[发明专利]基于CO气体机械滥用下锂离子电池故障诊断方法及系统

说明书

基于CO气体机械滥用下锂离子电池故障诊断方法及系统，利用锂离子电池受到机械滥用后析出的CO气体对机械滥用导致的故障进行诊断。首先对CO浓度阈值、CO浓度变化速率阈值、时间间隔和采样频率进行设置；然后，当实时监测到连续多点CO气体浓度值超过浓度阈值时，计算CO气体浓度在随后时间间隔△t内的变化速率；进一步地，比对CO气体浓度变化速率与对应阈值的关系，在线判定是否发出故障信号。本发明方法原理简单、容易实现，能够准确可靠地在线诊断锂离子电池在机械滥用下的故障。

技术领域

本发明属于锂离子电池安全技术领域，特别是涉及对锂离子电池在机械滥用下的故障诊断方法。

背景技术

随着锂离子电池的不断推广和应用，锂离子电池的安全问题凸显出来。机械滥用是引发锂离子电池造成电池损坏的一种不可逆的破坏性行为。当电池受到机械滥用时，例如尖锐物体刺入或受到较大冲击力时，锂离子电池会产生剧烈的机械损坏，发生严重的形变，使电池重度损伤，打破电池内部结构并使内部物质直接暴露，同时很容易使电池内部的正负极之间发生短路，进而产生大量热量并使温度迅速升高，造成热失控危害。因此，设计出适用于锂离子电池机械滥用故障的诊断方法尤为重要。

锂离子电池内部由活性材料的正负极和电解液组成，当发生受到机械滥用破坏时，活性材料开始相互反应，复杂的化学反应会产生大量的气体，电池内部随之压力增大，顶开泄压阀后，发出气体。其中由于化学材料构成的原因，锂离子电池会析出CO气体。因此，可以利用CO气体的变化行为对锂离子电池进行机械滥用故障诊断。

目前针对利用气体信号实现电池故障诊断的研究相对匮乏。李宇，杜建华，杨世治等人2019年在《储能科学与技术》发表的《圆柱型磷酸铁锂电池针刺热失控实验研究》中提到，机械滥用后，锂离子电池会冒烟。王铭民，孙磊，郭鹏宇等人2020年在《高电压技术》发表的《基于气体在线监测的磷酸铁锂储能电池模组机械滥用热失控特性》中提到，锂离子电池会放出CO，但并没有利用CO设计诊断方法。当前，利用CO进行锂离子电池机械滥用故障诊断的研究尚处于空白。鉴于此，利用CO气体信号进一步设计出可靠性高、快速性好、原理简单、容易实现和具备推广潜力的机械滥用故障诊断方法仍是锂离子电池安全保障的重要工作。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供基于CO气体机械滥用下锂离子电池故障诊断方法及系统。

本发明采用如下的技术方案:

步骤1：设置CO浓度阈值S、时间间隔△t和采样频率f，并通过对实验锂离子电池的针刺模拟所计算的CO气体浓度变化率对CO气体浓度变化率阈值K进行设置；

步骤2：使用CO气体监测系统实时监测待检测锂离子电池释放的CO气体浓度值c_k；当CO气体浓度值c_k满足连续b+1个采样点均大于阈值S，即[c_k,c_k+1…c_k+b]S时，进入步骤3，否则重复步骤2；

步骤3：根据步骤2所得的CO气体浓度值，计算时间间隔△t内待检测锂离子电池的CO气体浓度变化率k；

步骤4：比较步骤3中CO气体浓度变化率k与相应阈值K的关系；如kK，则发出故障信号，否则返回步骤2重新测量。

所述CO浓度阈值S为0ppm、所述采集时间间隔△t为1s、所述采样频率f为10Hz。

所述步骤1包括以下内容：

步骤101：以3A恒电流、0.5C放电倍率对实验锂离子电池进行充电，直至实验锂离子电池电压为3.65V；

步骤102：以恒电压即3.65V继续对其充电，直到实验锂离子电池的截止电流低于60mA且放电倍率小于0.01C；

步骤103：选用钨钢针并设置其针刺速度与针刺行程；