一种车辆热失控故障分析系统的制作方法

本发明属于热失控领域，更具体地说，尤其涉及一种车辆热失控故障分析系统。

背景技术：

1、目前，新能源汽车火灾事故的导火线集中在其动力源——动力电池。在新能源汽车用的动力电池中，多个电芯组成模组。模组和热管理系统、电池管理系统、电气系统以及结构件组装形成整个动力电池包。

2、电芯是整个动力电池能量的来源，其热失控也是引起整车火灾事故的关键。常见引发事故场景有热引发因素和机械引发因素。热因素有两种，第一种是电芯直接被明火点燃引发，另一种是电芯没有遇到明火而是被传导过来的高温热量引发异常生热导致热失控；机械因素是异物挤压或刺入电芯导致内短路引起热失控。新能源汽车火灾事故调查对故障单体的勘察方式主要为现场目视观察法，例如拆解电池事故模组后观察其中单体顶盖、侧板，单体间有无相互挤压变形、极片拱起，单体外壳有无拉弧熔穿等痕迹来推测事故原因，尚缺乏对故障电芯事故致因研判的技术，因此，我们提出一种车辆热失控故障分析系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种车辆热失控故障分析系统，本系统从温度曲线特性出发，结合事故后电芯样品状态，适用于对做种事故致因进行区分和判断，准确的分析以及定位故障。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种车辆热失控故障分析系统，其特征在于，包括：

4、采集模块，所述采集模块用于采集车辆电池电芯状态的变化；

5、分析模块，所述分析模块接收到采集模块采集的电芯温度的变化信息后，通过计算电芯温度从正常温度升到温度飙升前，温度曲线变化特点；

6、服务器，所述服务器用于接收分析模块传输的分析信号，同时，结合车辆电池的历史数据进一步分析，确定至少一个初始预测故障点，计算每个所述初始预测故障点的实际故障发生概率，将所述实际故障发生概率超过预设概率阈值的所述初始预测故障点作为最终预测故障点，生成故障预警信息。

7、优选的，所述分析模块分析温度曲线变化特点中，包括如下情况：

8、若温度曲线渐升，则判断该电芯热失控致因归属于热因素引发；

9、若温度不变，则判断该电芯热失控致因归属于机械因素引发；

10、优选的，判断车辆电池电芯热失控致因是热因素引发时：

11、接着比对电压曲线上电压降到0v时发生时间和温度飙升的发生时间先后顺序；若电压降到0v发生在温度飙升之前，且事故后电芯外壳出现鼓胀但整体较为完好，则判断该电芯发生热失控的原因是被传导过来的高温热量引发热失控；

12、比对电压降到0v时发生时间和温度飙升的发生时间先后顺序；若电压降到0v是与温度飙升同时发生，且事故后电芯外壳严重破裂，且壳外测灼烧痕迹明显比壳内测痕迹严重，则判断该电芯发生热失控原因是由于明火燃烧引起的热失控。

13、优选的，判断电芯热失控致因是机械因素引发时：

14、接着比对电芯正极、负极以及大面中心位置的温度变化曲线；当三条温度曲线重合性好时，则判断引发该电芯发生热失控的诱因是平行作用于电芯内部极片的机械因素；

15、比对电芯正极、负极以及大面中心位置的温度变化曲线；当三条温度曲线差异性大、重合度不高时，则判断引发该电芯发生热失控的诱因是垂直作用于电芯内部极片方向上的机械因素。

16、优选的，所述采集模块包括：气体探测器、烟雾传感器、火焰探测器以及温度传感器；

17、气体探测器、烟雾传感器、火焰探测器以及温度传感器根据热失控过程状态推测在不同阶段动力电池呈现不同的表征，为了迅速的判断其内部状态；具体为：

18、早期阶段，电池内部初始故障发生，通过气体探测器吸附动力电池，可快速判断内部是否产生故障；

19、烟雾阶段，内部泄露气体引起烟雾产生，此时可通过烟雾传感器进行检测；

20、火焰阶段，由于泄露引起火情达到燃点，此时可通过火焰探测器快速感知；

21、高温阶段，燃烧产生的大量热量引起高温，可通过温度传感器快速感知。

22、优选的，所述分析模块判断温度的条件包括：

23、tmax温度值大于或等于阈值设定的60℃，并且持续3秒；温度最大值与最小值的差大于20℃，并且持续3秒；最高温度值在5秒内的温升大于或等于2℃。

24、优选的，所述分析模块采用三维传热模型辅助确定温度曲线变化，同时，采用瞬态的能量守恒方程来描述这些能量累积、传递以及释放的过程，具体计算式如下：

25、

26、式中，方程左侧为电池温度的瞬态项，右侧第一项为温度扩散项；qheat表示来自外部的热通量；qele表示充放电过程中由于电荷转移和化学反应引发的电热，分为可逆热和不可逆热两个部分，qrec表示由于电池内部活性材料分解释放的热量。

