一种锂电池安全监测系统和监测方法与流程

本发明涉及锂电池安全监测，特别涉及一种锂电池安全监测系统和监测方法。

背景技术：

1、锂电池安全监测系统是用于监控和保障锂电池在使用过程中的安全性的系统。这些系统主要通过监测电池的温度、电压、电流等参数，检测电池的状态，预防过充、过放、电池短路、过热等可能导致安全事故的情况，极板作为锂电池的重要组件，主要分为正极板和负极板。正极板和负极板是电池内的两个电极，它们分别与电池的正极和负极连接。极板在电池的充放电过程中起到重要作用，是电化学反应的主要发生场所，正极板通常由含锂的金属氧化物制成，如锂钴氧化物(licoo2)、锂镍锰钴氧化物(linimncoo2)或锂铁磷酸盐(lifepo4)等。正极材料的选择会影响电池的能量密度、寿命、安全性等多个方面。负极板则通常采用石墨材料，也有部分锂电池采用硅碳复合材料作为负极。这些材料在充电过程中会吸收锂离子，在放电过程中则释放锂离子，完成电池的能量存储和释放过程，因此，也正因如此，极板是否损坏，对锂电池的寿命起到至关重要的影响；

2、但目前，对锂电池极板的检测主要依托于超声波检测，超声波检测是利用超声波在极板材料中的传播特性，检测极板内部的裂纹和分层等缺陷，进而可以有效地发现内部的结构缺陷，这种检测方式需要将锂电池与其连接的载体拆卸后才能进行检测，但无法在锂电池使用过程中对其进行实时监测，进而无法及时有效的发现锂电池在使用过程中，极板的状态，从而无法及时更换锂电池，导致机械设备、车辆因极板损坏，电池容量降低导致降低工作效率或续航里程。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种锂电池安全监测系统和监测方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：本发明的第一方面，提供一种锂电池安全监测系统，包括锂电池数据采集模块、锂电池数据分析模块以及预警模块；

3、所述锂电池数据采集模块包括温度数据采集单元、湿度数据采集单元、功率采集单元和电压采集单元，所述锂电池数据采集模块按照采样周期t进行锂电池数据采集，并形成锂电池数据集，在一个周期t内采集的锂电池数据集包括：

4、温度数据集，其由所述温度数据采集单元在一个周期t内按时间顺序采集的n个温度数据组成，表达式为：=；

5、湿度数据集，其由所述湿度数据采集单元在一个周期t内按时间顺序采集的n个湿度数据组成，表达式为：=；

6、放电功率数据集，其由所述功率采集单元在一个周期t内按时间顺序采集的n个放电功率数据组成，表达式为：=；

7、以及电压数据集，其由所述电压采集单元在一个周期t内按时间顺序采集的n个电压数据组成，表达式为：=；

8、所述锂电池数据分析模块接收所述锂电池数据采集模块获得的锂电池数据集并进行数据处理，根据得到对应的温度数据判别值、根据得到对应的湿度数据判别值、根据得到对应的放电功率数据判别值、根据得到对应的电压数据判别值，根据、和t得到电池容量判别值，并根据前一个采用周期的电池容量判别值计算得到电容量变化速率；然后将、、分别与预先设定的温度阈值、湿度阈值、电容量变化速率阈值进行对比，以判断是否发出电池异常信息；

9、所述预警模块根据接收的所述锂电池数据分析模块发出的电池异常信息，发出对应的预警信号。

10、优选的是，所述电池异常信息包括温度异常信息、湿度异常信息和电容量变化速率异常信息，当＞时，温度异常信息被发送至所述预警模块；当＞时，湿度异常信息被发送至所述预警模块；当＞时，电容量变化速率异常信息被发送至所述预警模块；

11、所述预警模块结合所接收到的电池异常信息的情况，以判断是否发出预警信号以及发出何种预警信号，具体为：

12、a、当所述预警模块同时接收到湿度异常信息和电容量变化速率异常信息时，判定锂电池极板断裂导致电池无法正常工作，发出更换锂电池信号；

13、b、当所述预警模块仅接收到电容量变化速率异常信息，或是仅同时接收到电容量变化速率异常信息和温度异常信息时，判定锂电池极板出现异常，需要及时检测，发出检测锂电池信号；

