基于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价方法及装置与流程

1.本发明涉及电池储能系统智能故障诊断领域，具体涉及一种基于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价方法及装置。


背景技术：

2.能源危机与日益严重的环保问题促使大众寻求新的替代能源,电能凭借其产量高、可反复获取、绿色清洁的优点,极有可能成为未来的主力能源。作为电能储存、利用的载体,锂离子电池凭借高能量密度、高功率密度、长循环寿命等优点,在各种电子产品、电动车辆、储能系统中广泛应用。然而在利用锂离子电池的过程中,热失控这一问题的出现极大阻碍了人们的脚步。热失控是锂离子电池的首要安全问题。根据失效形式，导致电池热失控的滥用工况可以分为机械滥用、电滥用、热滥用。
3.对于锂离子电池热失控的风险评估，目前主要是建立标准来设置测试项目和检测方法来测试相关风险，已有方法都是从不同的条件和情况分析锂离子电池热失控时的危险性，但缺乏定量和系统的分析。因此，迫切需要一种能够定量和系统地分析锂离子电池热失控危险的方法。
4.针对现有技术中无法系统性的评估锂电池热失控风险的问题，目前还没有一个有效的解决方法。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种基于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价方法及装置，通过确定主因子与子因子，建立热失控风险的成对比较矩阵，根据成对比较矩阵确定评价权重，根据权重完成对锂电池热失控风险的评价，以解决无法系统性的评估锂电池热失控风险的问题。
6.为达到上述目的，本发明实施例提供了一种基于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价方法，包括：s1、获取可评价锂电池热失控风险的多个主因子，及每个主因子对应的子因子，建立评价指标体系；s2、根据多个主因子建立主因子成对比较矩阵，根据子因子建立每个主因子对应的子因子成对比较矩阵；s3、分别计算主因子成对比较矩阵及子因子成对比较矩阵的一致性比，若任一成对比较矩阵的一致性比未在预设范围内，则修改该成对比较矩阵中的元素直至其一致性比在预设范围内；s4、根据主因子成对比较矩阵计算评价指标体系的模糊权重向量，根据子因子成对比较矩阵计算对应主因子的模糊权重向量；s5、对评价指标体系的模糊权重向量及主因子的模糊权重向量分别进行归一化处理，根据归一化后的权重向量对锂电池热失控风险进行评价。
7.进一步可选的，所述分别计算主因子成对比较矩阵及子因子成对比较矩阵的一致性比包括：s301、对于目标成对比较矩阵，将其中每个元素对应的模糊值转换为确定值；s302、计算目标成对比较矩阵的最大特征值；s303、根据最大特征值计算目标成对比较矩阵的一致性比。
8.进一步可选的，所述主因子包括：电池自身危险因子、排气危险因子、喷射火焰和高温混合物危险因子及喷射粉末危险因子。
9.进一步可选的，所述电池自身危险因子对应的子因子包括：表面温度及热失控触发时间；所述排气危险因子对应的子因子包括：气体爆炸下限、气体毒性及气体冲击压力危险等级；所述喷射火焰和高温混合物危险因子对应的子因子包括：最大弹射高度及喷射火焰和高温混合物的最高温度；所述喷射粉末危险因子对应的子因子包括：喷射粉末粒度及喷射粉末毒性。
10.进一步可选的，所述根据主因子成对比较矩阵计算评价指标体系的模糊权重向量，根据子因子成对比较矩阵计算对应主因子的模糊权重向量包括：s401、对于当前成对比较矩阵，计算其每行元素对应的模糊值之和，记为单行向量；s402、计算当前成对比较矩阵中所有单行向量之和，得到全行向量；s403、根据单行向量与全行向量计算当前成对比较矩阵对应的模糊权重向量。
