一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖的制作方法

1.本实用新型涉及锂离子电池运行监测设备技术领域，尤其涉及一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖。


背景技术：

2.锂离子电池，简称锂电池是以锂合金金属氧化物为正极材料，石墨为负极材料，使用非水电解质的电池。由于锂电池具有携带方便、性能稳定可靠、结构合理等特点，在直流充放电领域具有广泛的应用。目前锂离子电池已广泛应用在智能设备、电动汽车、电动工具、航空航天等领域。对于电动汽车来说，最重要的储能设备就是电池。
3.在锂离子电池使用过程中，需要对电池的温度和压力状况进行监测。现有的方案通常是监测金属壳体锂电池表面的温度和压力，并将获取的温度和压力信号发送给bms或者汽车中控；但是这种方式获取的温度和压力情况并不是电池内部的实际温度或者压力，而且采用线缆传输方式，增加了布线环节，占用了宝贵的车内空间。综上所述，提供一种具有对锂离子电池内部温度或者压力进行监测的紧凑型的电池顶盖，是很有必要的。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提出了一种结构紧凑、无需额外布线的可监控锂离子电池内部运行状态的电池顶盖。
5.本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖，包括盖板(1)、两极柱单元(2)、隔离组件(3)和监测单元(4)；两极柱单元(2)穿置在盖板(1)上并与盖板密封连接；
6.隔离组件(3)，设置在盖板(1)的一侧端面上；隔离组件(3)与盖板(1)固定且密封连接；隔离组件(3)上设置有两第二通孔(31)；两第二通孔(31)沿着隔离组件(3)的长度延伸方向间隔设置；两极柱单元(2)穿置在一第二通孔(31)内并向盖板(1)方向延伸；
7.监测单元(4)固定设置在隔离组件(3)远离盖板(1)的一端，监测单元(4)还抵接在与极柱单元(2)相邻的芯包的表面；监测单元(4)获取芯包的温度信号或者压力信号，并将温度信号或者压力信号进行无线传输。
8.在以上技术方案的基础上，优选的，所述极柱单元(2)包括极耳转接板(21)、极板(22)、极板限位环(23)、第一密封组件(24)和第二密封组件(25)；
9.盖板(1)长度延伸方向的两端设置有两第一卡槽(11)；两第一卡槽(11)沿着盖板(1)厚度方向延伸；各第一卡槽(11)中心处设置有贯通的第一通孔(12)；第一通孔(12)与隔离组件(3)上相邻的第二通孔(31)连通；
10.隔离组件(3)远离盖板(1)的端面上设置有两第二卡槽(32)，两极柱单元(2)分别嵌设在一第二卡槽(32)内；所述极耳转接板(21)嵌设在隔离组件(3)的第二卡槽(32)内，极耳转接板(21)上设置有突起部(100)，突起部(100)依次穿过第二通孔(31)和第一通孔(12)并伸入第一卡槽(11)内；突起部(100)远离极耳转接板(21)的端部设置有极板(22)，突起部
(100)与极板(22)电性连接；极板限位环(23)嵌设在第一卡槽(11)内并环绕极板(22)设置；第一密封组件(24)沿着极板限位环(23)的轴向延伸方向包覆且固定设置在极板限位环(23)的内、外表面，第一密封组件(24)的表面与第一卡槽(11)或者极板(22)轴向延伸方向的侧表面抵持；第二密封组件(25)环绕突起部(100)设置，且第二密封组件(25)与第二通孔(31)或者第一通孔(12)密封连接。
11.优选的，所述突起部(100)与极板(22)间隔设置，突起部(100)与极板(22)之间还设置有导电连接部(26)，导电连接部(26)与突起部(100)和极板(22)抵接；突起部(100)、导电连接部(26)和极板(22)顺次电性连接。
12.进一步优选的，所述隔离组件(3)、第一密封组件(24)、第二密封组件(25)均采用绝缘材料制成。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，所述两第一卡槽(11)之间的盖板(1)上设置有第三卡槽(13)，第三卡槽(13)内嵌设有泄压阀片(14)，泄压阀片(14)上设置有若干中心对称的刻痕；隔离组件(3)正对泄压阀片(14)的位置设置有若干贯通的透气孔(33)。