14、c、当所述预警模块仅接收到温度异常信息时，判定锂电池温度过高，发出锂电池高温信号。

15、优选的是，电池容量的计算公式如下：

16、 。

17、优选的是，温度数据判别值的计算公式如下：

18、；

19、其中，表示对单个采用周期内的个温度数据进行求和。

20、优选的是，湿度数据判别值通过以下方法计算得到：

21、去除湿度数据集中的1个最大数值和1个最小数值，数据剔除后的湿度数据集记为'，'=；然后通过以下公式计算得到：

22、；

23、其中，表示对数据剔除后的湿度数据集'中的n-2个湿度数据进行求和。

24、优选的是，放电功率数据判别值的计算公式如下：

25、；

26、其中，表示计算单个采用周期内的个放电功率数据的乘积。

27、优选的是，电压数据判别值的计算公式如下：

28、；

29、其中，表示计算单个采用周期内的个电压数据的乘积。

30、优选的是，电容量变化速率的计算公式如下：

31、

32、其中，表示当前采样周期内获得的电池容量判别值，表示前一个采样周期内获得的电池容量判别值。

33、优选的是，所述的锂电池安全监测系统还包括至少一个显示端，所述显示端用于向用户显示所述预警模块发出的预警信号。

34、本发明的第二方面，提供一种锂电池安全监测方法，其采用如上所述的系统对锂电池进行监测，该方法为：

35、s1、通过所述锂电池数据采集模块按照采样周期t对锂电池进行锂电池数据采集，并形成锂电池数据集，该锂电池数据集包括温度数据集、湿度数据集、放电功率数据集以及电压数据集；

36、s2、通过锂电池数据分析模块计算得到温度数据判别值、湿度数据判别值以及电池容量判别值，并与预先设定的温度阈值、湿度阈值、电容量变化速率阈值进行对比：

37、当＞时，发送温度异常信息至所述预警模块；

38、当＞时，发送湿度异常信息至所述预警模块；

39、当＞时，发送电容量变化速率异常信息至所述预警模块；

40、s3、通过所述预警模块根据接收到的电池异常信息的情况判断是否发出预警信号以及发出何种预警信号：

41、当同时接收到湿度异常信息和电容量变化速率异常信息时，判定锂电池极板断裂导致电池无法正常工作，发出更换锂电池信号；

42、当仅接收到电容量变化速率异常信息，或是仅同时接收到电容量变化速率异常信息和温度异常信息时，判定锂电池极板出现异常，需要及时检测，发出检测锂电池信号；

43、当仅接收到温度异常信息时，判定锂电池温度过高，发出锂电池高温信号。

44、本发明的有益效果是：

45、本发明提供了一种锂电池安全监测系统和监测方法，通过锂电池数据采集模块采集锂电池在工作过程中其内部的实时湿度数值、实时电压数值、实时温度数值以及实时放电功率数值，然后通过锂电池数据分析模块对这些数值进行分析处理，得到对应的温度数据判别值、湿度数据判别值、放电功率数据判别值以及电压数据判别值，能够使获得的数据更真实反映锂电池在工作过程中实际产生的数值，减少偶发的异常数值对后续计算或判定造成的影响，可以提高后续判断和计算结果的精确性；锂电池数据分析模块还根据放电功率数据判别值和电压数据判别值计算电池容量，再根据连续相邻的两个采样周期内的电池容量数值计算得到电容量变化速率；之后将温度数据判别值、湿度数据判别值以及电容量变化速率分布与对应的阈值进行对比，发出对应的电池异常信息：温度异常信息、湿度异常信息和电容量变化速率异常信息，最后预警模块根据电池异常信息的具体情况，发出相应的预警信号：更换锂电池信号、检测锂电池信号或锂电池高温信号，以对用户进行实时提醒，从而实现了使用过程中对锂电池的实时监测，并能向用户实时反馈锂电池在使用过程中出现的异常信息以及锂电池极板状态，方便用户根据对应的异常信息对锂电池采取对应的举措，从而能够及时更换锂电池，避免极板损坏无法及时发现而导致机械设备、车辆等因电池极板原因而突然停机，致使降低其工作效率或续航里程，同时还能通过实时对锂电池进行监测，进而提高锂电池在使用过程中的安全性。

46、本上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

技术特征：

1.一种锂电池安全监测系统，其特征在于，包括锂电池数据采集模块、锂电池数据分析模块以及预警模块；

2.根据权利要求1所述的锂电池安全监测系统，其特征在于，温度数据判别值的计算公式如下：

3.根据权利要求2所述的锂电池安全监测系统，其特征在于，放电功率数据判别值的计算公式如下：

4.根据权利要求3所述的锂电池安全监测系统，其特征在于，电压数据判别值的计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的锂电池安全监测系统，其特征在于，还包括至少一个显示端，所述显示端用于向用户显示所述预警模块发出的预警信号。

6.一种锂电池安全监测方法，其特征在于，其采用如权利要求1-5中任意一项所述的系统对锂电池进行监测，该方法为：

技术总结
本发明公开了一种锂电池安全监测系统和监测方法，该系统包括锂电池数据采集模块、锂电池数据分析模块以及预警模块。本发明通过采集锂电池在工作过程中其内部的实时湿度数值、实时电压数值、实时温度数值以及实时放电功率数值，并对这些数值进行分析处理，得到对应的判别值，能够使获得的数据更真实反映锂电池在工作过程中的实际数值，可以提高后续判断和计算结果的精确性；之后将温度数据判别值、湿度数据判别值以及电容量变化速率分布与对应的阈值进行对比，发出相应的预警信号，从而实现了使用过程中对锂电池的实时监测，能避免极板损坏无法及时发现而导致机械设备、车辆等因电池极板原因而突然停机，并能提高锂电池在使用过程中的安全性。

技术研发人员：李培东,杨鹏飞,景广泽
受保护的技术使用者：苏州康尼格电子科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23