池，其可以应用于固定式储能领域，如风力发电，光伏，5G基站等，也可以应用于移动设备，例如作为车用动力电池等。

多种用于电池管理的方法和***，其中对于电池的安全状态作出评估。例如，CN110323805A公开了一种电池管理模块及电路；其中，电池保护及电量计算单元对电池进行过充电保护、过热保护和对电池的电量进行计算以及检测电池的状态，既检测电池的温度及电压等，实现延长电池的使用寿命及安全性；电池保护及电量计算单元检测到电池满足正常的工作状态后控制单向开关单元进行正向导通使电池的电能输向电能输出单元，实现供电输出。

CN113410520A公开了一种改善软包装锂离子电池热滥用安全性能的方法，包括将错位结构正负极片头部导热系数高的金属集流体的空箔区用薄型胶带覆盖，增加热滥用测试过程中电池内部产生的气体的膨胀空间；选用金属带经过削边处理的正、负极耳以提高顶封边极耳及其附近区域的封装强度；顶封边、侧封边和二封边内部预留位保持较大水平可以增加热滥用测试过程中电池内部产生的气体的膨胀空间，电池密封性不易遭到破坏；以及选用热收缩率较小的陶瓷隔膜作为正负极片的隔离膜。其可以大幅度提高在热滥用测试过程中快速大量产气的电池型号的热滥用测试通过率。

CN113412208A公开了一种用于确定指示车辆的能量存储***(ESS)的功率容量的运行参数的方法，其中，所述方法包括以下步骤：确定所述ESS的状态温度；基于所确定的所述ESS的状态温度和所述ESS的最大温度阈值来确定在给定时间段内所述ESS的容许温度升高值，该最大温度阈值指示了所述ESS的安全温度水平和所述ESS的工作使用寿命温度水平中的任一个；以及，基于所确定的所述ESS的容许温度升高值来确定所述给定时间段内所述ESS的最大运行功率水平。

在现有技术中，一方面仅通过对电池的电压、温度、电流检测来评估危险情况，因而评估不够准确及时。另一方面，现有技术中的方法往往仅针对一种安全状况进行评估，而不能综合性地对于电池的安全状态作出评估。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种用于对电池进行安全状态评估的方法及电池管理***，其能够实现对安全状态的及时、准确、全面的评估，并且同时能够提高电池寿命估算的准确性。

根据本发明，用于对电池进行安全状态评估的方法包括：

第一步骤，在该第一步骤中，采集表征电池的实时状态的检测数据，

第二步骤，在该第二步骤中，对所采集到的检测数据进行数据处理，

第三步骤，在该第三步骤中，根据所述数据处理的结果进行综合分析，从而得出危险评估结果，

第四步骤，在该第四步骤中，根据所得出的危险评估结果，执行应对措施，

其特征在于，

所述危险评估结果能够表明电池是否处于不同的危险阶段，所述应对措施根据所述危险阶段的不同而不同。

根据本发明的方法，对于电池的不同的危险阶段做出区分并且分别地采取相应的应对措施，从而实现了从提前早期预警到单体热失控报警的全时间段覆盖。因而，能够在热失控还未发生的早期便通过相应的评估和应对，从而更早地应对热状况、进而提高电池的使用寿命。

根据一种优选的实施方式，所述不同的危险阶段包括以下阶段中的一个或多个：滥用阶段、自发热阶段、热失控阶段。

根据一种优选的实施方式，针对滥用阶段采取的应对措施包括限制充放电和/或限制功率输出，或者针对自发热阶段采取的应对措施包括利用热管理***进行主动冷却，或者针对热失控阶段采取的应对措施包括发出警报和/激活灭火操作。

根据一种优选的实施方式，所述检测数据包括以下数据中的一项或多项：电池模块壳体的应变量数据、电池温度数据、充放电电流数据、电池内阻抗数据、电池外壳变形数据、电池电压数据、气体浓度数据、气体压力数据。

根据一种优选的实施方式，第二步骤包括多个子步骤，在这些子步骤中分别对不同的检测数据进行处理。

根据一种优选的实施方式，所述多个子步骤并行进行。

根据一种优选的实施方式，仅根据部分的数据处理结果得出综合分析结果。

根据一种优选的实施方式，仅根据电池模块壳体的应变量数据得出危险评估结果，和/或

仅根据电池温度数据得出危险评估结果，和/或

仅根据充放电电流数据得出危险评估结果，和/或

仅根据电池内阻抗数据得出危险评估结果，和/或

仅根据电池外壳变形数据得出危险评估结果，和/或

仅根据电池电压数据得出危险评估结果，和/或

仅根据气体浓度数据得出危险评估结果，和/或

仅根据气体压力数据得出危险评估结果。

根据一种优选的实施方式，在第三步骤中，对所有的数据处理结果进行综合分析，以得出危险评估结果。

本发明还涉及一种电池管理***，该电池管理***包括控制器，该控制器用于实施本发明的方法。

附图说明

图1是根据本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图并通过具体的实施例来描述根据本发明的用于对电池进行安全状态评估的方法及电池管理***。然而，示例性实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明全面和完整，并将示例性实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。