14.在以上技术方案的基础上，优选的，监测单元(4)包括处理器(41)、温度检测电路(42)、压力检测电路(43)和无线传输电路(44)；
15.处理器(41)、温度检测电路(42)、压力检测电路(43)和无线传输电路(44)均设置在隔离组件(3)远离盖板(1)一端的第二卡槽(32)内；
16.温度检测电路(42)的输出端与处理器(41)电性连接；温度检测电路(42)检测与极柱单元(2)相邻的芯包的表面温度并向处理器(41)输出温度检测信号；
17.压力检测电路(43)的输出端与处理器(41)电性连接；压力检测电路(43)检测与极柱单元(2)相邻的芯包产气对应的气压并向处理器(41)输出气压检测信号；
18.无线传输电路(44)，与处理器(41)通信连接；无线传输电路(44)将处理器(41)接收到的温度检测信号和气压检测信号进行无线传输。
19.优选的，所述温度检测电路(42)包括温度检测芯片u2；处理器(41)具有若干数据通信接口和通用输入输出接口；温度检测芯片u2的引脚3与+5v电源电性连接；温度检测芯片u2的引脚1接地；温度检测芯片u2的引脚2作为温度检测电路(42)的输出端与电阻r1的一端电性连接，电阻r1的另一端与处理器(41)的一个通用输入输出接口电性连接。
20.进一步优选的，所述压力检测电路(43)包括压力检测芯片u3；压力检测芯片u3的引脚1和引脚2均与+3.3v电源电性连接；压力检测芯片u3的引脚7和引脚8分别与处理器(41)的一路数据通信接口一一对应电性连接，压力检测芯片u3的引脚7和引脚8还与一上拉电阻的一端电性连接，上拉电阻的另一端与+3.3v电源电性连接。
21.优选的，无线传输电路(44)包括wifi模块u4、复位开关s1和复位开关s2；wifi模块u4的引脚1分别与复位开关s1的引脚2和电阻r4的一端电性连接，复位开关s1的引脚1接地；wifi模块u4的引脚3与电阻r5的一端电性连接，电阻r4的另一端和电阻r5的另一端均与+3.3v电源电性连接；wifi模块u4的引脚15和引脚16均接地；wifi模块u4的引脚18与复位开关s2的引脚1电性连接，复位开关s2的引脚2接地；wifi模块u4的引脚21和引脚22分别与处理器(41)的一数据通信接口一一对应电性连接。
22.优选的，还包括一中空的封装部(34)，监测单元(4)设置在封装部(34)内；封装部(34)的端面上设置有若干开口，所述温度检测电路(42)的检测部或者压力检测电路(43)的
检测部分别嵌设在开口处。
23.本实用新型提供的一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖，相对于现有技术，具有以下有益效果：
24.(1)本方案通过的紧凑、密封结构的盖板、两极柱单元和隔离组件靠近电池内部一侧设置监测单元，实时的对盖板一侧芯包的温度或者压力进行实时监测，提供更加真实和准确的电池运行状态参数；
25.(2)极柱单元的多级密封结构有利于维持电池内部的密闭环境，防止电池内部与外部环境接触；
26.(3)由于采用了无线的数据传输方式并从极柱单元获取工作电源，监测单元无需额外布置繁琐的走线，简化了电路布局。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本实用新型一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖的立体图；
29.图2为本实用新型一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖的俯视图；
30.图3为本实用新型一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖的半剖前视图及其局部放大示意图；
31.图4为本实用新型一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖的爆炸状态立体图；
32.图5为本实用新型一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖的仰视图；
33.图6为本实用新型一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖的监测单元的结构框图；
34.图7为本实用新型一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖的温度检测电路的接线图；
