[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

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，該裝置包括熱電偶、若干鋰離子電池、電池測試系統、高低溫控箱、針刺擠壓模塊、氣體監測系統、上位機。本發明公開的模擬裝置可以實現過充電、過放電、短路、高溫及低溫故障的模擬，并實時監測發生該類故障時鋰離子電池釋放的氣體信號，通過計算機進行氣體種類及濃度變化的分析。本發明無需復雜的軟件控制系統，各設備間的連接方法簡單，模擬裝置均為常規設備和模塊。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及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。

背景技術

新能源快速發展的同時存在間隙性和波動性的特點，這導致新能源電源存在發電不穩定的缺點。儲能電站可與新能源發電聯合應用，是解決新能源發電問題的有效途徑。在眾多電池中，鋰電池又因為具有高比能量、高比功率、成本適中等特點得到廣泛應用。然而，在應用過程中，鋰電池的安全性能不佳的問題暴露出來，以熱失控為特征的爆炸行為時有發生。

通過模擬鋰離子電池的典型故障，不同的設計可以實現不同信號的采集，對信號的后續分析可為儲能電站的故障預警提供新思路新方法。目前，針對鋰離子電池的故障模擬研究多為漸進性故障，集中在電池的老化循環方面。而突發性故障同樣是鋰離子電池工作過程中容易遇到的故障類型，由于缺少能夠表征鋰離子電池突發性故障的特征信號及模擬方法，鮮有針對鋰離子電池突發性故障的模擬研究及相應的模擬方法提出。

發明內容

為解決現有技術中存在的不足，本發明的目的在于，提供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。

本發明采用如下的技術方案：

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：

熱電偶1和電池測試系統3與鋰電子電池2相連；

在鋰離子電池正常循環模擬、過充過放故障模擬I以及高溫故障模擬II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；

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；

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。

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，電池檢測系統3分為主檢測設備、電壓電流檢測設備及溫度檢測設備；

主檢測設備實現其他兩個設備的總控制；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監測；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監測。

鋰離子電池2的充放電過程在高低溫控箱4內進行。

氣體檢測系統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可能析出的典型氣體，包括CO₂、CO、H₂、CH₄、C₂H₅F和VOC氣體；

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

氣體傳感器包括紅外線傳感器、電化學傳感器和PID傳感器；

紅外傳感器測量CO₂、CH₄和C₂H₅F；

電化學傳感器測量CO和H₂；