图1示出根据本发明方法的流程图。首先，在第一步骤S1中，将各个检测装置的检测数据传递给电池管理***的控制器。在此示例中，检测装置包括：电池模块应变传感器、电池温度监测装置、充放电电流监测装置、电池内阻抗监测装置、电池外壳变形监测装置、电池电压传感器、气体浓度传感器、气体压力传感器。

优选地，电池模块应力传感器为贴在电池模块壳体上的应变片，其将电池模块壳体的应变量数据传递给电池管理***的控制器。电池温度监测装置可以包括一个或多个温度传感器，其将所监测装置到的温度数据传递给控制器。优选地，可以设置多个温度传感器并且将多个温度值传递给控制器。充放电电流监测装置用于监测电池的充电电流以及放电电流，并且将该充放电电流数据传递给控制器。电池内阻抗监测装置用于检测或计算出电池内阻抗，例如，电池内阻监测装置可以包括电压、电流传感器，并且基于电压、电流传感器的测量数据计算出电池内阻抗，最终将该电池内阻抗传输给控制器。或者也可以将相关的原始数据传递给控制器，再由控制器得出内阻抗值。电池外壳变形监测装置例如检测电池整体的外壳的局部变形，例如具体地检测电池外壳的加速度、振动、应力等。电池电压传感器例如检测每个电池单体的单体电压。气体浓度传感器例如监测电池内部的二氧化碳和有机挥发物的浓度并将气体浓度数据传递给控制器。体压力传感器例如监测电池内部的气体压力并将气体压力数据传递给控制器。

在第二步骤S2中，电池管理***的控制器对于所接收到的各个检测数据进行处理。第二步骤包括多个子步骤S21～S28，在这些子步骤中分别对不同的检测数据进行处理。在子步骤S21中，控制器对电池模块壳体的应变量数据进行处理。例如，将应变量数据与第一应变阈值、第二应变阈值、第三应变阈值相比较，从而判定应变量数据所处的范围。由此，例如可以得出一无量纲的应变量评价值。例如，如果应变量数据小于第一应变阈值，则规定应变量评价值为0。如果应变量数据大于第一应变阈值且小于第二应变阈值，则规定应变量评价值为1。如果应变量数据大于第二应变阈值且小于第三应变阈值，则规定应变量评价值为2。如果应变量数据大于第三应变阈值，则规定应变量评价值为3当然，也可以设想其它的合适的评价方式。

在子步骤S22中，控制器对电池的温度数据进行处理。对于存在多个温度数据的情况，可以利用模型或算法得出经处理的温度值。例如，将经处理的温度值与第一温度阈值、第二温度阈值相比较，从而判定温度值所处的范围。由此，例如可以得出一无量纲的温度评价值。例如，如果温度值小于第一应变阈值，则规定温度评价值为0。如果温度值大于第一应变阈值且小于第二应变阈值，则规定温度评价值为1。如果温度值大于第二应变阈值且小于第三应变阈值，则规定温度评价值为2。如果温度值大于第三应变阈值，则规定温度评价值为3。或者也可以评价温度值的变化速度，例如当温度值的变化速率大于温度变化速率阈值时，温度评价值为4。当然，也可以设想其它的合适的评价方式。

在子步骤S23中，控制器对电池的充放电电流数据进行处理。例如，判定是否存在充放电电流异常，例如如果充电或放电速度过快，则认为存在充放电电流异常。同样地，可以得出一无量纲的充放电评价值。例如，如果不存在充放电电流异常，则规定充放电评价值为0。如果存在充放电电流异常，则规定充放电评价值为1。当然，也可以设想其它的合适的评价方式。

在子步骤S24中，控制器对所接收的电池内阻抗数据进行处理。例如，判定是否存在内阻抗异常。同样地，可以得出一无量纲的内阻抗评价值。例如，如果不存在内阻抗异常，则规定内阻抗价值为0。如果存在内阻抗异常，则规定内阻抗评价值为1。当然，也可以设想其它的合适的评价方式。

在子步骤S25中，控制器对电池外壳变形数据进行处理。例如，判定是否存在电池外壳极限变形，例如如果在电池外壳中存在极大的加速度、振动或应变则认为存在电池外壳极限变形。同样地，可以得出一无量纲的充放电评价值。例如，如果不存在电池外壳极限变形，则规定电池外壳变形评价值为0。如果存在电池外壳极限变形，则规定电池外壳变形评价值为1。当然，也可以设想其它的合适的评价方式。

在子步骤S26中，控制器对气体浓度数据进行处理。例如，判定是否存在气体浓度异常。同样地，可以得出一无量纲的气体浓度评价值。例如，如果不存在气体浓度异常，则规定气体浓度评价值为0。如果存在气体浓度异常，则规定气体浓度评价值为1。当然，也可以设想其它的合适的评价方式。

在子步骤S27中，控制器对气体压力数据进行处理。例如，判定是否存在气体压力异常。同样地，可以得出一无量纲的气体压力评价值。例如，如果不存在气体压力异常，则规定气体压力评价值为0。如果存在气体压力异常，则规定气体压力评价值为1。当然，也可以设想其它的合适的评价方式。

