基于電阻抗成像技術(shù)的鋰電池組監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軟包裝聚合物鋰電池組的在線監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]被譽(yù)為21世紀(jì)綠色化學(xué)能源的聚合物鋰電池，單位能量和容量比一般鋰離子電池高2?3倍，在充放電特性、循環(huán)壽命、環(huán)保性等方面具有優(yōu)越的性能，廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)的大規(guī)模儲(chǔ)能。但是，以鋁塑復(fù)合膜包裹的軟包裝聚合物鋰電池在過充、過放、變形或腐蝕過程中都極易損壞，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)影響極大，急需一種電池檢測方法以實(shí)現(xiàn)聚合物鋰電池工作狀態(tài)的線監(jiān)測。
[0003]目前，對(duì)于蓄電池的檢測技術(shù)主要有以下幾種:
[0004]一是通過向蓄電池中注入一個(gè)小的電流，通過檢測電池的內(nèi)阻，來判斷電池的容量情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池工作狀態(tài)的檢測。
[0005]二是通過檢測蓄電池的充放電狀態(tài)，利用蓄電池的充放電特性以及放電深度等一些參數(shù)來對(duì)蓄電池的工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。
[0006]三是通過檢測蓄電池的輸出電流、電壓等參數(shù)，對(duì)比正常工作時(shí)蓄電池的輸出電流以及電壓，來判定蓄電池的工作狀態(tài)。
[0007]以上這些方法都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池工作狀態(tài)的檢測，但考慮到檢測裝置對(duì)蓄電池工作系統(tǒng)的影響，很難實(shí)現(xiàn)蓄電池，特別是軟包裝聚合物鋰電池在線工作狀態(tài)的監(jiān)測。并且上述方法都是基于單體蓄電池的檢測，而對(duì)于蓄電池組的檢測，目前尚沒有十分有效的方法。
[0008]聚合物鋰電池采用軟包裝材料包裝，在過充、過放、短路或電池芯腐蝕、鋁塑膜變形破損時(shí)，都會(huì)造成電池的鼓脹。通過在線檢測聚合物鋰電池組中各鋰電池的鼓脹狀態(tài)，便可根據(jù)其鼓脹過程中的特點(diǎn)，判斷其是否處于正常工作狀態(tài)，監(jiān)測其正常運(yùn)行。
[0009]針對(duì)鋰電池膨脹的外形監(jiān)測可以采用電阻應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)，但這種對(duì)形變的監(jiān)測需要將多個(gè)電阻應(yīng)變片粘貼在鋰電池表面，線路比較復(fù)雜，成本相對(duì)較高，使用和維護(hù)不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是克服上述幾種現(xiàn)有的蓄電池檢測技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種基于電阻抗成像方法的軟包裝聚合物鋰電池組在線監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
[0011]本發(fā)明基于電阻抗成像技術(shù)的鋰電池組在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由粘貼在鋰電池表面的壓阻薄膜，連接在壓阻薄膜邊緣均勻分布的電極，埋在壓阻薄膜內(nèi)部的溫度傳感器，及與電極和溫度傳感器分別相連的計(jì)算機(jī)信息處理單元組成。
[0012]本發(fā)明所述的壓阻薄膜采用具有壓阻效應(yīng)的柔性導(dǎo)電橡膠材料制作，其形狀彎曲程度和大小根據(jù)鋰電池表面的形狀大小而定。所述的柔性導(dǎo)電橡膠材料是由炭黑或者納米粒子等復(fù)合導(dǎo)電材料填充到硅橡膠中形成的。所述的電極采用具有高電導(dǎo)率的石墨烯填充橡膠材料制成。所述的壓阻薄膜的內(nèi)、外表面，以及壓阻薄膜與電極連接處均涂有柔性絕緣材料，用以防止外界接觸物對(duì)監(jiān)測信息的電干擾。
[0013]本發(fā)明利用軟包裝聚合物鋰電池在非正常工作時(shí)外形膨脹的特點(diǎn)，當(dāng)軟包裝聚合物鋰電池外形發(fā)生形變時(shí)，粘貼在鋰電池表面的壓阻薄膜也會(huì)跟隨其發(fā)生形變，進(jìn)而導(dǎo)致壓阻薄膜形變區(qū)域的電阻率產(chǎn)生變化，利用電阻抗成像技術(shù)監(jiān)測電阻率變化便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池工作狀態(tài)的監(jiān)測。
