一种电芯安全状态的监控方法以及系统与流程

1.本发明实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种电芯安全状态的监控方法以及系统。


背景技术：

2.在电芯的应用过程中，安全不容挑战，如何识别安全风险并及时预警尤为重要，针对此问题，电芯层级通常的做法是在壳体上增加防爆阀设计，避免发生电芯爆炸现象。电芯模组和电芯系统层级通过监控电芯电压、温度、内阻、容量的变化来模拟电芯的健康状态，并在电芯系统层级设计预警措施和切断措施。
3.但现有的监控或预警措施存在如下问题：没有监控防爆阀状态，存在因不能及时识别电芯防爆阀破裂，进而导致发生严重安全事故的可能；电芯寿命末期，电芯性能特征未发生突变，电芯爆阀的风险不能及时预警，如电芯内压过高，导致的爆阀。上述问题导致电芯使用过程中的安全隐患不能被及时监测并预警。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种电芯安全状态的监控方法以及系统，以及时监测并预警电芯使用过程中的安全隐患。
5.本发明实施例提供了一种电芯安全状态的监控方法，所述电芯的壳体上设置有防爆阀，所述防爆阀与所述电芯内部连通，包括：
6.测量所述防爆阀的形变量；
7.所述防爆阀的形变量大于或等于第一形变预警值，且小于第二形变预警值，发出第一预警信号，其中所述第一形变预警值为电芯寿命末期对应的防爆阀的形变量，所述第二形变预警值根据所述防爆阀的爆破规格的下限形变量确定；
8.所述防爆阀的形变量大于或等于第二形变预警值，发出第二预警信号。
9.可选的，测量所述防爆阀的形变量之前还包括：
10.绘制电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线；
11.根据所述电芯寿命末期的内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第一形变预警值；
12.根据所述防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第二形变预警值。
13.可选的，根据所述电芯寿命末期的内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定所述第一形变预警值包括：
14.根据电芯寿命末期的内压值以及所述电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定所述第一形变预警值，其中，所述电芯寿命末期的内压值为所述电芯的容量保持率大于或等于预设容量保持率对应的内压值。
15.可选的，根据所述防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值以及电芯内
压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定所述第二形变预警值包括：
16.根据所述防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值、所述防爆阀的安全系数以及所述电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定所述第二形变预警值。
17.可选的，根据所述防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值、所述防爆阀的安全系数以及所述电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定所述第二形变预警值包括：
18.根据所述防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值和所述防爆阀的安全系数的比值确定中间内压值；
19.根据所述中间内压值以及所述电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定所述第二形变预警值。
20.可选的，绘制电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线包括：
21.选取多个样本电芯；
22.对每一个所述样本电芯的内部进行升压处理，以使每一个所述样本电芯的内压值从初始内压值升至预设内压值；
23.测量所述样本电芯的多个内压值以及与所述内压值一一对应的所述防爆阀的形变值；
24.根据所述样本电芯的多个内压值和与所述内压值一一对应的所述防爆阀的形变值，绘制电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线。
25.可选的，对每一个所述样本电芯的内部进行升压处理包括：
26.以相等的升压梯度对每一个所述样本电芯的内部进行多次升压处理。
27.可选的，测量所述样本电芯的多个内压值以及与所述内压值一一对应的所述防爆阀的形变值包括：
28.所述样本电芯在每一次升压处理后间隔预设时间段，测量所述样本电芯的内压值以及与所述内压值对应的所述防爆阀的形变值。
29.可选的，以相等的升压梯度对所述样本电芯内部进行多次升压处理包括：
30.以相等的充气容量对所述样本电芯内部进行多次充气处理。
31.本发明实施例还提供了一种电芯安全状态的监控系统，包括：电池管理系统、电芯、防爆阀和形变测量设备，所述防爆阀与所述电芯内部连通；
32.所述形变测量设备用于测量所述防爆阀的形变量并将所述防爆阀的形变量发送给所述电池管理系统；
33.所述电池管理系统用于所述防爆阀的形变量大于或等于第一形变预警值，且小于或等于第二形变预警值，发出第一预警信号；
