一种锂离子电池热蔓延进程在线检测装置和方法

本发明涉及锂电池，尤其是涉及一种锂离子电池热蔓延进程在线检测装置和方法。

背景技术：

1、锂离子电池因其优异的性能以及低廉的成本被广泛应用于电动汽车，储能以及便携式电子设备等领域，被认为是建立碳中和社会的基石。现阶段，锂离子电池的热失控问题成为限制锂离子电池大规模应用的一个重要因素。电池系统中单电芯发生热失控后的危害程度相对有限，但是热失控电芯会通过热传导，热对流和热辐射的方式向周围电芯传递热量，一旦超过临近电芯的热失控阈值，电池系统内部将会发生热失控蔓延事故。为实现电芯间热蔓延阻断，隔热性能较好的气凝胶广泛应用于电动汽车行业作为电芯间隔热材料。随着能源结构转型的需求，电池系统不断朝着高度集成化以及大容量化方向发展。在一个庞大的电池系统中，当某节电芯发生热失控后，迅速且精确的确定失控电芯位置对于消防人员应对灾情具有非常重要的意义。

2、然而，目前对于热失控电池位置检测的方法较少，使用电压、温度、气体、压力等信号，虽然能快速实现锂电池热失控预警，但是目前尚没有较好的确定热失控电池位置的方法。同时出于成本方面的考虑，仅依靠电池模组内有限数量的温度以及电压传感器很难迅速且精确的确定系统内部失控电池所处位置。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了实现成本较低的情况下系统内失控电池准确定位而提供的一种锂离子电池热蔓延进程在线检测装置和方法，仅需对现有气凝胶结构进行调节，在两侧pet封装膜与气凝胶毡之间布置电压测量单元，结构简单且成本低，可广泛应用于各种材料体系及壳体带电的电芯。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种锂离子电池热蔓延进程在线检测装置，装置包括：在相邻的两个电芯之间设置的气凝胶隔热垫，所述气凝胶隔热垫两侧的内部设有电压采集单元，所述气凝胶隔热垫基于橡胶框固定在电芯上；

4、所述电压采集单元的输出端连接线束的一端，线束的另一端连接电压测量单元，电压测量单元连接电池管理系统。

5、进一步地，所述电压采集单元和电芯之间由电芯蓝膜以及气凝胶封封装膜隔开。

6、进一步地，所述电压采集单元通过气凝胶封封装膜封装在气凝胶隔热垫内部。

7、进一步地，所述气凝胶隔热垫根据潜在的能量传递路径以及冷却策略布置方案进行布置，布置位置包括仅设置在大面或侧面或底面、设置在大面、侧面和底面中的任意两个面，以及同时设置在大面、侧面和底面中三种情况。

8、进一步地，所述电芯上设有输出极和安全阀。

9、进一步地，所述电压采集单元为薄膜测压单元。

10、本发明的另一方面，还提出一种锂离子电池热蔓延进程在线检测方法，基于上述的检测装置，方法包括以下步骤：

11、s1、实时获取电压采集单元测取的电压信号；

12、s2、电压测量单元中，执行以下步骤：若第i个电压采集单元的电压信号非零电，且：

13、满足第一条件，则第i个电芯为热失控电芯；

14、不满足第一条件且满足第二条件，则第i个电芯为热失控电芯；

15、不满足第一条件和第二条件，且满足第三条件，则第i-1个电芯为热失控电芯；

16、s3、电压测量单元将热失控电芯的位置信息发送至电池管理系统。

17、进一步地，所述满足第一条件具体为：

18、设第i个电芯两侧的电压采集单元分别为第i个电压采集单元和第i-1个电压采集单元，第i个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i+1个电压采集单元，第i-1个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i-2个电压采集单元；

19、此时，若第i-1个电压采集单元测取的电压信号非零电，则满足第一条件；或

20、设第i个电芯两侧的电压采集单元分别为第i个电压采集单元和第i+1个电压采集单元，第i个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i-1个电压采集单元，第i+1个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i+2个电压采集单元；

21、此时，若第i+1个电压采集单元测取的电压信号非零电，则满足第一条件。

22、进一步地，所述满足第二条件具体为：

23、设第i个电芯两侧的电压采集单元分别为第i个电压采集单元和第i-1个电压采集单元，第i个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i+1个电压采集单元，第i-1个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i-2个电压采集单元；

24、此时，若第i-2和第i+1个电压采集单元测取的电压信号非零电，则满足第二条件；或

25、设第i个电芯两侧的电压采集单元分别为第i个电压采集单元和第i+1个电压采集单元，第i个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i-1个电压采集单元，第i+1个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i+2个电压采集单元；

26、此时，若第i-1和第i+2个电压采集单元测取的电压信号非零电，则满足第二条件。

27、进一步地，满足第三条件为：设第i个电芯两侧的电压采集单元分别为第i个电压采集单元和第i-1个电压采集单元，第i个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i+1个电压采集单元，第i-1个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i-2个电压采集单元；

28、此时，若第i-2个电压采集单元测取的电压信号非零电，则满足第三条件，第i-1个电芯为热失控电芯，且热失控蔓延方向为第i-1个电芯到第i个电芯；或

29、设第i个电芯两侧的电压采集单元分别为第i个电压采集单元和第i+1个电压采集单元，第i个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i-1个电压采集单元，第i+1个电压采集单元的一侧为第i个电芯，另一侧为同一个气凝胶隔热垫内的第i+2个电压采集单元；

30、此时，若第i-1个电压采集单元测取的电压信号非零电，则满足第三条件，第i-1个电芯为热失控电芯，且热失控蔓延方向为第i-1个电芯到第i个电芯。

31、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

32、本发明的装置仅需对现有气凝胶结构进行调节，在两侧pet封装膜与气凝胶毡之间布置电压测量单元，结构简单且成本低，可广泛应用于各种材料体系及壳体带电的电芯，例如方壳，圆柱电芯。此外，本发明的检测方法通过设置递进判断的第一条件、第二条件和第三条件，首先判断一个电芯的两侧的电压采集单元是否都非零电压，进而可以准确定位出热失控事故触发电芯，同时由于对第二条件的判断，即便电池热失控较为剧烈，未成功检测到热失控电芯壳体电压，也能通过检测一个电芯的两侧的电压采集单元的同一个隔热垫内的另一个采集单元的检测的信息定位故障位置。此外，本发明对于第三条件的判断可以检测出失控的趋势。