[发明专利]基于H2

说明书

基于H₂浓度的锂离子电池热故障预警方法及系统，利用锂离子热失控触发前析出的H₂对热失控进行预警。本发明首先对H₂浓度阈值1和浓度阈值2、H₂浓度变化率阈值K、时间间隔△t和采样频率进行设置；然后，当实时监测到连续多点H₂气体浓度值超过浓度阈值1时，计算H₂气体浓度在随后时间间隔△t内的总浓度和变化率；进一步地，依据H₂气体总浓度和变化率与其对应浓度阈值2以及K的关系，在线预警是否可能将发生热失控。本发明方法可靠性高，简单易行，方便推广，能够在线对锂离子电池的热失控故障进行早期预警。

技术领域

本发明属于锂离子电池安全技术领域，特别是涉及基于H₂浓度的锂离子电池热失控早期预警方法及系统。

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。热失控故障是锂离子电池最严重的故障，也是所有故障的最终体现形式。由于锂离子电池在受到过热、短路、挤压或过度充放电等滥用时，会在热行为、电化学行为上表现出一系列副反应，这些副反应的产热会引起电池温度升高，温度升高进而引起一系列变化，这些变化会促进温度继续升高，最终导致破坏性的后果，这种行为被称为热失控。

锂离子电池因其自身和外部条件导致热失控并最终燃烧的整个过程，都伴随着可燃气体缓慢释放、泄压、电解液和反应气体释放、快速分解产生烟雾、高热至火焰的产生。电池系统一般处于稳态的电池包环境，相对正常稳态环境，其采集的上述数据呈现稳态变化特性，而一旦热失控产生，势必引起气象、烟雾、温度和光敏传感器的数据异常变化。因此，设计出适用于锂离子电池热失控故障的诊断方法尤为重要。研究表明，锂离子电池热失控前会析出H₂，但是目前尚缺少具体利用H₂实现热失控的早期预警方法。因此，能否利用H₂气体对锂离子电池的热失控故障进行预警成为亟需解决问题。

目前针对利用气体信号实现热失控故障预警的研究相对匮乏。王春力,贡丽妙,亢平,等人在2018年发表于《储能科学与技术》期刊的《锂离子电池储能电站早期预警系统研究》中指出，锂离子电池会析出CO和H₂，但并未提出具体的热失控预警方法。当前，利用H₂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H₂气体信号进一步设计出可靠性高、原理简单、容易实现和推广的热失控预警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，提供一种锂离子电池热失控早期预警方法的模拟平台，包括上位机、H₂气体监测系统，锂离子电池、温控箱以及CAN总线。

本发明采用如下的技术方案：

基于H₂浓度的锂离子电池热失控早期预警方法包括以下步骤：

步骤1：设置H₂浓度的阈值S1、时间间隔△t和采样频率f，并通过对实验锂离子电池的高温故障模拟对H₂气体浓度阈值S2、H₂气体浓度变化率的阈值K进行设置；

步骤2：使用H₂气体监测系统对待检测锂离子电池释放的H₂气体浓度值c_k进行检测；当H₂气体浓度值c_k满足连续b+1个采样点均大于阈值S1，即[c_k,c_k+1...,c_k+b]＞S1时，进入步骤3，否则重复步骤2；

步骤3：计算时间间隔△t内H₂气体的总浓度值s和变化率k；