34.所述电池管理系统用于所述防爆阀的形变量大于或等于第二形变预警值，发出第二预警信号。
35.本发明实施例提供的技术方案，电芯的内压值还没有大到使得防爆阀的形变量到达防爆阀的爆破规格的下限形变量时，发出第一预警信号，可以在电芯处于寿命末期时，当电芯的内压值过大时及时发出预警信号，及时监测并预警电芯寿命末期，由于电芯的循环使用电芯内压值过大的安全隐患。电芯的内压值已经大到使得防爆阀的形变量到达防爆阀的爆破规格的下限形变量，发出第二预警信号，可以及时监测并预警电芯的内压值过大，以
至于导致防爆阀的形变量超出防爆阀的爆破规格对应的形变量，防爆阀可能随时发生破裂的安全隐患。综上，本发明实施例提供的技术方案可以及时监测并预警电芯使用过程中的安全隐患。
附图说明
36.图1为本发明实施例提供的一种电芯安全状态的监控方法的流程示意图；
37.图2为本发明实施例提供的另一种电芯安全状态的监控方法的流程示意图；
38.图3为本发明实施例提供的一种电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线；
39.图4为本发明实施例提供的又一种电芯安全状态的监控方法的流程示意图；
40.图5为本发明实施例提供的一种电芯安全状态的监控系统的结构示意图。
具体实施方式
41.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
42.本发明实施例提供了一种电芯安全状态的监控方法。参见图1，该电芯安全状态的监控方法包括如下步骤：
43.步骤110、测量防爆阀的形变量。
44.具体的，电芯的壳体上设置有防爆阀，防爆阀与电芯内部连通。电芯内部的内压值增加会使得防爆阀的形变量增加。因此通过测量防爆阀的形变量可以得知电芯内部的内压值，进而来判断电芯的安全状态。可知的，电芯处于安全状态时，电芯内部的内压值处于预设范围内，防爆阀的形变量处于预设范围内。当电芯处于非安全状态时，电芯内部的内压值大于预设值，电芯内部的气体很容易冲破防爆阀，使得防爆阀破裂，进而发生安全隐患。示例性的，可以通过高度规或者三维尺寸测量设备来测量防爆阀的形变量。
45.步骤120、防爆阀的形变量大于或等于第一形变预警值，且小于第二形变预警值，发出第一预警信号，其中第一形变预警值为电芯寿命末期对应的防爆阀的形变量，第二形变预警值根据所述防爆阀的爆破规格的下限形变量确定。
46.电芯的健康状态处于电芯寿命末期时，由于电芯的循环使用，电芯内部的电解液和电极产生了使得内压值增大的气体。如果电芯的内压值持续增加，使得防爆阀的形变量超出防爆阀的爆破规格的下限形变量，防爆阀将容易发生破裂。在本实施例中，电芯的内压值还没有大到使得防爆阀的形变量到达防爆阀的爆破规格的下限形变量时，电池管理系统发出第一预警信号，可以在电芯处于寿命末期时，当电芯的内压值过大时及时发出预警信号，及时监测并预警电芯寿命末期，由于电芯的循环使用电芯内压值过大的安全隐患。
47.步骤130、防爆阀的形变量大于或等于第二形变预警值，发出第二预警信号。
48.具体的，防爆阀的形变量大于或等于第二形变预警值，说明电芯的内压值已经大到使得防爆阀的形变量到达防爆阀的爆破规格的下限形变量，此时通过电池管理系统发出第二预警信号，可以及时监测并预警电芯的内压值过大，以至于导致防爆阀的形变量超出防爆阀的爆破规格对应的形变量，防爆阀可能随时发生破裂的安全隐患。
49.本发明实施例提供的技术方案，电芯的内压值还没有大到使得防爆阀的形变量到
达防爆阀的爆破规格的下限形变量时，发出第一预警信号，可以在电芯处于寿命末期时，当电芯的内压值过大时及时发出预警信号，及时监测并预警电芯寿命末期，由于电芯的循环使用电芯内压值过大的安全隐患。电芯的内压值已经大到使得防爆阀的形变量到达防爆阀的爆破规格的下限形变量，发出第二预警信号，可以及时监测并预警电芯的内压值过大，以至于导致防爆阀的形变量超出防爆阀的爆破规格对应的形变量，防爆阀可能随时发生破裂的安全隐患。综上，本发明实施例提供的技术方案可以及时监测并预警电芯使用过程中的安全隐患。
50.本发明实施例还提供了另一种电芯安全状态的监控方法。参见图2，该电芯安全状态的监控方法包括如下步骤：
51.步骤210、绘制电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线。
52.参见图3，电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线的横坐标为电芯的内压值，纵坐标为防爆阀的形变量。示例性的，电芯的内压值从0.0mpa变化至0.7mpa。防爆阀的形变量从0.0mm变化至3.5mm。
53.步骤220、根据电芯寿命末期的内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第一形变预警值。
54.具体的，在得知电芯寿命末期的内压值的基础上，通过查询图3示出电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线，可以确定出电芯寿命末期对应的防爆阀的形变量，其中，电芯寿命末期对应的防爆阀的形变量为第一形变预警值。
55.可选的，步骤220根据电芯寿命末期的内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第一形变预警值包括：
