[發明專利]基于EIS參數提取的在線電池熱失控預警方法及系統

在審

• 申請號: 202211619784.7
• 申請日: 2022-12-15
• 公開（公告）號: CN116243191A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 王青松;李宇軒;金凱強;汪書蘋;秦鵬;程宜風;梅文昕;孫金華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學;國網安徽省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G01R31/389
• 分類號: G01R31/389;B60L58/24;B60L3/12;G01R31/367;G16C20/10;G16C20/70;G06F18/2113
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明公開一種基于電化學阻抗譜(EIS)參數提取的在線電池熱失控預警方法及系統。該方法包括：用于電池熱失控預警的EIS關鍵參數提取的實驗裝置及方法，所述的實驗裝置包括：電池、可以提供絕熱環境的腔室、電池測試裝置、EIS在線采集裝置及上位機，所述的參數提取方法包括特征重要度分析算法及敏感性分析算法；所述的熱失控預警系統包括：電池、EIS在線采集裝置及上位機；所述的熱失控預警方法依據提取的熱失控預警關鍵參數，針對不同連接方式的電池，在電池溫度超過熱管理閾值上限時發出熱失控一級預警，在電池自產熱溫度區間發出熱失控二級預警，在電池電壓掉落時發出熱失控三級預警。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池安全領域，涉及一種基于電化學阻抗譜(EIS)參數提取的在線電池熱失控預警方法及系統。

背景技術

隨著新能源技術的不斷發展和電池生產制造工藝的日漸成熟，電池開始在新能源汽車和儲能電站中大規模應用。電池安全成為制約新能源技術發展的一大瓶頸，大量有關動力電池及儲能電池的熱失控預警技術也在不斷發展。傳統熱失控預警技術依賴于對電池外在物理參數的監控例如，電壓、電流及溫度等，或者電池熱失控前安全閥打開后釋放出的有機和無機氣體的探測。受限于體積和經濟成本的因素，電池模組箱中的傳感器數量有限，無法對每個電芯都進行有效監控，而且由于熱擴散和氣體擴散的延遲效應，溫度傳感器和氣體傳感器的響應時間較為滯后。為了提高預警參數的維度，增加預警的成功率和可靠性，將預警時間提前，引入一種可以實時反映電池內部狀態的參數至關重要。EIS作為一種可以反映電池內部狀態的手段已經被大量研究，EIS可以反映電池內部荷電狀態(SOC)、老化程度(SOH)以及內部溫度。目前，一些便攜式高精度的小型EIS監測模塊已經在電動汽車上使用，可以監測被測量電池在不同頻率下的電化學阻抗參數，包括阻抗實部Z’和虛部Z”，進而得到阻抗的絕對值|Z|以及相位角θ。如何在大量參數中提取熱失控預警關鍵參數以及利用參數進行熱失控預警尤為重要。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于EIS參數提取的在線電池熱失控預警方法及系統，通過搭建熱失控預警的EIS關鍵參數提取的實驗裝置成功提取了用于預警的有效參數，然后通過實驗提取的熱失控關鍵EIS參數搭建了電池熱失控預警系統，開發了一套適用于不同連接方式的電池熱失控預警方法并且成功對電池熱失控進行了預警。

為了實現上述目的，本發明使用了以下技術方案：

一種基于EIS參數提取的在線電池熱失控預警方法，包括如下步驟：

步驟1、獲取不同溫度和荷電狀態下電池的電化學阻抗譜；

步驟2、使用RReliefF算法和敏感性分析提取EIS關鍵參數，所述EIS關鍵參數包括：阻抗實部Z’和虛部Z”，阻抗的絕對值|Z|以及相位角θ；

步驟3、確定EIS關鍵參數對應的熱失控預警節點；

步驟4、使用提取的EIS關鍵參數和節點對不同連接方式的電池進行熱失控預警。

進一步地，所述步驟2中，使用RReliefF算法對獲得的大量EIS關鍵參數進行重要度分析，使用箱線圖對數據特征進行敏感性分析；根據所述的重要度分析篩選對溫度預測效果較好的特征參數、根據所述敏感性分析找到對溫度敏感性較高且對SOC敏感度較低的熱失控預警關鍵參數。

進一步地，所述步驟4中，所述電池的連接方式包括電池單體、串聯模組、并聯模組。

進一步地，所述步驟4包括：在電池溫度超過熱管理最佳溫度閾值上限時發出熱失控一級預警，在電池自產熱溫度區間發出熱失控二級預警，在電池電壓掉落時發出熱失控三級預警。

進一步地，對于三元鋰離子電池來說，其熱管理最佳溫度閾值上限為45℃，所述的電池自產熱溫度區間為80℃～105℃。