一种基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统及方法与流程

本发明是关于一种电池热失控预警装置，尤指一种基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统及方法，其借由位移放大机构，将电芯热失控早期产生的微形变转化为放大的机械位移，并驱动挡光片阻断红外对射光路。

背景技术：

1、在锂离子电池的应用过程中，热失控是引发电池安全事故的主要诱因。对热失控进行早期监测和预警，是保障电池系统安全运行的关键手段。

2、目前，针对锂离子电池热失控的监测方式主要包括电压采集、温度检测、烟雾报警、红外测温、压力传感器及应变片检测等。然而，上述方式均存在一定的局限性。红外测温仅能监测电池表面温升，信号滞后严重，无法在热失控发生前的早期阶段发出预警。传统的红外对射监测虽然能够实现非接触检测，但其触发需要电芯发生严重鼓包方可阻断光路，此时电芯往往已进入热失控的不可逆阶段。压力传感器和应变片等接触式传感器则存在结构复杂、安装难度大、成本较高且易受电磁干扰等问题。

3、综上所述，现有技术均难以在电芯发生微产气、微膨胀、温度轻微上升的早期阶段实现可靠预警，无法满足热失控预防的实际需求。因此，如何在电芯热失控的早期可逆阶段，实现高灵敏度、低成本、抗干扰的可靠预警，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统及方法，其通过设置与电芯联动的位移放大机构，将电芯热失控早期产生的微形变转化为放大的机械位移，并驱动挡光片阻断红外对射光路。该方案将电芯早期难以直接检测的微弱形变信号，转化为可靠的光路通断信号，实现了非接触式检测，不受电磁干扰影响。

2、为达上述目的，本发明提供一种基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其包含：

3、位移放大机构，其与所述电芯联动，用于将所述电芯热失控早期产生的微形变转化为放大的机械位移；

4、挡光片，其设置于所述位移放大机构的输出端；

5、红外发射端和红外接收端，所述红外发射端与所述红外接收端相对布置以形成红外检测光路，所述挡光片位于所述红外发射端和红外接收端之间，并随所述位移放大机构的输出端移动；

6、当所述电芯发生微形变时，所述位移放大机构驱动所述挡光片阻断所述红外检测光路。

7、传统的锂离子电池热失控的监测方式存在一定的局限性，不能在电芯热失控可逆阶段发出预警。为改善上述情形，本发明通过设置与电芯联动的位移放大机构，将电芯热失控早期产生的微形变转化为放大的机械位移，并驱动挡光片阻断红外对射光路。该方案将电芯早期难以直接检测的微弱形变信号，转化为可靠的光路通断信号，实现了非接触式检测，不受电磁干扰影响。

8、其中，所述位移放大机构为热膨胀放大层，所述热膨胀放大层贴合于所述电芯的表面，所述挡光片固定设置于所述热膨胀放大层的自由端。

9、其中，所述位移放大机构为杠杆放大机构，所述杠杆放大机构包括被动杆、主动杆和连接轴，所述被动杆与所述主动杆固定连接，所述连接轴设置于所述被动杆与所述主动杆的连接处，所述杠杆放大机构通过所述连接轴转动设置，所述主动杆的自由端与所述电芯的表面抵接，所述挡光片固定设置于所述被动杆的自由端。

10、其中，所述被动杆的长度大于所述主动杆的长度。

11、其中，所述被动杆与所述主动杆之间呈钝角设置。

12、其中，所述被动杆向下倾斜，所述主动杆向上倾斜。

13、其中，所述连接轴上套设有复位扭簧，用于在所述电芯未发生膨胀时维持所述挡光片位于所述红外检测光路之外。

14、其中，还包括第一支架和第二支架，所述红外发射端通过所述第一支架固定设置，所述红外接收端通过所述第二支架固定设置。

15、其中，还包括第三支架，所述杠杆放大机构通过所述连接轴与所述第三支架转动连接。

16、其中，还包括主控单元，所述主控单元与所述红外接收端电性连接，用于接收光路阻断信号。

17、一种基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警方法，用于所述的基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，包括如下步骤：