11.另一方面，本发明实施例还提供了一种基于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价装置，包括：评价指标体系建立模块，用于获取可评价锂电池热失控风险的多个主因子，及每个主因子对应的子因子，建立评价指标体系；成对比较矩阵构建模块，用于根据多个主因子建立主因子成对比较矩阵，根据子因子建立每个主因子对应的子因子成对比较矩阵；一致性修正模块，用于分别计算主因子成对比较矩阵及子因子成对比较矩阵的一致性比，若任一成对比较矩阵的一致性比未在预设范围内，则修改该成对比较矩阵中的元素直至其一致性比在预设范围内；模糊权重向量计算模块，用于根据主因子成对比较矩阵计算评价指标体系的模糊权重向量，根据子因子成对比较矩阵计算对应主因子的模糊权重向量；评价模块，用于对评价指标体系的模糊权重向量及主因子的模糊权重向量分别进行归一化处理，根据归一化后的权重向量对锂电池热失控风险进行评价。
12.进一步可选的，所述一致性修正模块包括：确定值转换子模块，用于对于目标成对比较矩阵，将其中每个元素对应的模糊值转换为确定值；最大特征值计算子模块，用于计算目标成对比较矩阵的最大特征值；一致性比计算子模块，用于根据最大特征值计算目标成对比较矩阵的一致性比。
13.进一步可选的，所述主因子包括：电池自身危险因子、排气危险因子、喷射火焰和高温混合物危险因子及喷射粉末危险因子。
14.进一步可选的，所述电池自身危险因子对应的子因子包括：表面温度及热失控触发时间；所述排气危险因子对应的子因子包括：气体爆炸下限、气体毒性及气体冲击压力危险等级；所述喷射火焰和高温混合物危险因子对应的子因子包括：最大弹射高度及喷射火焰和高温混合物的最高温度；所述喷射粉末危险因子对应的子因子包括：喷射粉末粒度及喷射粉末毒性。
15.进一步可选的，所述模糊权重向量计算模块包括：单行向量计算子模块，用于对于当前成对比较矩阵，计算其每行元素对应的模糊值之和，记为单行向量；全行向量计算子模块，用于计算当前成对比较矩阵中所有单行向量之和，得到全行向量；模糊权重向量计算子模块，用于根据单行向量与全行向量计算当前成对比较矩阵对应的模糊权重向量。
16.同时，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法。
17.同时，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
18.以上技术方案具有如下有益效果：本发明实施例建立了多因子评价方法体系，确定了指标体系；建立了热失控风险的成对比较矩阵，采用三角模糊法进行计算，得到了评价权重；定量确定了标准风险等级的因素范围。模糊层次分析法将分析问题分为三个层次：总体分析的目标、主因子和子因子，相比普通权重分析法能更全面的对热失控风险进行综合分析，提高了评价结果的可靠性。
19.为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的基于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价方法的流程图；
22.图2是本发明实施例提供的整体策略架构示意图；
23.图3为本发明实施例提供的三角范围分析方法的示意图；
24.图4为本发明实施例提供的计算成对比较矩阵的一致性比方法的流程图；
25.图5是本发明实施例提供的锂电池热失控风险的分级评价指标体系示意图；
26.图6是本发明实施例提供的模糊权重向量计算方法的流程图；
27.图7是本发明实施例提供的基于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价装置的结构示意图；
28.图8是本发明实施例提供的一致性修正模块的结构示意图；
29.图9是本发明实施例提供的模糊权重向量计算模块的结构示意图。
30.附图标记：
31.100-评价指标体系建立模块200-成对比较矩阵构建模块300-一致性修正模块3001-确定值转换子模块3002-最大特征值计算子模块3003-一致性比计算子模块400-模糊权重向量计算模块4001-单行向量计算子模块4002-全行向量计算子模块4003-模糊权重向量计算子模块500-评价模块