35.图8为本实用新型一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖的压力检测电路的接线图；
36.图9为本实用新型一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖的无线传输电路的接线图。
37.附图标记说明：1、盖板；2、极柱单元；3、隔离组件；4、监测单元；11、第一卡槽；12、第一通孔；13、第三卡槽；14、泄压阀片；100、突起部；21、极耳转接板；22、极板；23、极板限位环；24、第一密封组件；25、第二密封组件；26、导电连接部；31、第二通孔；32、第二卡槽；33、透气孔；34、封装部；41、处理器；42、温度检测电路；43、压力检测电路；44、无线传输电路。
具体实施方式
38.下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部
的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
39.如图1—5所示本实用新型提供了一种可监控锂离子电池运行状态的电池顶盖，包括盖板1、两极柱单元2、隔离组件3和监测单元4等；
40.盖板1是用于引出电池内部芯包正负极并封闭电池壳体的结构。极柱单元2用于引出并形成电池的正、负极。两极柱单元2穿置在盖板1上并与其密封连接。具体的，在盖板1长度延伸方向的两端设置有两第一卡槽11；两第一卡槽11沿着盖板1厚度方向延伸；各第一卡槽11中心处设置有贯通的第一通孔12；第一卡槽11及其第一通孔12用于对极柱单元2进行限位与密封。
41.隔离组件3设置在盖板1的一侧端面上，隔离组件3与盖板1固定连接；隔离组件3上设置有贯通的两第二通孔31；两第二通孔31沿着隔离组件3的长度延伸方向间隔设置；且盖板1上的第一通孔12与隔离组件3上相邻的第二通孔31连通；隔离组件3远离盖板1的端面上设置有两第二卡槽32；两第二卡槽32相对且间隔设置；第二卡槽32与相邻的第二通孔31连通。隔离组件3用于隔开极柱单元2与盖板1，起到限定极柱单元2的姿态的作用，还可以起到绝缘作用，防止电池内部的电解液泄漏。第二卡槽、第二通孔和第一通孔共同作用限定极柱单元2的具体位置。
42.两极柱单元2分别嵌设在两第二卡槽32内，且各极柱单元2还依次穿过第二通孔31和第一通孔12并向盖板1外延伸；极柱单元2与盖板1密封连接；第一通孔12和第二通孔31连通了电池内外部，使得极柱单元2的部分能从电池壳体内引出。
43.监测单元4固定设置在隔离组件3远离盖板1的一端，监测单元4还抵接在与极柱单元2相邻的芯包的表面；监测单元4获取芯包的温度信号或者压力信号，并将温度信号或者压力信号进行无线传输。监测单元4设置在隔离组件3内部靠近芯包的一侧，能直接获取芯包表面的温度和电池内部产生的气体的压力，及时的将锂离子电池运行状态的信息进行无线传输，传输的终端为电池管理系统bms或者车载中控系统。
44.如图1—5所示，图示展示了极柱单元2的一种具体组成结构。极柱单元2作为引出的芯包的正极或者负极连接端使用。各极柱单元2均包括极耳转接板21、极板22、极板限位环23、第一密封组件24和第二密封组件25；极耳转接板21嵌设在隔离组件3的第二卡槽32内，极耳转接板21上设置有突起部100，突起部100依次穿过第二通孔31和第一通孔12并伸入第一卡槽11内；突起部100远离极耳转接板21的端部设置有极板22，突起部100与极板22电性连接；极板限位环23嵌设在第一卡槽11内并环绕极板22设置；第一密封组件24沿着极板限位环23的轴向延伸方向包覆且固定设置在极板限位环23的内、外表面，第一密封组件24的表面与第一卡槽11或者极板22轴向延伸方向的侧表面抵持；第二密封组件25环绕突起部100设置，且第二密封组件25与第二通孔31或者第一通孔12密封连接。由图可知，极耳转接板21一方面连接芯包上的正极耳或者负极耳，另一方面伸出隔离组件3与盖板1与外部端子进一步连接。图示的极耳转接板21的本体为板状，具有足够大的接触面积可以与一个或者多个芯包的极耳同时电性连接。另外，极耳转接板21上的突起部100穿过第二通孔31与第一通孔12引出电池外，图示的突起部100垂直于极耳转接板21的端部设置。第二通孔31或者第一通孔12与突起部100之间存在间隙，为了防止内部电解液泄漏等情形，在穿过第二通孔31时，采用了第二密封组件25密封该间隙。另外，为了将极板22压紧在突起部100远离极耳