18、步骤一：初始状态监测

19、当电芯处于正常工作状态、未发生明显形变时，位移放大机构保持初始状态，固定设置于位移放大机构输出端的挡光片不阻断红外发射端与红外接收端之间的红外检测光路，红外接收端保持导通信号并传输至主控单元；

20、步骤二：微形变放大与位移转换

21、当电芯发生热失控早期微形变时，位移放大机构与电芯联动，将电芯在热失控早期产生的壳体微膨胀或产气导致的鼓包微形变转化为放大的机械位移，驱动固定于位移放大机构输出端的挡光片移动；

22、步骤三：光路阻断检测

23、挡光片移动至红外发射端与红外接收端之间，阻断红外检测光路，红外接收端输出光路阻断信号至主控单元；

24、步骤四：综合判断与报警输出

25、主控单元采集光路阻断信号，并结合电芯的温度与电压参数进行综合判断，当满足预设报警阈值时输出报警信号，并联动执行切断回路、启动散热或启动消防装置等后续保护动作；

26、步骤五：自动复位

27、当电芯恢复正常或膨胀力消失后，位移放大机构带动挡光片退回至初始位置，退出红外检测光路，装置自动复位，准备下一次检测。

28、借由上述结构设计，本发明通过设置与电芯联动的位移放大机构，将电芯热失控早期产生的微形变转化为放大的机械位移，并驱动挡光片阻断红外对射光路。该方案将电芯早期难以直接检测的微弱形变信号，转化为可靠的光路通断信号，实现了非接触式检测，不受电磁干扰影响。相较于传统红外测温或普通红外对射监测，本发明能够在电芯热失控发生前的可逆阶段触发预警，为断电、散热或消防干预预留更充分的时间。同时，该装置结构简单、无需高精度传感器，安装便捷，适合在动力电池、储能电池等多种锂离子电池应用场景中规模化推广。

1.一种基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其特征在于，包含：

2.根据权利要求1所述的基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其特征在于，所述位移放大机构为热膨胀放大层（2），所述热膨胀放大层（2）贴合于所述电芯（1）的表面，所述挡光片（5）固定设置于所述热膨胀放大层（2）的自由端。

3.根据权利要求1所述的基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其特征在于，所述位移放大机构为杠杆放大机构，所述杠杆放大机构包括被动杆（9）、主动杆（10）和连接轴（11），所述被动杆（9）与所述主动杆（10）固定连接，所述连接轴（11）设置于所述被动杆（9）与所述主动杆（10）的连接处，所述杠杆放大机构通过所述连接轴（11）转动设置，所述主动杆（10）的自由端与所述电芯（1）的表面抵接，所述挡光片（5）固定设置于所述被动杆（9）的自由端；所述被动杆（9）的长度大于所述主动杆（10）的长度。

4.根据权利要求3所述的基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其特征在于，所述被动杆（9）与所述主动杆（10）之间呈钝角设置。

5.根据权利要求3所述的基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其特征在于，所述被动杆（9）向下倾斜，所述主动杆（10）向上倾斜。

6.根据权利要求3所述的基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其特征在于，所述连接轴（11）上套设有复位扭簧，用于在所述电芯（1）未发生膨胀时维持所述挡光片（5）位于所述红外检测光路之外。

7.根据权利要求1所述的基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其特征在于，还包括第一支架（6）和第二支架（7），所述红外发射端（3）通过所述第一支架（6）固定设置，所述红外接收端（4）通过所述第二支架（7）固定设置。

8.根据权利要求3所述的基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其特征在于，还包括第三支架（8），所述杠杆放大机构通过所述连接轴（11）与所述第三支架（8）转动连接。

9.根据权利要求1所述的基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其特征在于，还包括主控单元，所述主控单元与所述红外接收端（4）电性连接，用于接收光路阻断信号。

10.一种基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警方法，用于权利要求1到9中任意一项所述的基于热膨胀放大与红外对射监测的电池热失控早期预警系统，其特征在于：包括如下步骤：