用于早期检测电池的热失控的系统和方法与流程

本发明属于物理内的物理量的测量、电气工程内的电池的监测和控制以及航空内的飞行器部件检查的测试的领域，并且涉及一种用于监测锂电池的状态的系统和方法，该系统和方法具有检测并提供热失控以及因此可能的即将发生的危险的提前警告的能力。

背景技术：

1、锂电池是由乘客、机组人员以及运输的行李和航空中的其他货物使用的设备的一部分。与锂电池相关的主要风险之一是热失控。热失控是其中锂电池进入不可控的自加热状态的现象。它可能导致极高的温度和压力，从电池单元中快速释放可燃气体，然后是烟雾和火灾。这对乘客、机组人员和飞机造成潜在的危险。

2、上述锂电池的缺陷在电动车辆的操作中也是已知的。在现有技术中，根据ep 3843 195“thermal runaway detecting device, battery system, and thermal runawaydetecting method of battery system（热失控检测设备、电池系统以及电池系统的热失控检测方法）”的解决方案，其核心是比较两个测量电路的测量电压和温度值的结果，第一个来自单个电池单元的触点，第二个来自整个电池的触点，并且通过比较控制器中的结果，评估是否正在发生热失控。上述解决方案没有考虑挥发性有机化合物泄漏到空气中。

3、根据名称为“thermal runaway detection method, device and system forbatteries, and battery management unit（用于电池的热失控检测方法、设备和系统以及电池管理单元）”的ep 3 800 725的解决方案，包括：获得包括在电池组中的空气压力传感器的输出信号，并获得关于电池组的参数的信息；基于空气压力传感器的输出信号确定关于空气压力传感器的状态的信息。在评估获得的信息之后，系统评估热失控的可能性。

4、名称为“detection system and method（检测系统和方法）”的wo公开2023006698由包括施加到一个或多个电池单元外部的涂层的系统使用，其中所述涂层被选择为在可用于所述检测的温度范围下分解，以便释放可检测的挥发性化合物。根据名称为“thermalrunaway detection circuit and method（热失控检测电路和方法）”的us 20200348365的解决方案包括：感测模块，包括感测电缆；检测模块，耦合到感测电缆并包括至少一组分压电阻器；处理模块，连接到感测模块，其中处理模块被配置为接收热失控检测数据并确定热失控是否正在发生。另一种已知的解决方案来自us 20210111443，标题为“method,apparatus, system for detecting battery thermal runaway, and unit batterymanagement unit（用于检测电池热失控的方法、设备、系统以及单元电池管理单元）”。该方法包括获得位于电池组中的空气压力传感器的输出信号并获得关于电池组的参数的信息。该数据的评估得出关于电池组的热失控是否正在发生的结论。作为现有技术的一部分的上述解决方案涉及汽车电池的热失控，并且不足以适合于确定航空中的热失控。

技术实现思路

1、根据本发明的利用物联网技术的用于早期检测热失控电池的系统和方法部分地消除了现有技术的缺点，该系统和方法包括具有检测到的电池的空运货物、气体浓度传感器和/或温度传感器、具有高级机器学习算法的微控制器单元、以及无线通信、警报器和具有数据库的云存储，其中iot技术的原理是位于检测到的空运货物电池的范围内的具有高级机器学习算法的微控制器单元耦合到至少一个气体浓度传感器和/或至少一个温度传感器。具有高级机器学习算法的微控制器单元通过无线通信连接到警报器和具有数据库的云存储。

2、使用具有以下配置的检测的气体物质浓度传感器的电池的热失控的早期检测的解决方案是有利的：

3、·挥发性有机化合物和氟化氢

4、·挥发性有机化合物和一氧化碳

5、·挥发性有机化合物和烃

6、·挥发性有机化合物和乙烯

7、·挥发性有机化合物和分子氢

8、·氟化氢、一氧化碳和二氧化碳

9、·分子氢、一氧化碳和二氧化碳

10、·烃、一氧化碳和二氧化碳

11、·乙烯、一氧化碳和二氧化碳

12、·挥发性有机化合物、一氧化碳和二氧化碳。

13、该技术方案中的内容的挥发性有机化合物主要是二氧化碳、霉菌、挥发性化合物如汽油、清漆和喷雾中的油。

14、还有利的是用于电池热失控的早期检测系统的解决方案，其利用精度为测量值的±1.5%的高精度温度传感器，或精度为±0.5%的高级温度传感器。

15、现有技术中提到的缺点也部分地通过早期检测电池的热失控的方法来解决，其原理在于以下事实：使用气体浓度传感器和/或使用温度传感器测量，由具有高级机器学习算法的微控制器单元评估的，具有关于气体浓度值的数据和/或具有关于温度值的数据的信息流通过无线通信发送到警报器和具有数据库的云存储。

16、热失控危险的原因是锂离子电池的故障。这种故障可能是由内部故障或外部条件引起的。这种内部故障的一个示例是内部短路。在锂电池中，阴极电极和阳极电极通过称为隔板的部件物理分离。电池中损害隔板的完整性的故障可导致内部短路，这可导致热失控。这在低质量电池单元中尤其可能。

17、由外部条件引起的故障的示例包括：过充电（其可能由电池单元和充电器或设计不良的电池管理系统（bms）之间的不兼容性引起）；多次过放电和随后的再充电；将电池单元或电池重复放电到低于电池单元制造商推荐的电压下限，然后对电池单元再充电。

18、热失控的问题由若干公认的机构，ul（underwriters laboratories，inc.（美国保险商实验室），1894）-独立认证组织，faa（federal aviation administration（美国联邦航空管理局），1958）-美国运输部的下属机构，easa（european aviation safety agency（欧洲航空安全局），2002）-欧盟航空安全局（the european union agency for aviationsafety）以及许多世界大学解决。

19、通过诱导各类上述电池故障（包括电池破坏阶段）的测试已经证明，通过监测电池的即时环境，通过监测温度并评估电池周围的空气是否存在氢（h2）、二氧化碳（co2）、一氧化碳（co）以及挥发性有机化合物-voc的浓度，可以实现对锂电池的热失控的早期检测。

20、通过监测总挥发性有机化合物（tvoc）的浓度，可以评估eco2的估计浓度，即估计（等效）co2。

21、关于电池热失控问题的更多信息可以在以下资源中找到：

22、https://www.fire.tc.faa.gov/pdf/tc20-12.pdf

23、https://www.fire.tc.faa.gov/cargosafety/hazards/1001-passengerbaggage

24、https://www.fire.tc.faa.gov/2022conference/files/cabin flight deckfire protection iii/pashatripdatabaseped/pasha tripdatabaseped pres.pdf

25、https://www.fire.tc.faa.gov/pdf/tc-15-59.pdf https://ul.org/research/electrochemical-safety/getting-started-electrochemical-safety/what-causes45thermal#:~:text=thermal%20runaway%20is%20a%20phenomenon,cell%20venting% 2c%20smoke%20and%20fire.

26、https://flightsafety.org/asw/mar08/asw mar08 p42-47.pdf

27、根据faa测试，导致热失控的最重要气体是总烃排放（thc）、氢、一氧化碳和二氧化碳。其他来源也报告氟化氢的存在和声音频率。

28、使用氢、voc和温度测量以及集中于测量值的上升斜率（the angle ofelevation）的高级机器学习算法，对电池的热失控的早期检测是可靠的。