一种锂电池实时状态监控及热失控报警方法及装置与流程

本发明涉及锂电池状态监控领域，特别是一种锂电池实时状态监控及热失控报警方法及装置。

背景技术：

锂电池具有高电压、高比能量、高充放电效率等优点，已广泛应用于多个领域。但是锂电池热失控事故时有发生，其燃烧速度快、温度高、反应剧烈，易产生可燃气体甚至引起爆炸，同时还会产生大量有毒气体，这些引发的后果一定程度上限制了锂电池的应用和发展。

如何对锂电池进行实时监控及热失控报警成为当前迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锂电池实时状态监控及热失控报警方法及装置，对锂电池进行实时监控及热失控报警，提高锂电池的使用安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种锂电池实时状态监控及热失控报警方法，包括以下步骤：

s1：锂电池状态传感模块实时检测锂电池状态数据并将锂电池状态数据传送至数据处理模块；

s2：所述数据处理模块对锂电池状态数据进行分析并识别锂电池故障；

s3：所述数据处理模块根据锂电池故障判断是否发出热失控报警。

进一步，所述锂电池状态数据包括表面温度数据、形变数据、锂电池出现泄漏时的co浓度数据以及voc浓度数据；

所述锂电池故障包括超温故障、过压故障、气体泄漏故障；

所述表面温度数据用于判断锂电池是否出现超温故障；

所述形变数据用于判断锂电池是否出现过压故障；

所述co浓度数据以及voc浓度数据用于判断锂电池是否出现气体泄漏故障。

进一步，所述步骤s2包括以下子步骤：

s201：根据所述表面温度数据计算温度变化速率；

s202：如果所述表面温度数据低于第一温度阈值且温度变化速率不低于变化速率阈值，或者表面温度数据不低于第一温度阈值且低于第二温度阈值，则发出超温预警；如果表面温度数据不低于第二温度阈值，则发出超温报警；

s203：如果所述形变数据不低于第一形变阈值且低于第二形变阈值，则发出过压预警；如果形变数据不低于第二形变阈值，则发出过压报警；

s204：如果所述co浓度数据不低于co浓度阈值或voc浓度数据不低于voc浓度阈值，则发出气体泄漏报警。

进一步，如果出现所述超温报警、过压报警及气体泄漏报警中的任意两条，则数据处理模块发出电池热失控报警。

进一步，所述锂电池实时状态监控及热失控报警方法还包括以下步骤：

s4：所述数据处理模块通过数据传输模块将锂电池状态数据、分析得出的锂电池故障以及热失控报警信息发送到服务器。

一种锂电池实时状态监控及热失控报警装置，包括锂电池状态传感模块以及数据处理模块，所述锂电池状态传感模块与数据处理模块电连接；

所述锂电池状态传感模块检测到的锂电池状态数据传送至数据处理模块，所述数据处理模块对锂电池状态数据进行分析、识别锂电池故障并判断是否发出电池热失控报警。

进一步，所述锂电池状态传感模块包括温度传感器、形变传感器、co浓度传感器以及voc浓度传感器；

所述温度传感器用于获取锂电池表面的温度数据；

所述形变传感器用于获取锂电池的形变数据；

所述co浓度传感器及voc浓度传感器用于获取锂电池出现泄漏时的co浓度数据及voc浓度数据。

进一步，所述数据处理模块集成有mcu。

进一步，所述温度传感器紧贴锂电池外壳，所述形变传感器固定在锂电池外壳上，所述co浓度传感器及voc浓度传感器设于锂电池上方。

进一步，所述数据处理模块电连接有数据传输模块，所述数据传输模块将数据处理模块收到的锂电池状态数据、分析得出的锂电池故障以及热失控报警信息发送到服务器。

进一步，所述数据传输模块为全双功无线数据传输电路，所述全双功无线数据传输电路进行无线数据传输。

进一步，所述数据处理模块电连接有寄生供电电路，所述寄生供电电路通过电源输入端子连接至锂电池本体上。

进一步，所述温度传感器及形变传感器均为柔性电路结构。

进一步，所述锂电池状态传感模块、数据处理模块、数据传输模块以及寄生供电电路均安装在同一块柔性电路板上。

本发明的有益效果是：

通过对锂电池状态进行实时检测并分析识别锂电池故障，可对锂电池状态进行实时监控并进行热失控报警，提高锂电池的使用安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电气原理示意图；