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.为解决现有技术中无法系统性的评估锂电池热失控风险的问题，本发明实施例提供了一种基于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价方法，图1为本发明实施例提供的基
于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价方法的流程图，图2是本发明实施例提供的整体策略架构示意图，如图1、图2所示，该方法包括：
34.s1、获取可评价锂电池热失控风险的多个主因子，及每个主因子对应的子因子，建立评价指标体系；
35.在结合实验结果和文献资料的基础上，首先建立评价指标体系(a)，其中包含多个主因子(bi)。每个主因子还包括一组子因子(ci)，选取因子时需保证，各因子与电池的荷电状态(soc)之间没有明显的相关性，也不受电池内部材料分解或化学反应的影响，符合相互独立的要求。
36.s2、根据多个主因子建立主因子成对比较矩阵，根据子因子建立每个主因子对应的子因子成对比较矩阵；
37.fahp(模糊层次分析法)中使用的成对比较矩阵可以表示为：
[0038][0039]
～x
ij
＝(a
ij
,m
ij
,d
ij
)
[0040]
～x
ji
＝(～x
ij
)-1
(d
ij-1
,m
ij
,a
ij-1
)
[0041]
式中：是成对比较矩阵，～xij是成对比较矩阵中的元素，n是主因子或子因子的数量。
[0042]
s3、分别计算主因子成对比较矩阵及子因子成对比较矩阵的一致性比，若任一成对比较矩阵的一致性比未在预设范围内，则修改该成对比较矩阵中的元素直至其一致性比在预设范围内；
[0043]
对成对比较矩阵进行一致性检验，以确保矩阵的定义权重是可接受的。具体的，根据对应的成对比较矩阵计算每个矩阵的一致性比，若一致性比在预设范围内，则认为对应的成对比较矩阵的一致性是可以接受的；反之，若一致性比未在预设范围内，则应该修改对应的成对比较矩阵，以满足一致性需求。
[0044]
作为一种可选的实施方式，预设范围为一致性比小于0.1。
[0045]
s4、根据主因子成对比较矩阵计算评价指标体系的模糊权重向量，根据子因子成对比较矩阵计算对应主因子的模糊权重向量；
[0046]
根据每个成对比较矩阵中的元素采用一般方法计算三角模糊权重向量，以便后续采用三角范围分析法计算明晰权重。
[0047]
s5、对评价指标体系的模糊权重向量及主因子的模糊权重向量分别进行归一化处理，根据归一化后的权重向量对锂电池热失控风险进行评价。
[0048]
基于上面定义的三角模糊权重向量，可以利用三角模糊数的特性并与其他元素权重进行比较，优化权重以获得更精确的值。鉴于此，有必要对上述三角模糊权重进行三角范围分析。
[0049]
图3为本发明实施例提供的三角范围分析方法的示意图，如图3所示：
[0050]
的可能性程度定义为：
[0051][0052]
式中：h是和最高交点d的横坐标。
[0053]
为比较和需要计算和的值。的可能性程度表示为：
[0054][0055]
因此，根据上述三角范围模糊分析，第i个主因子或子因子的确定权重值如下式所示：
[0056][0057]
式中：wi′
是第i个主因子或子因子的确定权重值，是一个非模糊数。其组成的确定权重向量定义为：
[0058]
wi′
＝(w1′
,w2′
,
…
,wn′
)
[0059]
归一化处理后，若存在3个主因子，则因子a(w
tri
)和因子的归一化确定权重向量可以表示为：
[0060][0061][0062]
根据以上每个因子的权重结合评价规则，可以对锂电池热失控风险进行可靠评价。
[0063]
作为一种可选的实施方式，图4为本发明实施例提供的计算成对比较矩阵的一致性比方法的流程图，如图4所示，分别计算主因子成对比较矩阵及子因子成对比较矩阵的一致性比包括：
[0064]
s301、对于目标成对比较矩阵，将其中每个元素对应的模糊值转换为确定值；
[0065]
