[發明專利]一種過充電導致鋰電池熱失控的早期預警方法與系統

在審

• 申請號: 202210052756.5
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114384419A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 褚燕燕;袁威;梁棟;鄒文科;張旭
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;G01R31/385;G01K13/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種過充電導致鋰電池熱失控的早期預警方法與系統，包括：1)實時計算出鋰電池在過充電狀態下的溫度升高速率和電壓升高速率；2)通過噪聲數據處理得到溫度升高速率處理值和電壓升高速率處理值；3)建立鋰電池熱失控早期特征值方程，計算鋰電池熱失控早期特征值；4)通過數據平滑處理得到鋰電池熱失控早期特征值處理值；5)計算得出鋰電池熱失控早期特征值變化率值；6)確定過充電導致鋰電池熱失控早期預警條件，當滿足預警條件時發出預警。本發明能夠實時分析鋰電池電壓信號和溫度信號，基于放大后的鋰電池熱失控早期特征進行提前預警，能夠為避免鋰電池發生熱失控增加一層保護機制。

技術領域

本發明涉及電池安全的技術領域，尤其是指一種過充電導致鋰電池熱失控的早期預警方法與系統。

背景技術

鋰電池被廣泛應用于各種便攜式設備、消費類電子產品和電池儲能系統，但層出不窮的電池熱失控問題一直令人擔憂。電池熱失控是指電池內部快速產熱導致溫度驟升超過兩百度，并引發火災和爆炸現象的行為。熱濫用、電濫用和機械濫用三種條件均會誘發電池熱失控的發生。據統計，在現實生活中的大部分電池熱失控是由電氣故障所導致的，即電濫用情況。其中，過充電誘發的電池熱失控是主要因素。

在過充電誘發電池熱失控的早期，電池內部石墨負極表面有大量鋰析出并與電解液反應，使得電池內部內阻變大同時產生大量熱量。通過外部連接的監測設備，可以觀察到該階段電池的電壓信號和溫度信號突然升高。發生熱失控過程的鋰電池電壓和溫度曲線中可觀測到出現三次較為明顯凸起的電壓和溫度小峰，第一次小峰表示電池內部負極發生析鋰反應，第二次小峰表示負極析出的鋰與電解液發生反應，第三次小峰表示電池內部發生多種副反應。根據試驗統計，出現三次小峰后電池將出現熱失控現象，而出現前兩次小峰則有一定概率發生熱失控，只有一次小峰不發生熱失控。

利用電池過充電期間出現這些小峰，可以做到電池發生熱失控的早期預警。然而，選擇合適的小峰特征極為困難，這些小峰之間的差異極小，如何做到判斷準確，提取出小峰之間的特征并利用特征進行預警非常關鍵。當前存在的早期預警系統大多采用的是單一來源的數據，或是采用第一次小峰做熱失控的早期預警，主要存在以下的問題：

1、獲取的電壓信號和溫度信號數據無法進行實時分析，導致熱失控預警不夠及時；

2、提取的熱失控早期特征不夠明顯，可能會發生誤報熱失控現象，導致控制動作提前介入，造成不必要的經濟損失；

3、實時獲取的數據波動性較大，影響電池算法對于電池熱失控行為的判斷。

本專利將鋰電池電壓信號和溫度信號耦合，將小峰之間的差異放大，得到新指標作為鋰電池熱失控早期特征值。鋰電池熱失控早期特征值隨時間變化的曲線中出現的第二次小峰被利用作為預警指標，最大限度保證熱失控前的預警準確性并且保證充足的時間提前對熱失控進行控制。

發明內容

本發明的第一目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種過充電導致鋰電池熱失控的早期預警方法，能夠實時分析獲取的鋰電池電壓信號和溫度信號，將鋰電池熱失控早期特征放大，并基于放大后的鋰電池熱失控早期特征進行提前預警，能夠為避免鋰電池發生熱失控增加一層保護機制，進一步可適用于各種需要實時監測鋰電池狀態的場景中。

本發明的第二目的在于提供一種過充電導致鋰電池熱失控的早期預警系統。

本發明的第一目的通過下述技術方案實現：一種過充電導致鋰電池熱失控的早期預警方法，包括以下步驟：

1)利用實時采集的鋰電池在過充電狀態下的電壓信號和溫度信號，實時計算出鋰電池在過充電狀態下的溫度升高速率和電壓升高速率；

2)對實時計算出鋰電池在過充電狀態下的溫度升高速率和電壓升高速率進行噪聲數據處理，得到溫度升高速率處理值和電壓升高速率處理值；