[發明專利]基于氫氣探測的鋰電池早期安全預警方法及裝置

有效

• 申請號: 202010897596.5
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112034359B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 金陽;魯紅飛;姜欣;高金峰
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01R31/382
• 分類號: G01R31/382;G01R31/378;H01M10/48
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 白小明

1.基于氫氣探測的鋰電池早期安全預警方法，鋰電池負極中添加有電極聚合物粘結劑，所述電極聚合物粘結劑包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素中至少一種，其特征在于，監測電池為目標電池，目標區域內設有氫氣探測器或者氫氣傳感器，所述目標區域是指目標電池內部及目標電池外部可以探測到氫氣濃度變化的區域，氫氣濃度的變化量確定所述電池負極中鋰的過度嵌入導致鋰枝晶生長的變化情況，所述氫氣濃度的變化量包括通過氫氣探測器或者氫氣傳感器檢測存儲的目標氫氣信號的擬合曲線而得到的變化量，根據氫氣濃度的變化判斷電池的運行狀態，進行早期安全預警，將氫氣濃度的變化量與預設變化量進行比較，當氫氣濃度的變化量達到預設變化量時，認為所述電池的負極上鋰枝晶生長過多，所述電池的運行狀態不正常，存在熱失控的風險；當氫氣濃度的變化量未達到預設變化量時，認為所述電池的負極上沒有鋰枝晶或者鋰枝晶極少，所述電池的運行狀態正常，不存在熱失控的風險。

2.根據權利要求1所述的基于氫氣探測的鋰電池早期安全預警方法，其特征在于，所述安全預警方法包括：燈光警報、聲音警報、顯示器彈窗警報、短信警報、郵件警報中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的基于氫氣探測的鋰電池早期安全預警方法，其特征在于，所述鋰電池包括鋰離子單體電池、鋰離子電池模組以及鋰離子電池簇。

4.根據權利要求3所述的基于氫氣探測的鋰電池早期安全預警方法，其特征在于，所述單體電池或者電池模組內設有一個或者多個氫氣探測器或傳感器。

5.一種基于氫氣探測的鋰電池早期安全預警裝置，鋰電池負極中添加有電極聚合物粘結劑，所述電極聚合物粘結劑包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠、羧甲基纖維素中至少一種，其特征在于，所述裝置包括：

氫氣探測模塊：用于獲取目標氫氣信號，所述目標氫氣信號是指目標電池運行時在其負極表面產生鋰枝晶時由于化學反應釋放出的氫氣信號，所述目標電池包括鋰離子單體電池、鋰離子電池模組以及鋰離子電池簇；

信號處理模塊：用于基于目標氫氣信號，判斷所述目標電池的運行狀態是否正常，是否存在熱失控的風險；

早期安全預警模塊：用于基于目標電池的運行狀態，進行早期安全預警；

所述信號處理模塊包括：

存儲子模塊，用于將所述目標氫氣信號存儲起來；

處理子模塊，用于將所述目標氫氣信號進一步處理，為了消除氫氣信號的波動性，將存儲的所述目標氫氣信號進行曲線擬合；

判斷子模塊，用于將所述目標氫氣信號的變化量與預設變化量進行比較，當所述目標氫氣信號中氫氣濃度的變化量達到預設變化量時，認為所述電池的負極上鋰枝晶生長過多，所述目標電池的運行狀態不正常，存在熱失控的風險；當所述目標氫氣信號中氫氣濃度的變化量未達到預設變化量時，認為所述電池的負極上沒有鋰枝晶或者鋰枝晶極少，所述目標電池的運行狀態正常，不存在熱失控的風險。

6.根據權利要求5所述的基于氫氣探測的鋰電池早期安全預警裝置，其特征在于，所述氫氣探測模塊的數量至少為一個，每個氫氣探測模塊單獨配一個所述信號處理模塊，多個信號處理模塊再與一個安全預警模塊相連。

7.根據權利要求5所述的基于氫氣探測的鋰電池早期安全預警裝置，其特征在于，所述氫氣探測模塊的數量至少為一個，多個氫氣探測模塊與一個信號處理模塊相連，再與一個安全預警模塊相連。

8.根據權利要求5所述的基于氫氣探測的鋰電池早期安全預警裝置，其特征在于，所述早期安全預警模塊包括：

預警子模塊，用于當所述電池的運行狀態不正常時，進行早期安全預警，所述早期安全預警的方式包括燈光警報、聲音警報、顯示器彈窗警報、短信警報、郵件警報中的至少一種，所述顯示器彈窗警報是指將故障情況直接呈現在用戶或設備管理員的電腦、手機、平板的顯示界面上，所述短信警報是指將故障信息直接編輯成短信發送到用戶或者設備管理員手機上，所述郵件警報是指將故障信息直接編輯成郵件發送到用戶或者設備管理員的電子郵箱。

9.根據權利要求5-8任一項所述的基于氫氣探測的鋰電池早期安全預警裝置，其特征在于，所述裝置還包括：

故障電池位置判斷模塊，用于在判斷出所述目標電池的運行狀態不正常或者存在熱失控的風險之后，推斷出存在安全隱患的電池位置；

自動處理模塊，用于在早期安全預警模塊工作的同時，自動將存在安全隱患的目標電池停止充放電，或者退出運行。