作为一种可选的实施方式，将模糊值转换为确定值，可通过下式计算：
[0066][0067]
其中，a，m，d分别为每个元素对应的模糊值中的各项。
[0068]
s302、计算目标成对比较矩阵的最大特征值；
[0069]
将矩阵中的元素转换为确定值后，可以计算求解成对比较矩阵的最大特征值(λmax)。
[0070]
s303、根据最大特征值计算目标成对比较矩阵的一致性比。
[0071]
最后，通过一致性比(cr)计算矩阵的一致性：
[0072]
cr＝ci/ri
[0073]
ci＝(λ
max-n)/(n-1)
[0074]
式中：ci是一致性指数，ri是随机指数，具体可参见表1。
[0075]
表1随机指数(ri)
[0076][0077]
作为一种可选的实施方式，主因子包括：
[0078]
电池自身危险因子、排气危险因子、喷射火焰和高温混合物危险因子及喷射粉末危险因子。
[0079]
评价指标体系(a)，其中包含四个主因子：电池自身危险因子(b1)、排气危险因子(b2)、喷射火焰和高温混合物(jfhm)危险因子(b3)和喷射粉末危险因子(b4)。每个子因子都包含一组子因子，各因子与电池的荷电状态(soc)之间没有明显的相关性，也不受电池内部材料分解或化学反应的影响。因此，主因子和子因子都符合相互独立的要求。
[0080]
图5是本发明实施例提供的锂电池热失控风险的分级评价指标体系示意图，如图5所示，电池自身的危险因子(b1)主要针对电池发生热失控时的自身危险状态。排气危险因子(b2)主要针对电池发生热失控时排气索带来的爆炸危险、毒性和压力。jfhm包含火焰、高温气体和固体颗粒，jfhm危险因子(b3)是针对热失控时高温造成的损伤，表示高温弹射造成的损伤范围和程度。喷射粉末危险因子(b4)主要针对热失控过程中产生的固体颗粒的毒性和可燃性。
[0081]
作为一种可选的实施方式，电池自身危险因子对应的子因子包括：表面温度及热失控触发时间；
[0082]
对于发生热失控的锂离子电池，其自身的变化是最显著和直观的，因此b1包含与电池自身危险因素相关的两个子因子：表面温度(c11)和热失控触发时间(c12)。
[0083]
表面温度(c11)：电池的表面温度通常反映电池发生热失控时电池表面的温度变化，与之接触时可能会被高温烫伤。电池热失控期间的最高表面温度被用作电池自身的危险因素之一。电池表面的最高温度越高，电池内部反应越强烈，危险性越大。
[0084]
热失控触发时间(c12)：热失控的触发时间通常是从某个时间到发生热失控的时间。它反映了当电池处于某种加热状态时，操作员处理热失控的反应时间。一般情况下，温升主要取决于电池安全阀打开前外部加热装置的功率。阀门打开后，当温度上升到一定温度时，内部反应热超过电池的散热量，电池进入自加速加热状态。因此，在本实施例中，从电池安全阀打开到热失控强烈喷射阶段的间隔时间被定义为热失控触发时间。热失控触发时间越短，表面电池所处的滥用环境越恶劣，其风险越高。
[0085]
排气危险因子对应的子因子包括：气体爆炸下限、气体毒性及气体冲击压力危险等级；
[0086]
锂离子电池热失控排放的气体是危险的、流动的，因此本发明考虑了与排放气体危险因素相关的三个子因素：气体爆炸下限(c21)、气体毒性(c22)和气体冲击压力危险(c23)。
[0087]
气体爆炸下限(c21)：当发生热失控时，含有可燃气体的产品将从锂离子电池中喷出。如果遇到火源，气体可能会爆炸，造成进一步损坏。因为热失控排气量相对有限，除可燃
气体外，还含有一定量的惰性气体。可燃气体的浓度更有可能在热失控气体爆炸下限(lel)附近发生变化，但要达到气体爆炸上限(uel)相对比较困难。根据lel数据，基本可以判断热失控排放的气体是否满足爆炸条件。因此，在本发明中，lel被用作排放气体的危险因素之一。lel越低，越容易达到爆炸条件，爆炸风险越高。
[0088]
气体毒性(c22)：由于锂离子电池热失控反应的复杂性，除燃烧和爆炸外，一些排放气体可能有毒。为定量评估热失控释放的气体毒性，采用毒物危害指数(thi)计算物质的毒性，thi可按下式计算：