56.根据电芯寿命末期的内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第一形变预警值，其中，电芯寿命末期的内压值为电芯的容量保持率大于或等于预设容量保持率对应的内压值。示例性的，预设容量保持率可以包括但不限于60％、70％以及80％中的任意一个，预设容量保持率的具体数值可以根据电芯的应用场景和电芯本身的性能来确定。示例性的，电芯寿命末期的内压值大于或等于0.2mpa，且小于或等于0.35mpa。查询图3示出的电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线，可以确定第一形变预警值大于或等于1.4mm，且小于或等于2.05mm。
57.步骤230、根据防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第二形变预警值。
58.具体的，在得知防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值的基础上，可以通过查询图3示出电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线，确定第二形变预警值。
59.可选的，根据防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第二形变预警值包括：
60.根据防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值、防爆阀的安全系数以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第二形变预警值。
61.示例性的，防爆阀的安全系数大于或等于1.2，且小于或等于防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值与0.35mpa的比值。
62.可选的，根据防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值、防爆阀的安全系数以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第二形变预警值包括：
63.根据防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值和防爆阀的安全系数的比值确定中间内压值。
64.根据中间内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第二形变预警值。
65.示例性的，防爆阀的爆破规格的形变量对应的内压值大于或等于0.7mpa，且小于或等于0.9mpa。防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的内压值为0.7mpa。当防爆阀的安全系数大于或等于1.2，且小于或等于2。
66.当防爆阀的安全系数选择2时，根据防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值和防爆阀的安全系数的比值确定的中间内压值为0.35mpa。查询图3示出的电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线，可以确定第二形变预警值大于或等于2.05mm，且小于或等于2.8mm。
67.步骤240、测量防爆阀的形变量。
68.步骤240的实施方式和解释可参照上述实施例的步骤110。
69.步骤250、防爆阀的形变量大于或等于第一形变预警值，且小于第二形变预警值，发出第一预警信号，其中第一形变预警值为电芯寿命末期对应的防爆阀的形变量，第二形变预警值根据所述防爆阀的爆破规格的下限形变量确定。
70.步骤250的实施方式和解释可参照上述实施例的步骤120。
71.步骤260、防爆阀的形变量大于或等于第二形变预警值，发出第二预警信号。
72.步骤260的实施方式和解释可参照上述实施例的步骤130。
73.在上述技术方案的基础上，本发明实施例提供的技术方案绘制了电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线，并根据电芯寿命末期的内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第一形变预警值，根据防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第二形变预警值，上述确定第一形变预警值和第二形变预警值的方法简单且准确性高，进而本发明实施例提供的技术方案可以及时监测并预警电芯使用过程中的安全隐患。
74.本发明实施例还提供了又一种电芯安全状态的监控方法。参见图4，该电芯安全状态的监控方法包括如下步骤：
75.步骤310、选取多个样本电芯。
76.示例性的，样本电芯的数量包括但不限于16个。选取若干个a型号铝壳电芯，对a型号铝壳电芯进行气密性检测后，选取16个气密性良好的电芯作为样本电芯。
77.步骤320、对每一个样本电芯的内部进行升压处理，以使每一个样本电芯的内压值从初始内压值升至预设内压值。
78.示例性的，将样本电芯的注液孔与气压加载测试设备连通，并用密封胶例如ab胶将注液孔与气压加载测试设备连通的接口进行密封处理，以保证对样本电芯内部充气过程中，样本电芯不漏气。然后将样本电芯立放在平面上，用平板夹具约束样本电芯。示例性的，选用高度规测量样本电芯的形变量时，需要在测量之前将样本电芯移动至高度规出，将防爆阀的中心对准高度规，并将高度规的示数归零。上述准备工作做好后，可以通过气压加载测试设备对样本电芯的内部进行充气，以达到对样本电芯的内部进行处理的目的，进而使得每一个样本电芯的内压值从初始内压值升至预设内压值。