27、优选的，所述表面散热项qdis计算为热传导、热对流和热辐射导致的热量损失之和，表达式为：

28、

29、上式中，除了守恒方程的构建外，还需要对电池的几何结构进行建模，并相应地进行网格划分；锂离子电池的卷芯是由集流体、正负极活性材料和隔膜经历多次卷绕而形成的层状结构。

30、优选的，所述电热模型在充电以及放电过程中，电池内部会产生热量，按照热量产生的来源可分为可逆热和不可逆热。可逆热是指电池内部发生电化学反应时，li+转移生成的热量，采用分布参数热模型分析电池内部产热的不均匀性，如下式：

31、

32、式中，右侧第一项为极化热，第二项为反应热，第三项是焦耳热；由于离子在电解液中移动受到的阻抗，第四项和第五项计算为欧姆损耗。分布参数热模型可以通过锂离子电池的电化学模型进行解耦。

33、本发明的技术效果和优点：本发明提供的车辆热失控故障分析系统，与现有技术相比，本发明从温度曲线特性出发，结合事故后电芯样品状态，适用于对做种事故致因进行区分和判断，准确的分析以及定位故障；

34、其次，本发明基于分布参数热模型考虑了电池内部产热的不均匀性，根据电池内部的电流密度和温度分布计算充放电过程中的产热情况，进一步确保了本系统的分析准确性。

技术特征：

1.一种车辆热失控故障分析系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种车辆热失控故障分析系统，其特征在于：所述分析模块分析温度曲线变化特点中，包括如下情况：

3.根据权利要求2所述的一种车辆热失控故障分析系统，其特征在于：判断车辆电池电芯热失控致因是热因素引发时：

4.根据权利要求2或3任一所述的一种车辆热失控故障分析系统，其特征在于：判断电芯热失控致因是机械因素引发时：

5.根据权利要求1所述的一种车辆热失控故障分析系统，其特征在于：所述采集模块包括：气体探测器、烟雾传感器、火焰探测器以及温度传感器；

6.根据权利要求1所述的一种车辆热失控故障分析系统，其特征在于：所述分析模块判断温度的条件包括：

7.根据权利要求1所述的一种车辆热失控故障分析系统，其特征在于：所述分析模块采用三维传热模型辅助确定温度曲线变化，同时，采用瞬态的能量守恒方程来描述这些能量累积、传递以及释放的过程，具体计算式如下：

8.根据权利要求7所述的一种车辆热失控故障分析系统，其特征在于：所述表面散热项qdis计算为热传导、热对流和热辐射导致的热量损失之和，表达式为：

9.根据权利要求7或8任一所述的一种车辆热失控故障分析系统，其特征在于：所述电热模型在充电以及放电过程中，电池内部会产生热量，按照热量产生的来源可分为可逆热和不可逆热。可逆热是指电池内部发生电化学反应时，li+转移生成的热量，采用分布参数热模型分析电池内部产热的不均匀性，如下式：

技术总结
本发明公开了一种车辆热失控故障分析系统，包括：采集模块，采集模块用于采集车辆电池电芯状态的变化；分析模块，分析模块接收到采集模块采集的电芯温度的变化信息后，通过计算电芯温度从正常温度升到温度飙升前，温度曲线变化特点；服务器，服务器用于接收分析模块传输的分析信号，同时，结合车辆电池的历史数据进一步分析，确定至少一个初始预测故障点，计算每个初始预测故障点的实际故障发生概率，将实际故障发生概率超过预设概率阈值的初始预测故障点作为最终预测故障点，生成故障预警信息。本发明从温度曲线特性出发，结合事故后电芯样品状态，适用于对做种事故致因进行区分和判断，准确的分析以及定位故障。

技术研发人员：阎全忠,张连新,江运宝
受保护的技术使用者：上饶洛信智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24