[0089][0090]
式中：ki为毒物危害指数的分项指标权重；fi为毒物危险指数的分项指数整数值。根据职业接触毒物危害分类和评分标准gbz 230-2010,计算相关分项指标权重和积分值。由于热失控产生的气体是一种混合物，因此混合物中最有害物质的fi为每项混合物的fi值。最后，根据计算结果将危害程度分为五个等级。本发明中各因素的风险等级参照本标准，对应这五个等级。
[0091]
气体冲击压力危险(c23)：当锂离子电池发生热失控时，短时间内排放的大量气体将导致周围环境的压力迅速升高。如果有人在附近，可能会受到冲击压力的伤害。在本发明中，根据热失控产生的冲击压力的值(纵坐标)和持续时间(横坐标)，绘制bowen曲线上点的位置，以确定冲击压力的风险。进入不同级别的危险区表示着不同级别的风险。
[0092]
喷射火焰和高温混合物危险因子对应的子因子包括：最大弹射高度及喷射火焰和高温混合物的最高温度；
[0093]
锂离子电池热失控喷出的jfhm喷射距离长，温度很高。考虑了与jfhm危险因素相关的两个子因素：最大弹射高度/长度(c31)和jfhm的最高温度(c32)。
[0094]
最大弹射高度/长度(c31)：从热失控喷出的jfhm的无量纲最大高度(垂直放置)/长度(水平放置)为jffm的危险因素之一。无量纲高度越高或jfhm的无量纲长度越长，风险越大。
[0095]
jfhm的最高温度(c32)：由于jfhm的喷射的温度非常高，会对周围人员或设备造成损害。因此，在本发明中，选择热失控期间jfhm的最高温度作为jfhm的危险因素之一。jfhm的温度越高，危险性越大。
[0096]
喷射粉末危险因子对应的子因子包括：喷射粉末粒度及喷射粉末毒性。
[0097]
锂离子电池热失控产生的喷射固体粉末具有一定的危险性。与喷射粉末危险因素相关的两个子因素：喷射粉末粒度(c41)和喷射粉末毒性(c42)。
[0098]
喷射粉末粒度(c41)：固体粉末粒度除了对粉尘爆炸可能性的影响外，对人员呼吸系统也有影响。颗粒直径越小，风险越大。
[0099]
喷出粉末毒性(c42)：由于热失控喷出粉末含有一定量的有毒成分，如果人员误接触，可能有中毒危险。本发明中也对喷射粉末中的有害物质进行了thi计算。
[0100]
据以上主因子及子因子建立的成对比较矩阵如下：
[0101]
表2锂电池热失控风险(因子a)模糊数
[0102][0103]
表3-1电池本身模糊数(因子b1)
[0104][0105]
表3-2排放气体风险的模糊数(因子b2)
[0106][0107]
表3-3jfhm风险的模糊数(因子b3)
[0108][0109]
表3-4喷射风险的模糊数(因子b4)
[0110][0111]
以上各表中，表2属于主因子成对比较矩阵，表3-1、3-2、3-3、3-4均属于子因子成对比较矩阵。
[0112]
作为一种可选的实施方式，图6是本发明实施例提供的模糊权重向量计算方法的流程图，如图6所示，根据主因子成对比较矩阵计算评价指标体系的模糊权重向量，根据子因子成对比较矩阵计算对应主因子的模糊权重向量包括：
[0113]
s401、对于当前成对比较矩阵，计算其每行元素对应的模糊值之和，记为单行向量；
[0114]
s402、计算当前成对比较矩阵中所有单行向量之和，得到全行向量；
[0115]
s403、根据单行向量与全行向量计算当前成对比较矩阵对应的模糊权重向量。
[0116]
成对比较矩阵第i行中的三角模糊数之和下式所示：
[0117][0118]
的和计算为：
[0119][0120]
因此，第i个主因子或子因子的三角模糊权重定义为：
[0121][0122]
因子a(w
tri
)和因子模糊权重向量可以写作：
[0123][0124][0125]
本发明实施例还提供一种基于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价装置，图7是本发明实施例提供的基于模糊层次分析的锂电池热失控风险评价装置的结构示意图，如图7所示，该装置包括：
[0126]
