[发明专利]一种采用SOC区间段内库伦效率的电池预警方法及装置

说明书

本发明公开了一种采用SOC区间段内库伦效率的电池预警方法及装置，该方法包括：根据当前电池工况，在线测试电池的库伦效率，若实测值和当前电池工况下初始数据库中库伦效率曲线簇上对应的库伦效率之间的差值大于设定值，则电池有故障，并进行预警。该装置包括故障预警模块和数据存储模块。本发明相对传统采用电池内阻、电池内部或者外部温度、电池释放的气体、电池内部的压力和电池的形变等方法进行电池预警的策略，采用库伦效率作为预警参量，能直观的反映电池内部发生的变化。

技术领域

本发明属于电池安全预警技术领域，具体涉及一种采用SOC区间段内库伦效率的电池预警方法及装置。

背景技术

当前，锂电池在电动汽车、储能和消费电子中应用日益广泛，但是由于锂电池的特殊性，属于危险品；锂电池所用的正极材料一般为含锂的金属氧化物(如钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂等)，负极材料一般为碳，电解液大都采用有机溶剂，电池隔膜为微孔聚丙烯复合膜。电池充电时，正极中的部分Li+从金属氧化物的晶格中脱离，在电解液中扩散进入负极碳的晶格之中，形成化合物，通过这个化学反应过程，将电能转化为化学能储存在电池中。放电时，负极化合物中的部分锂离子脱嵌进入正极，通过这个化学反应过程，将化学能转化为电能为负载供电。电池的安全性能与电池的容量/能量密度成反比关系，容量/能量密度越大，安全方面的隐患越多。在使用过程中电流流过电池的正负极柱，电解液时会产生巨大的电应力、热应力和化学应力等应力冲击，同时，大电流流过电池内部时容易产生极化效应，电池的极化电阻会造成电池端电压虚高，充电效率降低，有效充放电容量降低，极化电阻也会导致电池发热增加，电池发热可能会引起电池正负极柱、隔膜和电解液材料性能的退化，甚至发生不可逆转的变化。锂电池在正常使用过程中不会出现安全问题，但在严重过充、过放、电池内部短路，温度过高、外部短路等滥用条件下，电池内部发生了热失控，从而引发泄漏、起火、爆炸等事故。

为了能更好的应用锂电池，提出了许多锂电池安全预警的方法，如电池内阻、电池内部或者外部温度、电池释放的气体、电池内部的压力和电池的形变等方法，电池内阻能较好的反映电池的特性，是良好的电池预警参量，但电池内阻测量时，需要特定的工况或者采用专用的交流阻抗测试仪器；电池内部温度能较好的反映电池的故障，但电池内部温度很难直接测量，一般是通过电池的热模型，由电池的外部温度推测电池的内部温度；电池释放的气体能很好的预警，采用专门的气体传感器能实现较好的预警，需要灵敏可靠的气体传感器；这些方法可以实现电池的预警，但都有一定的限制或者需要增加传感器。

锂电池的安全防范措施不但依靠电池生产厂商的材料、工艺以及生产过程中的品质控制等，另一方面，在电池的使用过程中，需要根据电池的实际状态和性能对电池的安全进行判断，进而实现电池的预警，以保证电池在发生安全事故前，给出预警，使人员和设备作出相应的动作，保护人员和设备的安全。电池在运行过程中，电池输入的电量往往不能全部用来将活性物质转换为充电态，而是有部分被消耗，例如发生不可逆的副反应，因此库伦效率往往小于100％，其中，温度、SEI(solid electrolyte interphase)膜、电解质分解、界面钝化、电极活性材料的结构、形态、导电性的变化都会影响电池库伦效率，正常情况的锂电池衰减时，库伦效率不会突变，是随着电池的衰减而缓慢降低的，但是，由于电池的故障，导致库伦效率会有较大的降低，以此作为电池的预警；实际应用中，如何测试电池的库伦效率尤为重要，传统的测试中，将电池满充满放，用电池满充满放的容量计算库伦效率，但是，在实际应用中，电池处于运行工况下，很难有满充满放的机会，因此，现有的库伦效率测试方法在实际应用中受到限制，无法准确的获得电池的在线库伦效率，也即无法准确的对电池的安全状态采用库伦效率进行预警。

发明内容

本发明的目的是针对现有的库伦效率测试方法在实际应用中受到限制的问题，提供了一种采用SOC区间段内库伦效率的电池预警方法及装置，设计了电池预警方法的判断参数、测量方法和计算方法，实现了电池故障的准确预警。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：