本發明屬于鋰離子電池熱失控預警，具體涉及一種基于mems熱電執行器的鋰電池熱失控預警裝置及方法。

背景技術：

1、熱失控是鋰離子電池安全問題中最為嚴重的一種情況，它可能導致電池過熱、燃燒甚至爆炸。目前，應用最多的監測電池熱失控的手段是通過監測電池的溫度來判斷是否發生熱失控。然而，這種方法由于熱擴散過程的延遲影響，溫度傳感器的響應速度存在滯后性，難以即時反映電芯的實時狀態，往往在熱失控的晚期才能檢測到異常，無法實現早期預警。因此，開發能夠早期檢測和預警熱失控的技術顯得尤為重要。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供了一種基于mems熱電執行器的鋰電池熱失控預警裝置及方法，解決現有技術中熱失控預警方法存在滯后性，難以即時反映電芯的實時狀態，往往在熱失控的晚期才能檢測到異常，無法實現早期預警的技術問題。

2、為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案實現：

3、基于mems熱電執行器的鋰電池熱失控預警裝置，包括

4、mems熱電執行器，與鋰電池的正負極連接，mems熱電執行器發熱后發生形變；

5、激光測距儀，用于采集mems熱電執行器的形變信號，并傳送給控制器；

6、控制器，根據接收到形變信號判定鋰電池當前狀態，當鋰電池電壓波動超過設定閾值時發出熱失控預警信號。

7、微電子機械系統因其微型化、集成化和智能化的特點，在傳感器領域顯示出巨大潛力。其中mems熱電執行器具有結構簡單、執行力大、能夠輸出直線型位移等特點。本發明利用熱電效應，通過結合mems熱電執行器的精確位移控制和監測能力，實現對鋰電池熱失控的早期預警，顯著提高鋰離子電池的安全性，減少熱失控事件的發生，實現更高效的電池管理，保護人員安全和設備完整性。

8、進一步優化，所述mems熱電執行器包括第一熱臂、第二熱臂、冷臂和多個凸點，第二熱臂位于第一熱臂和冷臂之間。第一熱臂、第二熱臂和冷臂，三者的一端連為整體，另一端分別設置有錨固點，mems熱電執行器通過三個錨固點與基座固定連接，且多個凸點均與基座上表面接觸，確保mems熱電執行器保持水平。

9、第一熱臂通過對應的錨固點連接導線與鋰電池正極電性連通，第二熱臂通過對應錨固點連接導線與鋰電池的負極電性連通。

10、進一步優化，所述控制器包括數據處理模塊、判斷模塊和預警模塊；其中，數據處理模塊將mems熱電執行器的形變信號轉為鋰電池實時電壓信號；判斷模塊根據實時電壓信號和參考電壓進行比較，判定鋰電池當前工作狀態；在鋰電池開閥前當其電壓波動超過設定閾值時預警模塊發出熱失控預警信號。

11、鋰電池熱失控預警方法，基于上述的鋰電池熱失控預警裝置，包括如下步驟：

12、步驟s1：將mems熱電執行器通過導線與待監測鋰電池的正負極連接，將激光測距儀與控制器連接，且激光測距儀的射線發射端和接收端對準mems熱電執行器冷臂的側面；

13、步驟s2：mems熱電執行器被施加電壓后，第一熱臂和第二熱臂上產生焦耳熱，從而發生變形，與冷臂相比，熱臂的膨脹程度更大，導致mems熱電執行器向冷臂的一側彎曲，產生微動作信號；激光測距儀實時測量其與mems熱電執行器之間的距離，并發送給控制器。

14、步驟s3：控制器的數據處理模塊將mems熱電執行器的形變信號轉為鋰電池實時電壓信號；判斷模塊根據實時電壓信號和參考電壓進行比較，判定鋰電池當前工作狀態；在鋰電池開閥前當其電壓波動超過設定閾值時預警模塊發出熱失控預警信號。

15、進一步優化，所述步驟s3中，數據處理模塊將mems熱電執行器的形變信號轉為鋰電池實時電壓信號，具體為：

16、當電壓v施加到mems熱電執行器上時，mems熱電執行器產生熱量δq：

17、δq＝i2rδt?????????????????????????????(1)

18、(1)式中，r為mems熱電執行器的電阻，i為mems熱電執行器上流過的電流；

19、又i＝v/r，帶入得：

20、

21、mems熱電執行器上產生的熱量δq會導致其溫度升高，即：

22、δq＝mcδt??????????????????????????????(3)

23、(3)式中，δt為mems熱電執行器的溫度變化值，c為mems熱電執行器的比熱容，m為mems熱電執行器的質量；

24、式(2)、(3)聯立，得：

25、

26、mems熱電執行器的溫度變化δt會導致其發生熱膨脹，線性膨脹的位移δl通過線膨脹系數α和原始長度l計算，即：

27、δl＝αlδt?????????????????????????????(5)式(4)、(5)聯立，得：

28、

29、即，根據激光測距儀測量的與mems熱電執行器之間的距離變化量δl，得出鋰電池電壓v：

30、

31、與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

32、本發明所述基于mems熱電執行器的鋰電池熱失控預警裝置，能夠靈敏的監測鋰電池熱失控早期的電壓信息變化，實現鋰離子熱失控火災早期預警，提高了鋰電池火災預警的及時性和有效性。

技術特征：

1.基于mems熱電執行器的鋰電池熱失控預警裝置，其特征在于，包括

2.根據權利要求1所述的基于mems熱電執行器的鋰電池熱失控預警裝置，其特征在于，所述mems熱電執行器包括第一熱臂、第二熱臂、冷臂和多個凸點，第二熱臂位于第一熱臂和冷臂之間；

3.根據權利要求2所述的基于mems熱電執行器的鋰電池熱失控預警裝置，其特征在于，所述控制器包括數據處理模塊、判斷模塊和預警模塊；

4.鋰電池熱失控預警方法，其特征在于，基于權利要求3所述的鋰電池熱失控預警裝置，包括如下步驟：

5.根據權利要求4所述的鋰電池熱失控預警方法，其特征在于，所述步驟s3中，數據處理模塊將mems熱電執行器的形變信號轉為鋰電池實時電壓信號，具體為：

技術總結
本發明公開了一種基于MEMS熱電執行器的鋰電池熱失控預警裝置即方法，該裝置包括MEMS熱電執行器、激光測距儀和控制器。MEMS熱電執行器與鋰電池的正負極連接，MEMS熱電執行器發熱后發生形變；激光測距儀用于采集MEMS熱電執行器的形變信號，并傳送給控制器；控制器根據接收到形變信號判定鋰電池當前狀態，當鋰電池電壓波動超過設定閾值時發出熱失控預警信號。本發明利用熱電效應，通過結合MEMS熱電執行器的精確位移控制和監測能力，實現對鋰電池熱失控的早期預警，顯著提高鋰離子電池的安全性，減少熱失控事件的發生，實現更高效的電池管理，保護人員安全和設備完整性。

技術研發人員：歐陽東旭,黃建,劉小軍,鄭楊艷,盧亞偉,王志榮
受保護的技術使用者：南京工業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28