评价指标体系建立模块100，用于获取可评价锂电池热失控风险的多个主因子，及每个主因子对应的子因子，建立评价指标体系；
[0127]
在结合实验结果和文献资料的基础上，首先建立评价指标体系(a)，其中包含多个主因子(bi)。每个主因子还包括一组子因子(ci)，选取因子时需保证，各因子与电池的荷电状态(soc)之间没有明显的相关性，也不受电池内部材料分解或化学反应的影响，符合相互独立的要求。
[0128]
成对比较矩阵构建模块200，用于根据多个主因子建立主因子成对比较矩阵，根据子因子建立每个主因子对应的子因子成对比较矩阵；
[0129]
fahp(模糊层次分析法)中使用的成对比较矩阵可以表示为：
[0130][0131]
～x
ij
＝(a
ij
,m
ij
,d
ij
)
[0132]
～x
ji
＝(～x
ij
)-1
(d
ij-1
,m
ij
,a
ij-1
)
[0133]
式中：是成对比较矩阵，～xij是成对比较矩阵中的元素，n是主因子或子因子的数量。
[0134]
一致性修正模块300，用于分别计算主因子成对比较矩阵及子因子成对比较矩阵的一致性比，若任一成对比较矩阵的一致性比未在预设范围内，则修改该成对比较矩阵中的元素直至其一致性比在预设范围内；
[0135]
对成对比较矩阵进行一致性检验，以确保矩阵的定义权重是可接受的。具体的，根据对应的成对比较矩阵计算每个矩阵的一致性比，若一致性比在预设范围内，则认为对应的成对比较矩阵的一致性是可以接受的；反之，若一致性比未在预设范围内，则应该修改对应的成对比较矩阵，以满足一致性需求。
[0136]
作为一种可选的实施方式，预设范围为一致性比小于0.1。
[0137]
模糊权重向量计算模块400，用于根据主因子成对比较矩阵计算评价指标体系的模糊权重向量，根据子因子成对比较矩阵计算对应主因子的模糊权重向量；
[0138]
根据每个成对比较矩阵中的元素采用一般方法计算三角模糊权重向量，以便后续采用三角范围分析法计算明晰权重。
[0139]
评价模块500，用于对评价指标体系的模糊权重向量及主因子的模糊权重向量分别进行归一化处理，根据归一化后的权重向量对锂电池热失控风险进行评价。
[0140]
基于上面定义的三角模糊权重向量，可以利用三角模糊数的特性并与其他元素权重进行比较，优化权重以获得更精确的值。鉴于此，有必要对上述三角模糊权重进行三角范围分析。
[0141]
如图3所示：
[0142]
的可能性程度定义为：
[0143][0144]
式中：h是和最高交点d的横坐标。
[0145]
为比较和需要计算和的值。的可能性程度表示为：
[0146][0147]
因此，根据上述三角范围模糊分析，第i个主因子或子因子的确定权重值如下式所示：
[0148][0149]
式中：wi′
是第i个主因子或子因子的确定权重值，是一个非模糊数。其组成的确定权重向量定义为：
[0150]
wi′
＝(w1′
,w2′
,
…
,wn′
)
[0151]
归一化处理后，若存在3个主因子，则因子a(w
tri
)和因子的归一化确定权重向量可以表示为：
[0152][0153][0154]
根据以上每个因子的权重结合评价规则，可以对锂电池热失控风险进行可靠评价。
[0155]
作为一种可选的实施方式，图8是本发明实施例提供的一致性修正模块的结构示意图，如图8所示，一致性修正模块300包括：
[0156]
确定值转换子模块3001，用于对于目标成对比较矩阵，将其中每个元素对应的模糊值转换为确定值；
[0157]
作为一种可选的实施方式，将模糊值转换为确定值，可通过下式计算：
[0158][0159]
其中，a，m，d分别为每个元素对应的模糊值中的各项。
[0160]
最大特征值计算子模块3002，用于计算目标成对比较矩阵的最大特征值；
[0161]
将矩阵中的元素转换为确定值后，可以计算求解成对比较矩阵的最大特征值(λmax)。
[0162]
一致性比计算子模块3003，用于根据最大特征值计算目标成对比较矩阵的一致性比。
[0163]
最后，通过一致性比(cr)计算矩阵的一致性：
[0164]
cr＝ci/ri
[0165]