图3为本发明的流程图。

图中，1-温度传感器、2-形变传感器、3-co浓度传感器、4-voc浓度传感器、5-mcu、6-全双功无线数据传输电路、7-寄生供电电路。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，于是图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例：

如图1至图2所示，一种锂电池实时状态监控及热失控报警方法，包括以下步骤：

s1：锂电池状态传感模块实时检测锂电池状态数据并将锂电池状态数据传送至数据处理模块；

s2：所述数据处理模块对锂电池状态数据进行分析并识别锂电池故障；

s3：所述数据处理模块根据锂电池故障判断是否发出热失控报警。

通过对锂电池状态进行实时检测并分析识别锂电池故障，可对锂电池状态进行实时监控并进行热失控报警，提高锂电池的使用安全性。

所述锂电池状态数据包括表面温度数据、形变数据、锂电池出现泄漏时的co浓度数据以及voc浓度数据；

所述锂电池故障包括超温故障、过压故障、气体泄漏故障；

所述表面温度数据用于判断锂电池是否出现超温故障；

所述形变数据用于判断锂电池是否出现过压故障；

所述co浓度数据以及voc浓度数据用于判断锂电池是否出现气体泄漏故障。

导致锂电池发生热失控的主要原因有热滥用、机械滥用和电滥用，而其本质原因是热过载。对锂电池热失控过程不加分析，仅仅简单堆砌各类型的传感器，将造成检测装置信号复杂、小型化困难及造价昂贵；对各传感器信号只进行简单的叠加形成判断策略，将导致误报错报。

针对锂电池热失控问题，通过检测锂电池表面温度数据、形变数据、锂电池出现泄漏时的co浓度数据及voc浓度数据，准确的反映热失控所呈现的超温、过压、气体泄漏这三个典型阶段特征，即超温故障、过压故障、气体泄漏故障，使用户准确把握锂电池的实时状态。

所述步骤s2包括以下子步骤：

s201：根据所述表面温度数据t计算温度变化速率vt；设置变化速率阈值thvt、第一温度阈值etmin、第二温度阈值etmax；

温度变化速率vt通过在固定时间周期取两个时刻t1、t2，t1、t2时刻对应的温度值为t1、t2。

则：

s202：如果所述表面温度数据低于第一温度阈值(t＜etmin)且温度变化速率不低于变化速率阈值(vt≥thvt)，或者表面温度数据不低于第一温度阈值且低于第二温度阈值(etmin≤t＜etmax)，则发出超温预警；如果表面温度数据不低于第二温度阈值(t≥etmax)，则发出超温报警；

如果表面温度数据低于第一温度阈值(t＜etmin)，且温度变化速率低于变化速率阈值(vt＜thvt)，则电池表面温度正常；

s203：设置第一形变阈值epmin、第二形变阈值epmax；

如果所述形变数据p不低于第一形变阈值且低于第二形变阈值(epmin≤p＜epmax)，则发出过压预警；如果形变数据p不低于第二形变阈值(p≥epmax)，则发出过压报警；

当形变数据p低于第一形变阈值(p＜epmin)时，则电池形状状态正常；

s204：设置co浓度阈值thco与voc浓度阈值thvoc；

如果所述co浓度数据不低于co浓度阈值或voc浓度数据不低于voc浓度阈值则发出气体泄漏报警；否则，电池未发生泄漏。

如果出现所述超温报警、过压报警及气体泄漏报警中的任意两条，则数据处理模块发出电池热失控报警。

根据表面温度、形变、co浓度、voc浓度4种检测参数设计综合性判断策略，对电池各阶段故障给出了预警和报警判断，可以更准确的掌握电池状态，避免误报漏报，提高监测与报警准确性。

