基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法与流程

本发明属于电池，具体来说涉及一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法。

背景技术：

1、在碳达峰碳中和研究加快、公转铁和公转水运输结构调整、国六排放全面实施的大背景下，短倒运输需求增加，进而拉动动力电池市场的增长，换电在一定程度上能够解决早期动力电池购置成本高、充电时间长等问题。同时，由于动力电池包储能量巨大，换电站消防安全和应急处置等问题引起了行业的广泛关注。

2、动力电池能量密度大、使用寿命长。然而在实际应用中，动力电池在遭遇机械滥用、电滥用和热滥用时，电池材料受到破坏产生异常发热现象，热量的不断积聚加剧内部放热化学反应的进行，形成正反馈，最终造成热失控。热失控过程中释放大量的热量和可燃性气体，当可燃性气体密度达到其爆炸极限，在外部高温的作用下会发生爆炸，严重影响充换电站的安全稳定运行。因此，迫切需要研究动力电池热失控特性，探究热失控早期预警方法，解决充换电站安全管控问题。

3、从国内来看，相关机构主要从消防系统、消防设备、动力电池柜和应急处置方法等方面开展研究。为确保储能电站安全可靠运行，降低储能电池的火灾风险，目前对于动力电池温度探测方面，主要采用电池外部温度红外矩阵温度检测或热电偶温度检测，存在对电池内部温度变化检测缺失的问题；存在对于热失控早期预警检测装置以及阈值设置不合理的问题。在电池热失控发生后，由于传感器较为单一，存在对于电池热蔓延缺乏预警的问题。

4、以磷酸铁锂电池早期热失控及热扩散的特征气体参数为探测对象，对电池热失控状态进行预测预警，及早预测电池异常状态。采用与电池管理系统(bms)智慧联动，提出多层次火灾报警控制策略，以控制电池舱爆炸风险隐患，保障储能系统安全。烟台创为新能源科技有限公司发明公开了一种储能电站预警及消防系统，该系统可以对探测信号进行相应的消防动作，但是并没有解决消防启动判断的依据。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺点而提出的一种有效针对不同阶段的热失控采取不同的安全策略，具有可靠性，选择性和灵敏性的特点的基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法。

2、本发明的一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，包括以下步骤：

3、(1)一级无损预警，以基于单频点阻抗温度检测的电池内部温度以及电压监测为双检测机制，通过电压数据判断电池是否过充，如电压数据小于铭牌电压，则电池正常，如电压数据大于铭牌电压，则需要电池内部温度数据进行一级电池无损预警热失控判断，设置其温度阈值tin_1为电池散热与温升速率平衡的温度，若电池温度大于温度阈值tin_1，则立即进行一级无损预警，同时进入二级电池单体预警判断机制；

4、(2)二级电池单体预警，以基于单频点阻抗温度检测的电池内部温度检测以及氢气传感器为双判断机制，设置其温度阈值为tin_2，若氢气传感器检测到氢气，则立即进入二级电池单体损伤预警，若未检测到氢气，则对温度进行判断，若温度大于温度阈值tin_2，则同样进入二级电池单体预警，同时进入三级电池破裂预警判断机制；

5、(3)三级电池破裂预警，以基于单频点阻抗温度检测的电池内部温度以及基于svm的特征声音监测为双检测机制，设置其温度阈值tin_3为电池sei膜分解的温度，若电池检测到电池泄压阀打开的特征声音，则直接进行三级电池破裂预警，若未检测到特征声音，则对电池温度进行判断，若电池温度大于tin_3，则进行三级电池破裂预警，同时进入四级无法返回预警判断机制；

6、(4)四级无法返回预警，以基于yolov3的目标图像识别预警与基于单频点阻抗温度检测的电池内部温度为双检测机制，设置其温度阈值tin_4为隔膜熔融的温度，若电池检测到大量白烟与明火的特征图像的产生，立即进行四级无法返回预警，若电池温度大于tin_4，则同样进行四级无法返回预警。

