[发明专利]储能电池安全运行在线监测方法

说明书

本方法目的在于对储能电池的安全运行进行实时在线监测并进行故障判断，根据磷酸铁锂电池在不同应用条件下电池产气类型及速率不同，可通过在线监测电池内部气体种类及浓度变化速率，判断电池所处应用环境的异常。实现方法步骤：实时监测电池组内部气体种类和浓度变化速率，将在线监测电池组各气体参数转换成电信号输入至中心控制器，得到在线监测电池组的状态标记，根据磷酸铁锂电池在不同应用条件下电池产气类型及速率不同,在中心控制器预置电池组气体参数和状态标记、状态标记和状态结果的关联关系模型，将电池产气类型及速率与不同应用条件相对应。根据状态标记和预置状态结果的对应关系确定在线监测电池组运行状态，输出其判断的运行条件。

技术领域

本方法属于储能电池安全运行在线监测领域。

背景技术

电化学储能是目前发展最为迅速的储能技术，磷酸铁锂正极材料锂电池凭借其循环寿命长、造价较低和安全性较好等优点在储能电站中广泛运用，然而其安全运行问题也逐渐突显。自2018年以来，韩国储能行业发生了23起严重火灾，我国储能行业也在2017年以后发生了多起火灾。因此，在线监测储能电池的安全运行对于促进储能电站的持续、健康发展具有重要现实意义。

在实际生产应用中，磷酸铁锂正极材料电池根据运用场景的不同，本身特性变化和电池产气情况也不相同。过高的电压、高温、高倍率的循环充放电均会加速电池发生氧化反应，导致电池内部发生正负极与电解液反应、电解液分解等一系列放热反应，电池产气膨胀，当电池内部化学反应释放出的气体超出电池可承受的压力范围后，电池会有发生泄露、爆炸的危险，从而给储能电站的安全运行造成威胁。目前在线监测电池状态主要依靠BMS监测电池的电压、电流、温度等外部参数，将其作为电池运行状态的判别条件，难以准确反应电池内部的化学变化和电池真实的运行状态。磷酸铁锂电池可以看作是一个相对封闭的电化学反应系统，电池内部在不良运行条件下会产出大量气体这一现象为我们通过各种类型的气体传感器来进行电池运行状态判断提供了理论可能。

发明内容

在高倍率充放电过程中，电池的温度会随着高倍率充放电过程持续的时间增加而升高，无机锂盐LiPF₆和电池内微量的水发生化学反应生成HF，如式(1)、(2)所示：

LiPF₆→LiF+PF₅ (1)

PF₅+H₂O→2HF+POF₃ (2)

随着反应的继续进行，电池正极含锂量越来越低，正极材料的氧化性越来越强，随即与电解液中的有机溶剂反应生成CO、CO₂、HCL，如反应(3)、(4)所示：

O₂+C₃H₄O₃(EC)→3CO(g)+H₂O

(3)

4O₂+C₄H₆O₃(PC)→4CO₂(g)+3H₂O

(4)

随着反应的深入进行，电解液不仅与电极发生反应，其自身也会有更剧烈的分解，将产生H₂、CO、CO₂、HF以及烷烃类混合气体。