所述数据处理模块通过数据传输模块将锂电池状态数据、分析得出的锂电池故障以及热失控报警信息发送到服务器。

一种锂电池实时状态监控及热失控报警装置，包括锂电池状态传感模块以及数据处理模块，所述锂电池状态传感模块与数据处理模块电连接；

所述锂电池状态传感模块检测到的锂电池状态数据传送至数据处理模块，所述数据处理模块对锂电池状态数据进行分析、识别锂电池故障并判断是否发出电池热失控报警。

所述数据处理模块集成有mcu5，新型数据处理及传输低功耗高性能mcu5预置上述一种锂电池实时状态监控及热失控报警方法的程序。数据处理模块接收锂电池状态数据后，经数据转换，按照一种锂电池实时状态监控及热失控报警方法进行分析，形成热失控报警信号。

所述锂电池状态传感模块包括温度传感器1、形变传感器2、co浓度传感器3以及voc浓度传感器4；

所述温度传感器1用于获取锂电池表面的温度数据；

所述形变传感器2用于获取锂电池的形变数据；

所述co浓度传感器3及voc浓度传感器4用于获取锂电池出现泄漏时的co浓度数据及voc浓度数据。

本发明集成温度、形变、co气体浓度、voc气体浓度这4种传感器，并根据这4种传感器的检测数据进行分析，识别超温故障、过压故障及气体泄漏故障，准确的反映热失控所呈现的超温、过压、气体泄漏这三个典型阶段特征，并据此判断是否发出电池热失控报警，对锂电池热失控的典型阶段进行识别，针对性地对锂电池热失控进行监测，提高监测准确度。

温度传感器1采用热敏电阻传感器，测温范围为-20℃～150℃，测量精度为0.1℃；形变传感器2的测量范围为5-3.8×10⁵n/m；co浓度传感器3及voc浓度传感器4的检测范围在5-5000ppm，灵敏度为r0(inair)/rs(in150ppm)≥3。

所述温度传感器1紧贴锂电池外壳，获取锂电池表面温度信息，采样频率设定为5次/min；

所述形变传感器2固定在锂电池外壳上，获取电池内部鼓包表面发生形变，采样频率设定为5次/min；

所述co浓度传感器3及voc浓度传感器4设于锂电池上方，获取锂电池周围co浓度以及voc气体浓度，co浓度、voc浓度采样频率设定为2次/min。

所述数据处理模块电连接有数据传输模块，所述数据传输模块将数据处理模块收到的锂电池状态数据、分析得出的锂电池故障以及热失控报警信息发送到服务器。

所述数据传输模块为全双功无线数据传输电路6，所述全双功无线数据传输电路6进行无线数据传输。

无线传输的方式，可简化装置布线。全双功无线数据传输电路6使用无线数据传输(wifi)将锂电池状态数据、分析得出的锂电池故障以及热失控报警信息传输至远端服务器，实现电池信息云备份，结合大数据及人工智能算法进行精准分析与综合评价。通过装置上的全双功无线数据传输电路6可实时、在线上传电池组工作状态，并可在线更新最新的固件。

所述数据处理模块电连接有寄生供电电路7，所述寄生供电电路7通过电源输入端子连接至所检测的锂电池本体上。

寄生供电的方式，方便装置的安装，减小装置尺寸，使用更方便。锂电池实时状态监控及热失控报警装置的功耗小于15ma/h，在寄生供电的方式下，不会影响电池性能。

所述温度传感器1及形变传感器2均为柔性电路结构。

锂电池状态传感模块、数据处理模块、数据传输模块以及寄生供电电路7均安装在同一块柔性电路板上。

本发明将锂电池实时状态监控及热失控报警装置通过压敏胶粘贴固定在锂电池表面，此安装方法节省空间、成本更低且粘合性能可靠。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。