【专利解密】关注设备电池健康 国轩高科提出电池健康状态实时监控及评估方案

【爱集微点评】国轩高科公开的电池健康状态实时监控及评估预测方案，针对当前传统三维度电池健康监控及评估的短板，基于四维度电池健康监控及评估方法，通过结构创新，采用三个不同层级分别对电池的实时压力进行采集。进而通过信号处理和分析，实现了电池健康的实时监控和评估。

集微网消息，锂离子电池在运行过程中，近似于一个黑匣子，它的安全始终是消费者关注的问题，能够实现电池健康状态可视化也是各大主机厂十分关心的难题。现有的用于电芯实时状态监控和评估的健康因子有电压(U)、电流(I)和温度(T)。

然而，在此基础上的健康状态评估存在一个短板，就是“U/I/T”在电池生命周期的不同状态下的差别并不大，仅会在一些突发状态下个别因子才会发生较大波动。而这已经不是真正意义上的健康评估，而是突发状态下的预警，这对于电池实时的健康评估和监控是远远不够的，存在安全隐患。

基于现有最新的研究成果，电池在生命周期运行过程中的压力和寿命之间有着密切联系，并且呈现出正相关的关系。当电池的寿命衰减加速时，对应的压力也呈现出相同的加速增长的趋势，当电池运行稳定时，其压力变化也相对稳定，不会发生较大的突变，完全可以通过压力的变化趋势，实现电池的健康评估。

该原理为通过压力的实时数值和离群度，实现电池的实时健康监控。并且将电池运行过程中的压力作为新的健康因子，建立电压(U)、电流(I)、温度(T)和压力(P)四个维度上的健康监管平台。从而辅助电池更准确、更及时的健康监控和评估，以弥补传统“U/I/T”三维度评估的短板。

因此，为了实现这种能够实时监控和评估电池健康状态的方案，国轩高科在2022年11月11日申请了一项名为“一种电池健康状态实时监控及评估预测装置”的发明专利（申请号：202211409572.6），申请人为合肥国轩高科动力能源有限公司。

该专利分别在电芯级别、多层电芯级别以及系统级别描述了如何实现电池的健康状态评估及实时监控。根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

首先，在电芯级别，如上图，为集成有喷涂式压力传感器的电池内部示意图。对于电芯内部极片102，根据极片的成组原理，沿着箭头方向，最外围的极片的远离电芯中心的面在电池运行过程中并不会参与电化学反应，也就是说该极片表面并没有被充分利用。

而为了实现电池健康状态的评估，可以选取该极片表面实现喷涂式压力传感器101的布置，进而在电芯制作过程中就实现电芯本体与压力传感器的集成，并且该种压力传感器可实现信号的无线传输。该种形式的电芯在模组或者系统成组后，可以完成本体的压力自测，后将压力信号输出后，配合电池管理系统实现信号的处理和分析，进而根据压力和电芯寿命的关系，实现电池的健康状态评估及实时监控。

如上图，为该专利中展示的电芯压力与寿命之间关系示意图。可以看到，随着循环圈数的增加，电池容量保持率（电池寿命）和压力之间的关系。

其次，在电芯级别中，还要考虑不同层之间电芯层级的关系，如上图所示，为集成有离电柔性压力传感器的电池内部示意图。电芯内部极片102之间插入离电柔性压力传感器201层，作为独立的一层。进而在电芯制作过程中就实现电芯本体与压力传感器的集成，并且该种压力传感器可实现信号的无线传输。该种形式的电芯在模组或者系统成组后，可以完成本体的压力自测。然后将压力信号输出后，配合电池管理系统实现信号的处理和分析，进而根据压力和电芯寿命的关系，实现电池的健康状态评估及实时监控。

最后，在系统层级，如上图，为集成有圆环式力传感器的系统示意图。通过在成组电芯301与箱体401之间布置圆环式力传感器402，进而在系统制作过程中实现电芯与压力传感器的集成。该种形式的系统在完成装配后，可以完成电芯的压力监测，后将压力信号输出后，配合电池管理系统实现信号的处理和分析，进而根据压力和电芯寿命的关系，实现电池的健康状态评估及实时监控。

以上就是国轩高科公开的电池健康状态实时监控及评估预测方案，该方案针对当前传统三维度电池健康监控及评估的短板，基于四维度电池健康监控及评估方法，通过结构创新，采用三个不同层级分别对电池的实时压力进行采集。进而通过信号处理和分析，实现了电池健康的实时监控和评估。

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（校对/赵月）