ci＝(λ
max-n)/(n-1)
[0166]
式中：ci是一致性指数，ri是随机指数，具体可参见表1。
[0167]
表1随机指数(ri)
[0168][0169]
作为一种可选的实施方式，主因子包括：
[0170]
电池自身危险因子、排气危险因子、喷射火焰和高温混合物危险因子及喷射粉末危险因子。
[0171]
评价指标体系(a)，其中包含四个主因子：电池自身危险因子(b1)、排气危险因子(b2)、喷射火焰和高温混合物(jfhm)危险因子(b3)和喷射粉末危险因子(b4)。每个子因子都包含一组子因子，各因子与电池的荷电状态(soc)之间没有明显的相关性，也不受电池内部材料分解或化学反应的影响。因此，主因子和子因子都符合相互独立的要求。
[0172]
图5是本发明实施例提供的锂电池热失控风险的分级评价指标体系示意图，如图5所示，电池自身的危险因子(b1)主要针对电池发生热失控时的自身危险状态。排气危险因子(b2)主要针对电池发生热失控时排气索带来的爆炸危险、毒性和压力。jfhm包含火焰、高温气体和固体颗粒，jfhm危险因子(b3)是针对热失控时高温造成的损伤，表示高温弹射造成的损伤范围和程度。喷射粉末危险因子(b4)主要针对热失控过程中产生的固体颗粒的毒性和可燃性。
[0173]
作为一种可选的实施方式，电池自身危险因子对应的子因子包括：表面温度及热失控触发时间；
[0174]
对于发生热失控的锂离子电池，其自身的变化是最显著和直观的，因此b1包含与电池自身危险因素相关的两个子因子：表面温度(c11)和热失控触发时间(c12)。
[0175]
表面温度(c11)：电池的表面温度通常反映电池发生热失控时电池表面的温度变化，与之接触时可能会被高温烫伤。电池热失控期间的最高表面温度被用作电池自身的危险因素之一。电池表面的最高温度越高，电池内部反应越强烈，危险性越大。
[0176]
热失控触发时间(c12)：热失控的触发时间通常是从某个时间到发生热失控的时间。它反映了当电池处于某种加热状态时，操作员处理热失控的反应时间。一般情况下，温升主要取决于电池安全阀打开前外部加热装置的功率。阀门打开后，当温度上升到一定温度时，内部反应热超过电池的散热量，电池进入自加速加热状态。因此，在本实施例中，从电池安全阀打开到热失控强烈喷射阶段的间隔时间被定义为热失控触发时间。热失控触发时间越短，表面电池所处的滥用环境越恶劣，其风险越高。
[0177]
排气危险因子对应的子因子包括：气体爆炸下限、气体毒性及气体冲击压力危险等级；
[0178]
锂离子电池热失控排放的气体是危险的、流动的，因此本发明考虑了与排放气体危险因素相关的三个子因素：气体爆炸下限(c21)、气体毒性(c22)和气体冲击压力危险(c23)。
[0179]
气体爆炸下限(c21)：当发生热失控时，含有可燃气体的产品将从锂离子电池中喷出。如果遇到火源，气体可能会爆炸，造成进一步损坏。因为热失控排气量相对有限，除可燃气体外，还含有一定量的惰性气体。可燃气体的浓度更有可能在热失控气体爆炸下限(lel)附近发生变化，但要达到气体爆炸上限(uel)相对比较困难。根据lel数据，基本可以判断热失控排放的气体是否满足爆炸条件。因此，在本发明中，lel被用作排放气体的危险因素之一。lel越低，越容易达到爆炸条件，爆炸风险越高。
[0180]
气体毒性(c22)：由于锂离子电池热失控反应的复杂性，除燃烧和爆炸外，一些排放气体可能有毒。为定量评估热失控释放的气体毒性，采用毒物危害指数(thi)计算物质的毒性，thi可按下式计算：
[0181][0182]
式中：ki为毒物危害指数的分项指标权重；fi为毒物危险指数的分项指数整数值。根据职业接触毒物危害分类和评分标准gbz 230-2010,计算相关分项指标权重和积分值。由于热失控产生的气体是一种混合物，因此混合物中最有害物质的fi为每项混合物的fi值。最后，根据计算结果将危害程度分为五个等级。本发明中各因素的风险等级参照本标准，对应这五个等级。
[0183]
