[發明專利]基于CO氣體機械濫用下鋰離子電池故障診斷方法及系統

在審

• 申請號: 202110335386.1
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113176507A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 李晨;姜兵;夏偉棟;馬宏忠;楊啟帆;王自楨;胡煜;高沁;陳允屹;許洪華;彭曉晗;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: G01R31/378
• 分類號: G01R31/378;G01R31/392;G01R31/36;G01R1/067;G01N33/00
• 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

基于CO氣體機械濫用下鋰離子電池故障診斷方法及系統，利用鋰離子電池受到機械濫用后析出的CO氣體對機械濫用導致的故障進行診斷。首先對CO濃度閾值、CO濃度變化速率閾值、時間間隔和采樣頻率進行設置；然后，當實時監測到連續多點CO氣體濃度值超過濃度閾值時，計算CO氣體濃度在隨后時間間隔△t內的變化速率；進一步地，比對CO氣體濃度變化速率與對應閾值的關系，在線判定是否發出故障信號。本發明方法原理簡單、容易實現，能夠準確可靠地在線診斷鋰離子電池在機械濫用下的故障。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池安全技術領域，特別是涉及對鋰離子電池在機械濫用下的故障診斷方法。

背景技術

隨著鋰離子電池的不斷推廣和應用，鋰離子電池的安全問題凸顯出來。機械濫用是引發鋰離子電池造成電池損壞的一種不可逆的破壞性行為。當電池受到機械濫用時，例如尖銳物體刺入或受到較大沖擊力時，鋰離子電池會產生劇烈的機械損壞，發生嚴重的形變，使電池重度損傷，打破電池內部結構并使內部物質直接暴露，同時很容易使電池內部的正負極之間發生短路，進而產生大量熱量并使溫度迅速升高，造成熱失控危害。因此，設計出適用于鋰離子電池機械濫用故障的診斷方法尤為重要。

鋰離子電池內部由活性材料的正負極和電解液組成，當發生受到機械濫用破壞時，活性材料開始相互反應，復雜的化學反應會產生大量的氣體，電池內部隨之壓力增大，頂開泄壓閥后，發出氣體。其中由于化學材料構成的原因，鋰離子電池會析出CO氣體。因此，可以利用CO氣體的變化行為對鋰離子電池進行機械濫用故障診斷。

目前針對利用氣體信號實現電池故障診斷的研究相對匱乏。李宇，杜建華，楊世治等人2019年在《儲能科學與技術》發表的《圓柱型磷酸鐵鋰電池針刺熱失控實驗研究》中提到，機械濫用后，鋰離子電池會冒煙。王銘民，孫磊，郭鵬宇等人2020年在《高電壓技術》發表的《基于氣體在線監測的磷酸鐵鋰儲能電池模組機械濫用熱失控特性》中提到，鋰離子電池會放出CO，但并沒有利用CO設計診斷方法。當前，利用CO進行鋰離子電池機械濫用故障診斷的研究尚處于空白。鑒于此，利用CO氣體信號進一步設計出可靠性高、快速性好、原理簡單、容易實現和具備推廣潛力的機械濫用故障診斷方法仍是鋰離子電池安全保障的重要工作。

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，提供基于CO氣體機械濫用下鋰離子電池故障診斷方法及系統。

本發明采用如下的技術方案:

步驟1：設置CO濃度閾值S、時間間隔△t和采樣頻率f，并通過對實驗鋰離子電池的針刺模擬所計算的CO氣體濃度變化率對CO氣體濃度變化率閾值K進行設置；

步驟2：使用CO氣體監測系統實時監測待檢測鋰離子電池釋放的CO氣體濃度值c_k；當CO氣體濃度值c_k滿足連續b+1個采樣點均大于閾值S，即[c_k,c_k+1…c_k+b]S時，進入步驟3，否則重復步驟2；

步驟3：根據步驟2所得的CO氣體濃度值，計算時間間隔△t內待檢測鋰離子電池的CO氣體濃度變化率k；

步驟4：比較步驟3中CO氣體濃度變化率k與相應閾值K的關系；如kK，則發出故障信號，否則返回步驟2重新測量。

所述CO濃度閾值S為0ppm、所述采集時間間隔△t為1s、所述采樣頻率f為10Hz。

所述步驟1包括以下內容：

步驟101：以3A恒電流、0.5C放電倍率對實驗鋰離子電池進行充電，直至實驗鋰離子電池電壓為3.65V；

步驟102：以恒電壓即3.65V繼續對其充電，直到實驗鋰離子電池的截止電流低于60mA且放電倍率小于0.01C；

步驟103：選用鎢鋼針并設置其針刺速度與針刺行程；