[0014]采用本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法如下:
[0015]I)計(jì)算機(jī)信息處理單元首先對(duì)粘貼在鋰電池表面的壓阻薄膜編號(hào)，并將此壓阻薄膜編號(hào)存儲(chǔ)待用，同時(shí)對(duì)壓阻薄膜內(nèi)的電極和溫度傳感器也編號(hào)存儲(chǔ)；
[0016]2)在聚合物鋰電池工作時(shí)，由壓阻薄膜內(nèi)某一相鄰電極注入電流，其余電極采集電壓信息。信息采集完成后，按順時(shí)針或逆時(shí)針方向逐一輪換電極注入電流，其余電極采集電壓信息，直至電極輪換一周。同時(shí)溫度傳感器對(duì)壓阻薄膜內(nèi)部溫度進(jìn)行采集，所采集的電壓和溫度信息輸送至計(jì)算機(jī)信息處理單元；
[0017]3)計(jì)算機(jī)信息處理單元根據(jù)壓阻薄膜編號(hào)，以及電極和溫度傳感器編號(hào)對(duì)輸送進(jìn)來的電壓及溫度信息依據(jù)所屬的不同壓阻薄膜分組；
[0018]4)計(jì)算機(jī)信息處理單元采用電阻抗成像方法，利用準(zhǔn)靜態(tài)場方程和有限元算法，根據(jù)分組后的壓阻薄膜邊緣電壓和內(nèi)部溫度信息，計(jì)算重建壓阻薄膜內(nèi)的電阻率分布情況，再根據(jù)壓阻薄膜本身的壓阻特性，利用壓力與電阻率變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系反演計(jì)算壓阻薄膜的形變情況，進(jìn)而判斷聚合物鋰電池表面的形變情況；
[0019]5)計(jì)算機(jī)處理單元根據(jù)聚合物鋰電池表面形變情況對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行判定。當(dāng)每個(gè)鋰電池的形變?cè)谡９ぷ鞣秶鷥?nèi)時(shí)，繼續(xù)保持監(jiān)測狀態(tài)，接收輸送進(jìn)來的電壓以及溫度信息并反演鋰電池形變情況；當(dāng)鋰電池的形變或溫度信息超出正常工作范圍之外，計(jì)算機(jī)信息處理單元報(bào)警，并根據(jù)形變以及溫度信息判別鋰電池的狀態(tài):過充、過放、短路或電池芯腐蝕、鋁塑膜變形破損等，對(duì)鋰電池進(jìn)行處理。
[0020]所述的鋰電池形變的正常工作范圍是指鋰電池正常工作時(shí)，由于充、放電特性造成的鋰電池外表面的發(fā)熱膨脹形變。這一形變范圍是與鋰電池本身的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，如電極芯的粗細(xì)、導(dǎo)電液的多少、電池的容量、電池構(gòu)造等有關(guān)，一般在5 %以下。
[0021]本發(fā)明所述的基于電阻抗成像技術(shù)的軟包裝聚合物鋰電池組在線監(jiān)測系統(tǒng)相比陣列式形變監(jiān)測系統(tǒng)來說，不需要分布較多的監(jiān)測傳感器，成本可以極大降低，線路簡單，系統(tǒng)可靠性也得到了極大提升，同時(shí)不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)地儲(chǔ)能造成影響。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多組電池的工作狀態(tài)監(jiān)測，并可將工作狀態(tài)出錯(cuò)的鋰電池及時(shí)報(bào)告處理，減少了因過沖、過放等對(duì)鋰電池造成的影響，提高了鋰電池的使用壽命，避免了因電池?fù)p壞而造成的電力系統(tǒng)停滯檢修等狀況的發(fā)生，更適于電力系統(tǒng)儲(chǔ)能模塊的大規(guī)模使用。
【附圖說明】
[0022]圖1本發(fā)明的基于電阻抗成像技術(shù)的軟包裝聚合物鋰電池在線監(jiān)測系統(tǒng)原理圖；
[0023]圖2本發(fā)明的壓阻薄膜的垂直剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]本發(fā)明的軟包裝聚合物鋰電池組在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由粘貼在鋰電池表面的壓阻薄膜1，連接在壓阻薄膜I邊緣均勻分布的電極2，埋在壓阻薄膜I內(nèi)部的溫度傳感器3，及與電極2和溫度傳感器3分別相連的計(jì)算機(jī)信息處理單元4組成。如圖1所示。
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