气体冲击压力危险(c23)：当锂离子电池发生热失控时，短时间内排放的大量气体将导致周围环境的压力迅速升高。如果有人在附近，可能会受到冲击压力的伤害。在本发明中，根据热失控产生的冲击压力的值(纵坐标)和持续时间(横坐标)，绘制bowen曲线上点的位置，以确定冲击压力的风险。进入不同级别的危险区表示着不同级别的风险。
[0184]
喷射火焰和高温混合物危险因子对应的子因子包括：最大弹射高度及喷射火焰和高温混合物的最高温度；
[0185]
锂离子电池热失控喷出的jfhm喷射距离长，温度很高。考虑了与jfhm危险因素相关的两个子因素：最大弹射高度/长度(c31)和jfhm的最高温度(c32)。
[0186]
最大弹射高度/长度(c31)：从热失控喷出的jfhm的无量纲最大高度(垂直放置)/长度(水平放置)为jffm的危险因素之一。无量纲高度越高或jfhm的无量纲长度越长，风险越大。
[0187]
jfhm的最高温度(c32)：由于jfhm的喷射的温度非常高，会对周围人员或设备造成损害。因此，在本发明中，选择热失控期间jfhm的最高温度作为jfhm的危险因素之一。jfhm的温度越高，危险性越大。
[0188]
喷射粉末危险因子对应的子因子包括：喷射粉末粒度及喷射粉末毒性。
[0189]
锂离子电池热失控产生的喷射固体粉末具有一定的危险性。与喷射粉末危险因素相关的两个子因素：喷射粉末粒度(c41)和喷射粉末毒性(c42)。
[0190]
喷射粉末粒度(c41)：固体粉末粒度除了对粉尘爆炸可能性的影响外，对人员呼吸系统也有影响。颗粒直径越小，风险越大。
[0191]
喷出粉末毒性(c42)：由于热失控喷出粉末含有一定量的有毒成分，如果人员误接触，可能有中毒危险。本发明中也对喷射粉末中的有害物质进行了thi计算。
[0192]
据以上主因子及子因子建立的成对比较矩阵如表2、表3-1、表3-2、表3-3、表3-4所示，其中，表2属于主因子成对比较矩阵，表3-1、3-2、3-3、3-4均属于子因子成对比较矩阵。
[0193]
作为一种可选的实施方式，图9是本发明实施例提供的模糊权重向量计算模块的结构示意图，如图9所示，模糊权重向量计算模块400包括：
[0194]
单行向量计算子模块4001，用于对于当前成对比较矩阵，计算其每行元素对应的模糊值之和，记为单行向量；
[0195]
全行向量计算子模块4002，用于计算当前成对比较矩阵中所有单行向量之和，得到全行向量；
[0196]
模糊权重向量计算子模块4003，用于根据单行向量与全行向量计算当前成对比较矩阵对应的模糊权重向量。
[0197]
成对比较矩阵第i行中的三角模糊数之和下式所示：
[0198][0199]
的和计算为：
[0200][0201]
因此，第i个主因子或子因子的三角模糊权重定义为：
[0202][0203]
因子a(w
tri
)和因子模糊权重向量可以写作：
[0204][0205][0206]
以上技术方案具有如下有益效果：本发明实施例采用模糊层次分析法对电池本身的危险因素、排气危险因素、喷射火灾和高温混合物(jfhm)、喷射粉末及其相应的子因子进行了评估和分析。建立了多因子评价方法体系，确定了指标体系；建立了热失控风险的成对
比较矩阵，采用三角模糊法进行计算，得到了评价权重；定量确定了标准风险等级的因素范围。模糊层次分析法将分析问题分为三个层次：总体分析的目标、主因子和子因子，相比普通权重分析法能更全面的对热失控风险进行综合分析，提高了评价结果的可靠性。
[0207]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0208]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0209]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0210]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0211]
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。