用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法与流程

本发明属于高压储能电池故障分析领域，具体涉及一种用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法。

背景技术：

1、锂离子电池因其能量密度高、自放电率低、生命周期长特性而得到了迅速发展，广泛应用在电力系统发电、输电、配电、用电的各个环节，成为主要的储能电池之一。但是，由于锂离子电池独特的内部化学成分及外部结构特性，在面临电池储能系统故障如电池本体缺陷、外部激源、运行环境、管理系统缺陷时，锂离子电池容易产生火灾甚至爆炸，严重影响锂离子电池储能技术大规模发展及应用。

2、目前锂离子电池多采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet，polyethyleneterephthalate)薄膜包覆外壳的方式进行绝缘防护，其划伤、破损与长期使用过程中的老化易引起绝缘故障，成为引发电池热失控的主要因素之一，机理研究可深入剖析锂离子电池失效的电化学反应过程，更好地支撑锂离子电池的绝缘防护设计。目前针对pet薄膜绝缘故障的机理研究主要基于对电池系统的电场仿真，未提出试验测量验证方法，并针对测量数据信息展开深入剖析，进而为绝缘失效引发的电池安全问题提供理论指导。

技术实现思路

1、为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，该方法能够得到绝缘失效诱发的电池故障演变规律及内部反应机理，为绝缘失效引发的电池安全问题提供支持。

2、为实现上述目的，本发明采用的方案如下：

3、一种用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，包括以下步骤：

4、获取模拟高压电池储能系统的锂离子电池绝缘失效试验中电压、电流、温度、电阻以及电池图像；

5、根据电压、电流、温度与电阻以及电池图像分析得到绝缘失效诱发的电池故障演变规律及内部反应机理。

6、进一步的，获取模拟高压电池储能系统的锂离子电池绝缘失效试验中电压、电流、温度、电阻以及电池图像，包括以下步骤：

7、在去除绝缘蓝膜的锂离子电池外壳上布置用于模拟电池壳体绝缘失效的导电铜片；

8、连接用于模拟外部施加的过电压激励试验外接电路，进行锂离子电池绝缘失效试验，得到电压、电流、温度与电阻以及电池图像。

9、进一步的，在去除绝缘蓝膜的锂离子电池外壳上布置用于模拟电池壳体绝缘失效的导电铜片，包括以下步骤：

10、s11：在锂离子电池正极下方破坏电池外壳表面的绝缘蓝膜，并将电池外壳采用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜包覆；

11、s12：利用夹板将导电铜片紧贴于电池外壳表面；

12、s13：采用隔热棉覆盖电池表面；

13、s14：将绝缘橡胶置于隔热棉外侧及电池底部。

14、进一步的，连接用于模拟外部施加的过电压激励试验外接电路，包括以下步骤：

15、将电池极耳及导电铜片与用于提供电池极耳与外壳间过电压的电压源相连。

16、进一步的，导电铜片与电压源之间设置保护电阻。

17、进一步的，过电压包括外壳-正极过电压、正极-外壳过电压、外壳-负极过电压与负极-外壳过电压。

18、进一步的，外壳-正极过电压为在外壳与正极之间施加从外壳到正极电位降低的高电压，正极-外壳过电压为在正极与外壳之间施加从正极到外壳电位降低的高电压，外壳-负极过电压为在外壳与负极之间施加从外壳到负极电位降低的高电压，负极-外壳过电压为在负极与外壳之间施加从负极到外壳电位降低的高电压。

19、进一步的，连接用于模拟外部施加的过电压激励试验外接电路，进行锂离子电池绝缘失效试验，得到电压、电流、温度与电阻以及电池图像，包括以下步骤：

20、当电流升高至设定值以上并稳定后，关闭直流电压源，检测外壳-正极、外壳-负极以及正极-负极间电压；

21、测试试验外接电路的回路电流，并用功率分析仪采集电流；

22、采集电池正面、背面、两极耳、底部与绝缘破坏处的温度；

23、对过电压施加下电池热失控后的电池正极、负极材料形貌进行观测，获得电池形貌；

24、分析电池表面元素分布；

25、计算电池外壳与极耳间电阻。

26、进一步的，采用下式计算电池外壳与极耳间电阻：

27、

28、其中，r为电池外壳与极耳间电阻，单位：ω；u为施加过电压后电池壳体与极耳间电压，单位：v；iloop为电压源与电池外壳及极耳组成的回路电流，单位：a；r外电阻为铜导线电阻及接触电阻，单位ω。