在子步骤S28中，控制器对电池电压的数据进行处理。例如，判定是否存在电池电压异常。例如当存在单体电压下降多于25％时，判定存在该电池电压异常。同样地，可以得出一无量纲的电池电压评价值。例如，如果不存在电池电压异常，则规定电池电压评价值为0。如果存在电池电压异常，则规定气体压力评价值为1。当然，也可以设想其它的合适的评价方式。

如图1所示，在本实施例中子步骤S21至S28并行地执行，但也可以设想使这些步骤按照一定的顺序依次执行。或者是某此子步骤彼此并行，但某些子步骤串行地执行。

在执行第二步骤S2之后，转到第三步骤S3中，其中对第二步骤S2的处理结果进行综合分析，从而例如得出危险评估结果。该危险评估结果：电池是否处于不同的危险阶段。所述危险阶段例如包括滥用阶段、自发热阶段以及热失控阶段。

在此，例如可以仅凭借部分的评价指标或评价值得出综合分析结果。

例如，在应变量评价值为1时判定存在滥用阶段，在应变量评价值为2时判定存在自发热阶段，在应变量评价值为3时判定存在热失控阶段。

例如，在温度评价值为1时判定存在滥用阶段，在温度评价值为2时判定存在自发热阶段，在温度评价值为3或4时判定存在热失控阶段。

例如，在充放电评价值为1时判定存在滥用阶段。

例如，在内阻抗价值为1时判定存在滥用阶段。

例如，在电池外壳变形评价值为1时判定存在滥用阶段。

例如，在气体浓度评价值为1时判定存在自发热阶段。

例如，在气体压力评价值为1时判定存在热失控阶段。

例如，在气体压力评价值为1时判定存在热失控阶段。

但是，也可以根据上述处理结果综合地对危险情况作出判断，例如，针对S21-S28中的多项、或所有的结果作出综合的分析、例如加权评估，从而得出相应危险阶段判断。

然后，在第四步骤S4中，根据在第三步骤S3中得出的危险评估结果执行相应的应对措施。例如，如果出现滥用阶段，则限制充放电和/或限制功率输出。如果出现自发热阶段，则利用热管理***进行主动冷却。如果出现热失控阶段，则发出警报和/激活灭火操作。当然，也可以设想其它的应对措施，例如但不限于，针对每种危险阶段都提出相应的阶段警报等等。

通过设置三级的阶段管理策略以及相应的应对措施，一方面能够实现在热失控还未发生的早期感知到热管理的危险状态。另一方面，可通以针对性地采取主动安全控制措施，从而实现更为安全的电源管理策略。

另外，本发明还涉及一种电池管理***，该电池管理***包括控制器和检测装置，该控制器用于执行根据本发明的方法。

本领域技术人员在考虑以上实施方式公开的内容后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种用于对电池进行安全状态评估的方法，该方法包括：

第一步骤(S1)，在该第一步骤中，采集表征电池的实时状态的检测数据，

第二步骤(S2)，在该第二步骤中，对所采集到的检测数据进行数据处理(S21-S28)，

第三步骤(S3)，在该第三步骤中，根据所述数据处理的结果进行综合分析，从而得出危险评估结果(S3)，

第四步骤(S4)，在该第四步骤中，根据所得出的危险评估结果，执行应对措施，

其特征在于，

所述危险评估结果能够表明电池是否处于不同的危险阶段，所述应对措施根据所述危险阶段的不同而不同。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同的危险阶段包括以下阶段中的一个或多个：滥用阶段、自发热阶段、热失控阶段。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，针对滥用阶段采取的应对措施包括限制充放电和/或限制功率输出，或者针对自发热阶段采取的应对措施包括利用热管理***进行主动冷却，或者针对热失控阶段采取的应对措施包括发出警报和/激活灭火操作。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测数据包括以下数据中的一项或多项：

电池模块壳体的应变量数据、电池温度数据、充放电电流数据、电池内阻抗数据、电池外壳变形数据、电池电压数据、气体浓度数据、气体压力数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步骤包括多个子步骤(S21～S28)，在这些子步骤中分别对不同的检测数据进行处理。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个子步骤(S21～S28)并行进行。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在第三步骤中，仅根据部分的数据处理结果得出综合分析结果。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

仅根据电池模块壳体的应变量数据得出危险评估结果，和/或

仅根据电池温度数据得出危险评估结果，和/或

仅根据充放电电流数据得出危险评估结果，和/或

仅根据电池内阻抗数据得出危险评估结果，和/或

仅根据电池外壳变形数据得出危险评估结果，和/或

仅根据电池电压数据得出危险评估结果，和/或

仅根据气体浓度数据得出危险评估结果，和/或

仅根据气体压力数据得出危险评估结果。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第三步骤中，对所有的数据处理结果进行综合分析，以得出危险评估结果。

10.一种电池管理***，该电池管理***包括控制器，该控制器用于实施根据权利要求1-9中任一项所述的方法。

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