7、上述的一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，其中：如电池温度小于温度阈值tin_1，则电池正常。

8、上述的一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，其中：若控制器温度数据小于温度阈值tin_2，则继续与温度阈值tin_1对比，由此回到步骤(1)的一级无损预警。

9、上述的一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，其中：若小于温度阈值tin_3，回到步骤(2)的电池单体预警。

10、上述的一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，其中：若小于温度阈值tin_4，则回到步骤(3)的电池三级破裂预警。

11、本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本发明采用对热失控等级以温度阈值作为区分，分为一级无损预警，二级电池单体预警，三级电池破裂预警，四级无法返回预警。每种预警程度分别含有双检测机制互相耦合以保证预警的有效性。本发明采用基于电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy，eis)的单频点阻抗检测来判断温度数据。eis作为非破坏性和非植入性的方法，可以监测电池内部温度。eis被称为“无传感器”的技术，因为不需要额外的硬件。同样的，eis可以得到电池内部的温度数据，可以避免使用表面温度传感器的温度延迟现象。电池内部温度估算模型由单频阻抗数据得到，因此可以瞬时采集电池内部温度。采用基于单频点阻抗的温度传感器可以有效避免eis全阻抗检测所需时间长，对处理器要求高的缺点，同时具有内部温度测量的特点。

12、本发明采用特征氢气传感器进行特征气体的预警。在热失控的极早期就可以对电池热失控进行预警，避免了目前大多数通过sei膜分解产生有机气体预警的滞后性的问题，在电池温度处于常温的情况下就可以发出预警信号，因此对于后续的处理有更多的安全时间。

13、本发明采用了特征声音采集和特征图像处理的预警手段，电池热失控早期预警的中后阶段，本发明采用的预警方式能及时判别电池的热失控进程，避免了目前大多数预警对泄压阀打开隔膜熔融的检测还是基于温度的单一指标的不稳定和不可靠的问题。本发明采用的声音和图像预警采用算法避免人工检测的漏判错判问题。

14、本发明采用的四级预警方法针对热失控的发展过程分级为一级无损预警、二级电池单体预警、三级电池破裂预警、四级无法返回预警，有效地处理了热失控，在动力电池进入不归还温度之前进行预警措施确保生命财产安全。

技术特征：

1.一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，其中：如电池温度小于温度阈值tin_1，则电池正常。

3.如权利要求1所述的一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，其中：若控制器温度数据小于温度阈值tin_2，则继续与温度阈值tin_1对比，由此回到步骤（1）的一级无损预警。

4.如权利要求1所述的一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，其中：若小于温度阈值tin_3，回到步骤（2）的电池单体预警。

5.如权利要求1所述的一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，其中：若小于温度阈值tin_4，则回到步骤（3）的电池三级破裂预警。

技术总结
本发明公开了一种基于四级预警策略的动力电池热失控早期预警方法，包括：如电池电压大于铭牌电压且温度大于T<subgt;in_1</subgt;，立即进行一级无损预警，同时进入二级预警判断；若检测到氢气，立即进入二级电池单体损伤预警，若未检测到氢气且温度大于T<subgt;in_2</subgt;，同样进入二级电池单体预警，同时进入三级预警判断；若检测到电池泄压阀打开的特征声音，则直接进行三级电池破裂预警，若未检测到特征声音且电池温度大于T<subgt;in_3</subgt;，则进行三级电池破裂预警，同时进入四级预警判断；若电池检测到大量白烟与明火，立即进行四级无法返回预警，若电池温度大于T<subgt;in_4</subgt;，则同样进行四级无法返回预警。本发明有效针对不同阶段的热失控采取不同的安全策略，具有可靠性，选择性和灵敏性的特点。

技术研发人员：贺国刚,韩松,刘勋川,彭夏泠,黄乾礼,荣娜,蓝浪,杨迪亮,姜盛,张舜,杨瀛
受保护的技术使用者：贵州金元绿链物流开发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1