[發明專利]一種基于氣體信號監測的鋰離子電池故障模擬裝置及方法

有效

• 申請號: 202110333367.5
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113161634B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 李晨;姜兵;夏偉棟;馬宏忠;彭曉晗;丁寧;李祥;徐杰;許洪華;楊啟帆;劉寶穩
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司;河海大學
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;G01R31/382
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 王萍;肖繼軍

1.一種基于氣體信號監測的鋰離子電池故障模擬裝置，包括熱電偶(1)、若干鋰離子電池(2)、電池測試系統(3)、高低溫控箱(4)、針刺擠壓模塊(5)、氣體監測系統(6)、上位機(7)，其特征在于：

所述熱電偶(1)和電池測試系統(3)與鋰離子電池(2)相連；

在鋰離子電池正常循環模擬、過充過放故障模擬以及高溫故障模擬場景下，鋰離子電池放置于高低溫控箱(4)中，高低溫控箱(4)與氣體監測系統(6)通過預留的氣管相連；其中，過充過放故障模擬時，充電電流為3A恒電流，正常充電截止電壓按照正常充電電壓的1.5倍進行設定；高溫故障模擬時，高低溫控箱的初始溫度的選擇范圍為[23℃,27℃]，最終溫度的選擇范圍為[128℃,132℃]；

在鋰離子電池短路故障模擬場景下，鋰離子電池放置在針刺擠壓模塊(5)中；針刺擠壓模塊(5)與氣體監測系統(6)通過預留的氣管相連；其中，針刺擠壓模塊(5)包括的耐高溫鋼針，針尖的圓錐角度選擇范圍為[45°,60°]，針刺速度的設置范圍為[20mm/s,30mm/s]，鋼針從垂直于蓄電池極板的方向貫穿，電池完成針刺后，鋼針停留在電池內部，停留時間的選擇范圍為[600s,900s]；

氣體監測系統(6)與上位機(7)相連，并將氣體數據上傳至上位機(7)進行分析。

2.根據權利要求1所述的基于氣體信號監測的鋰離子電池故障模擬裝置，其特征在于：

所述電池測試系統(3)用于實現鋰離子電池的過充電、過放電設置，電池測試系統(3)分為主檢測設備、電壓電流檢測設備及溫度檢測設備；

主檢測設備實現對電壓電流檢測設備及溫度檢測設備的總控制；電壓電流檢測設備通過夾具連接電池的正負極，可實現對電池的充放電設置及實時的電壓電流檢測；溫度檢測設備通過熱電偶(1)粘貼在電池的正負極，實現對電池正負極溫度的實時檢測。

3.根據權利要求1或2所述的基于氣體信號監測的鋰離子電池故障模擬裝置，其特征在于：

所述鋰離子電池(2)的充放電過程在高低溫控箱(4)內進行。

4.根據權利要求3所述的基于氣體信號監測的鋰離子電池故障模擬裝置，其特征在于：

所述氣體監測系統(6)內設置有氣體傳感器，氣體傳感器監測的氣體為鋰離子電池故障析出的氣體，包括CO₂、CO、H₂、CH₄、C₂H₅F和VOC氣體；

所述氣體監測系統(6)對采集到的氣體組分和對應組分的濃度進行監測，并將所監測的氣體組分和對應組分的濃度數據存入上位機(7)。

5.根據權利要求4所述的基于氣體信號監測的鋰離子電池故障模擬裝置，其特征在于：

所述氣體傳感器包括紅外線傳感器、電化學傳感器和PID傳感器；

所述紅外線傳感器測量CO₂、CH₄和C₂H₅F；

所述電化學傳感器測量CO和H₂；

所述PID傳感器測量揮發性有機氣體VOC，并進行化學性質相近氣體的抗干擾處理。

6.根據權利要求5所述的基于氣體信號監測的鋰離子電池故障模擬裝置，其特征在于：

所述上位機(7)一方面接收由電池測試系統傳來的電壓、電壓及溫度數據，一方面接收由氣體監測系統傳來的氣體組分及對應組分的實時濃度信息。

7.基于氣體信號監測的鋰離子電池故障模擬方法，利用權利要求1-6任意一項所述的基于氣體信號監測的鋰離子電池故障模擬裝置而實現，其特征在于，所述鋰離子電池故障模擬方法包括以下步驟：

步驟1：采集鋰離子電池正常充放電時候的氣體、電壓、電流以及溫度數據作為正常對照數據；

步驟2：對鋰離子電池進行故障模擬；

步驟3：采集步驟2模擬的故障鋰離子電池的電壓、電流、溫度以及釋放的氣體；

步驟4：將步驟3中采集的故障鋰離子電池釋放的氣體以及故障鋰離子電池的電壓、電流、溫度數據與步驟1中的正常對照組數據做對比分析。