29、进一步的，根据电压、电流、温度与电阻以及电池图像分析绝缘失效诱发的电池故障演变规律及内部反应机理，包括以下步骤：

30、根据电压、电流与电阻，分析电池正负极跳水及内部枝晶导通-熔断情况；

31、根据温度确定电池内部反应位点，电池温度及温度变化率，判断电池是否发生热失控；

32、根据电池形貌及电池表面元素分布，分析电池绝缘失效过程中的元素转移和枝晶生长情况。

33、与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

34、本发明通过对模拟高压电池储能系统的锂离子电池绝缘失效试验，并获得试样中的电压、电流、温度、电阻以及电池图像，从而对绝缘失效诱发的电池故障演变规律及内部反应机理进行分析。本发明结合电池内部材料理化分析和特征响应，深刻揭示并验证锂电池故障机理及演变规律，为高压储能电池的安全绝缘防护设计提供指导。

35、进一步的，本发明中电池外壳采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet，polyethyleneterephthalate)薄膜包覆的方式进行绝缘防护。布置导电铜片时，利用夹板将导电铜片紧贴于电池外壳表面，从而增加电池外壳过流面积，同时避免电线虚接；采用隔热棉覆盖电池表面减少电池散热，从而防止过流面积过小导致产生局部热点；同时将绝缘橡胶置于隔热棉外侧及电池底部，避免漏电流产生。

技术特征：

1.一种用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，其特征在于，获取模拟高压电池储能系统的锂离子电池绝缘失效试验中电压、电流、温度、电阻以及电池图像，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，其特征在于，在去除绝缘蓝膜的锂离子电池外壳上布置用于模拟电池壳体绝缘失效的导电铜片，包括以下步骤：

4.根据权利要求2所述的用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，其特征在于，连接用于模拟外部施加的过电压激励试验外接电路，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，其特征在于，导电铜片与电压源之间设置保护电阻。

6.根据权利要求4所述的用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，其特征在于，过电压包括外壳-正极过电压、正极-外壳过电压、外壳-负极过电压与负极-外壳过电压。

7.根据权利要求6所述的用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，其特征在于，外壳-正极过电压为在外壳与正极之间施加从外壳到正极电位降低的高电压，正极-外壳过电压为在正极与外壳之间施加从正极到外壳电位降低的高电压，外壳-负极过电压为在外壳与负极之间施加从外壳到负极电位降低的高电压，负极-外壳过电压为在负极与外壳之间施加从负极到外壳电位降低的高电压。

8.根据权利要求2所述的用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，其特征在于，连接用于模拟外部施加的过电压激励试验外接电路，进行锂离子电池绝缘失效试验，得到电压、电流、温度与电阻以及电池图像，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，其特征在于，采用下式计算电池外壳与极耳间电阻：

10.根据权利要求8所述的用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，其特征在于，根据电压、电流、温度与电阻以及电池图像分析绝缘失效诱发的电池故障演变规律及内部反应机理，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种用于储能系统绝缘故障机理研究的试验测量及分析方法，包括以下步骤：获取模拟高压电池储能系统的锂离子电池绝缘失效试验中电压、电流、温度、电阻以及电池图像；根据电压、电流、温度与电阻以及电池图像分析得到绝缘失效诱发的电池故障演变规律及内部反应机理。本发明结合电池内部材料理化分析和特征响应，深刻揭示锂电池故障机理及演变规律，为高压储能电池的安全绝缘防护设计提供指导。

技术研发人员：刘雅婷,渠展展,杜杲娴,刘皓,汪奂伶,黎可
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17