79.可选的，步骤320对每一个样本电芯的内部进行升压处理包括：以相等的升压梯度对每一个样本电芯的内部进行多次升压处理。
80.具体的，以相等的升压梯度对每一个样本电芯的内部进行多次升压处理，即样本电芯的内压值以相等的升压梯度从初始内压值升至预设内压值，降低了气压加载测试设备操控过程的复杂度。
81.可选的，以相等的升压梯度对样本电芯内部进行多次升压处理包括：以相等的充气容量对样本电芯内部进行多次充气处理。
82.具体的，以相等的充气容量对样本电芯内部进行多次充气处理，可以使得气压加载测试设备以相等的升压梯度对样本电芯内部进行多次升压处理，降低了气压加载测试设备操控过程的复杂度。
83.示例性的，升压梯度大于或等于0.05mpa，且小于或等于0.1mpa。
84.步骤330、测量样本电芯的多个内压值以及与内压值一一对应的防爆阀的形变值。
85.在通过气压加载测试设备对样本电芯的内部进行充气的过程中，通过气压检测设备测量样本电芯的多个内压值，并且通过形变测量设备测量与内压值一一对应的防爆阀的形变值。
86.可选的，步骤330测量样本电芯的多个内压值以及与内压值一一对应的防爆阀的形变值包括：
87.样本电芯在每一次升压处理后间隔预设时间段，测量样本电芯的内压值以及与内压值对应的防爆阀的形变值。示例性的，预设时间段大于或等于30s。
88.具体的，样本电芯在每一次升压处理后间隔预设时间段，防爆阀的形变量处于稳定状态，测量的与内压值对应的防爆阀的形变值的准确度更高。
89.步骤340、根据样本电芯的多个内压值和与内压值一一对应的防爆阀的形变值，绘制电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线。
90.示例性的，根据样本电芯的多个内压值和与内压值一一对应的防爆阀的形变值，绘制电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线之前可以多个样本电芯的多个内压值和与内压值一一对应的防爆阀的形变值进行数据处理，数据处理例如可以是对多个样本电芯同时测得的内压值进行均值处理，对多个样本电芯同时测得的防爆阀的形变量进行均值处理等。
91.步骤350、根据电芯寿命末期的内压值以及电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第一形变预警值。
92.步骤350的实施方式和解释可参照上述实施例的步骤220。
93.步骤360、根据防爆阀的爆破规格的下限形变量对应的电芯内压值和防爆阀的形变量的预设关系曲线确定第二形变预警值。
94.步骤360的实施方式和解释可参照上述实施例的步骤230。
95.步骤370、测量防爆阀的形变量。
96.步骤360的实施方式和解释可参照上述实施例的步骤110。
97.步骤380、防爆阀的形变量大于或等于第一形变预警值，且小于第二形变预警值，发出第一预警信号，其中第一形变预警值为电芯寿命末期对应的防爆阀的形变量，第二形变预警值根据所述防爆阀的爆破规格的下限形变量确定。
98.步骤380的实施方式和解释可参照上述实施例的步骤120。
99.步骤390、防爆阀的形变量大于或等于第二形变预警值，发出第二预警信号。
100.步骤390的实施方式和解释可参照上述实施例的步骤130。
101.在上述技术方案的基础上，本发明实施例提供的技术方案，通过选取多个样本电芯，并对每一个样本电芯的内部进行升压处理，根据样本电芯的多个内压值和与内压值一一对应的防爆阀的形变值，绘制电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线，上述方法得到的电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线准确度高。且通过样本电芯在每一次以相等的升压梯度升压处理后间隔预设时间段，测量样本电芯的内压值以及与内压值对应的防爆阀的形变值来进一步提高电芯内压和防爆阀的形变量的预设关系曲线的准确度，进而本发明实施例提供的技术方案可以及时监测并预警电芯使用过程中的安全隐患。
102.本发明实施例还提供了一种电芯安全状态的监控系统。参见图5，该电芯安全状态的监控系统包括：电池管理系统400、电芯100、防爆阀200和形变测量设备300，防爆阀200与电芯100内部连通；形变测量设备300用于测量防爆阀200的形变量并将防爆阀的形变量发送给电池管理系统400；电池管理系统400用于防爆阀200的形变量大于或等于第一形变预警值，且小于或等于第二形变预警值，发出第一预警信号；电池管理系统400用于防爆阀200的形变量大于或等于第二形变预警值，发出第二预警信号。
103.示例性的，形变测量设备包括高度规或者三维尺寸测量设备。
104.本发明实施例提供的电芯安全状态的监控系统，电芯的内压值还没有大到使得防爆阀的形变量到达防爆阀的爆破规格的下限形变量时，通过电池管理系统发出第一预警信号，可以在电芯处于寿命末期时，当电芯的内压值过大时及时发出预警信号，及时监测并预警电芯寿命末期，由于电芯的循环使用电芯内压值过大的安全隐患。电芯的内压值已经大到使得防爆阀的形变量到达防爆阀的爆破规格的下限形变量，通过电池管理系统发出第二预警信号，可以及时监测并预警电芯的内压值过大，以至于导致防爆阀的形变量超出防爆阀的爆破规格对应的形变量，防爆阀可能随时发生破裂的安全隐患。综上，本发明实施例提供的电芯安全状态的监控系统可以及时监测并预警电芯使用过程中的安全隐患。
105.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。