一种锂离子电池表面应力检测方法及装置与流程

本申请涉及锂电池，具体涉及一种锂离子电池表面应力检测方法及装置。

背景技术：

1、电动汽车(evs)由电池组提供动力，其效率直接依赖于电池组的性能。由于其高能量和功率密度，低自放电速率和长寿命，锂离子电池在汽车工业中得到了广泛地应用。然而，续航里程有限成为电动汽车大规模推广的重大阻碍。因此，亟需提升电池的能量密度缓解里程焦虑。为了达到高能量密度要求，正极应使用基于镍或锰的锂离子材料，而负极从碳基材料转换为硅碳的组合材料。然而，这些能量密度更高的材料具有较低的热稳定性，易于导致严重的安全问题，如析锂、产气、起火爆炸等。

2、锂离子电池的热失控是电池内部自加速连锁反应的现象。这些反应通常会引起电池内部温度急剧上升，导致电池内部结构不稳定和降解，最终导致电池完全失效。热失控可能由各种机械、电气和热滥用引起，热失控过程中电池发生结构坍塌、隔膜融化或穿孔，从而导致电池发生内部短路，产生了大量的热量，进而加剧了自身的电化学反应的程度，导致大量热量产生。电池内部温度急剧上升，并释放大量易燃气体。同时，气体的释放会增加电池内部压力，导致外壳膨胀积聚应力，从而造成壳体或防爆阀破裂引起爆炸。

3、在实际应用中，单体电芯热失控问题尤为重要，这是由于单体电池的热失控可能会引起相邻电池进入相同状态，从而导致更加严重的爆炸和火灾。一旦电池进入热失控状态，其中的内部反应将会自行加速，形成恶性循环，而且外部手段无法有效终止这一过程。因此，及早发现并预警电池的热失控状态对于锂离子电池来说非常关键。

4、电池管理系统可以对电芯的一些参数进行实时监控，对电芯进行监测、预警、调控和处置。然而，传统的电池管理系统仅采集模组层面的电压、电流和温度等物理量。如果在电池组内部，个别电芯出现故障，如过充、过放、短路等问题，这些故障无法及时有效地反映在模组层面的参数变化上，因此无法满足现代化的电池管理需求，亟需引入新的技术和方法对电池因充放电循环、产气引发的体积膨胀行为进行有效监测。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提出一种锂离子电池表面应力检测方法及装置，以对电池因充放电循环、产气引发的体积膨胀行为进行有效监测。

2、为实现上述目的，本申请实施例提供一种锂离子电池表面应力检测方法，包括：

3、通过发送超声脉冲透射所述锂离子电池，采集不同膨胀状态下的超声反射信号；

4、对同一膨胀状态下多次采集的超声反射信号的波形进行处理，得到处理后的超声波波形；

5、根据以下公式计算表面应力；

6、

7、其中，xτ是表面应力为时对应处理后超声波波形上第τ个点的信号值，超声波波形包括n个点，τ＝1，2，3···n；xpeak为超声波波形最大值；μ为超声波波形的n个点的信号值的平均值；a、b、c均为常数。

8、进一步地，所述步骤s1中，将用于超声脉冲的超声发射换能器置于锂离子电池的任一工作面中心线处。

9、进一步地，所述步骤s2中，对同一膨胀状态下多次采集的超声反射信号的波形进行处理具体是进行平均和平滑处理。

10、进一步地，所述a、b、c的计算方式为：

11、测量不同应变状态下锂离子电池的超声波波形，同时记录对应的实际表面应力，分别拟合对应的超声波信号强度与电池表面应力之间的线性关系来求解得到a、b的值，再计算拟合曲线截距绝对值平方根之和得到常数c的值。

12、本申请实施例还提供一种锂离子表面应力检测装置，包括：

13、超声换能器，用于发射超声脉冲和接收反射后的超声反射信号；

14、信号采集模块，用于采集不同膨胀状态下的超声反射信号；

15、处理模块，用于对同一膨胀状态下多次采集的超声反射信号的波形进行处理，得到处理后的超声波波形；

16、计算模块，用于计算处理后的超声波信号值，然后计算所述锂离子电池的表面应力。

17、进一步地，所述处理模块具体用于对同一膨胀状态下多次采集的超声反射信号的波形进行平均和平滑处理。

18、进一步地，所述超声频率范围为50khz～500khz。

19、进一步地，所述超声换能器与待测电池夹角介于30°～60°。

20、进一步地，所述超声换能器至少是陶瓷片、驻极体声传感器、压电超声探头中的一种。

21、本申请实施例具有以下有益效果：

22、本申请实施例利用锂离子电池不同膨胀状态下的超声波反射信号的，可以无损获取锂离子电池表面应力，易于实现和安装，对电池无需对电池结构进行改装或安装内置传感器，具有无损、低成本等优点。

技术特征：

1.一种锂离子电池表面应力检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，将用于超声脉冲的超声发射换能器置于锂离子电池的任一工作面中心线处。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，对同一膨胀状态下多次采集的超声反射信号的波形进行处理具体是进行平均和平滑处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述a、b、c的计算方式为：

5.一种锂离子表面应力检测装置，包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理模块具体用于对同一膨胀状态下多次采集的超声反射信号的波形进行平均和平滑处理。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述超声频率范围为50khz～500khz。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述超声换能器与待测电池夹角介于30°～60°。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述超声换能器至少是陶瓷片、驻极体声传感器、压电超声探头中的一种。

技术总结
本申请涉及一种锂离子电池表面应力检测方法及装置，包括：通过发送超声脉冲透射所述锂离子电池，采集不同膨胀状态下的超声反射信号；对同一膨胀状态下多次采集的超声反射信号的波形进行处理，得到处理后的超声波波形；根据以下公式计算表面应力；其中，X<subgt;τ</subgt;是表面应力为时对应处理后超声波波形上第τ个点的信号值，超声波波形包括n个点，τ＝1，2，3···n；X<subgt;peak</subgt;为超声波波形最大值；μ为超声波波形的n个点的信号值的平均值；A、B、C均为常数。通过本申请，能够对电池因充放电循环、失效等过程产气引发电池壳体表明应力累积程度的进行有效测量，从而评估电池失效状况。

技术研发人员：杜进桥,田杰,李艳,沈越
受保护的技术使用者：深圳供电局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15