转接板21的端部，采用了极板限位环23的结构，图上的极板22的轴向方向设置有一台阶槽，而极板限位环23中间的圆环直径与台阶槽的根部相抵持，进一步将极板限位环23抵紧在第一卡槽11内，限定了极板22伸出极板限位环23的长度。这种情况对极板限位环23的精度要求较高，如果极板限位环23与第一卡槽11或者极板22之间存在间隙，可能影响电池的密封状态。因此，进一步增设了第一密封组件24，第一密封组件24紧密的包覆在极板限位环23外表面与第一卡槽11之间、极板限位环23远离盖板1的端部和极板限位环23内表面与极板22外表面之间，实现对第一卡槽11或者极板22之间的过盈配合，起到双重密封效果。为防止第一密封组件24滑落，第一卡槽11的内表面还设置有环形的沟道，增加第一密封组件24与第一卡槽11的结合强度。为起到绝缘效果，本方案的隔离组件3、第一密封组件24、第二密封组件25均采用绝缘材料制成。进一步优选的，第一密封组件24可以采用pps材料制成。
45.突起部100与极板22之间还可以进一步设置导电连接部26，导电连接部26与突起部100和极板22抵接；突起部100、导电连接部26和极板22顺次电性连接。导电连接部26可以适应突起部100与极板22之间可能存在的间隙，当用作负极的极柱单元2的极耳转接板21采用铜材质时，可采用导电连接部26与极板22之间进行过渡，在保障可靠的导电性的同时，减少突起部100的铜材料的用量和加工难度。
46.两第一卡槽11之间的盖板1上设置有第三卡槽13，第三卡槽13内嵌设有泄压阀片14，泄压阀片14上设置有若干中心对称的刻痕；隔离组件3正对泄压阀片14的位置设置有若干贯通的透气孔33。当电池内部热失控时，产生的过量气体可通过透气孔33在盖板1与隔离组件3之间积聚，并顶起泄压阀片14进行泄压处理。
47.为了更好的直接获取电池内部的电池实际运行状态，如温度或者压力状况。如图6—9所示，监测单元4包括处理器41、温度检测电路42、压力检测电路43和无线传输电路44；处理器41、温度检测电路42、压力检测电路43和无线传输电路44均设置在隔离组件3远离盖板1一端的第二卡槽32内；
48.温度检测电路42的输出端与处理器41电性连接；温度检测电路42检测与极柱单元2相邻的芯包的表面温度并向处理器41输出温度检测信号；
49.压力检测电路43的输出端与处理器41电性连接；压力检测电路43检测与极柱单元2相邻的芯包产气对应的气压并向处理器41输出气压检测信号；
50.无线传输电路44与处理器41通信连接；无线传输电路44将处理器41接收到的温度检测信号和气压检测信号进行无线传输。
51.具体的，如图7—9所示，图示展示了具体的监测单元4的接线图：
52.温度检测电路42包括温度检测芯片u2；处理器41具有若干数据通信接口和通用输入输出接口；温度检测芯片u2的引脚3与+5v电源电性连接；温度检测芯片u2的引脚1接地；温度检测芯片u2的引脚2作为温度检测电路42的输出端与电阻r1的一端电性连接，电阻r1的另一端与处理器41的一个通用输入输出接口电性连接。温度检测芯片u2选用ds18b20芯片。处理器41即图示的u1，可选用意法半导体的stm32f103系列单片机或者ti公司或者atmel公司的类似产品实现相应的功能。
53.压力检测电路43包括压力检测芯片u3；压力检测芯片u3的引脚1和引脚2均与+3.3v电源电性连接；压力检测芯片u3的引脚7和引脚8分别与处理器41的一路数据通信接口一一对应电性连接，压力检测芯片u3的引脚7和引脚8还与一上拉电阻的一端电性连接，上
拉电阻的另一端与+3.3v电源电性连接。压力检测芯片u3选用的是ms5611气压传感器。
54.无线传输电路44包括wifi模块u4、复位开关s1和复位开关s2；wifi模块u4的引脚1分别与复位开关s1的引脚2和电阻r4的一端电性连接，复位开关s1的引脚1接地；wifi模块u4的引脚3与电阻r5的一端电性连接，电阻r4的另一端和电阻r5的另一端均与+3.3v电源电性连接；wifi模块u4的引脚15和引脚16均接地；wifi模块u4的引脚18与复位开关s2的引脚1电性连接，复位开关s2的引脚2接地；wifi模块u4的引脚21和引脚22分别与处理器41的一数据通信接口一一对应电性连接。wifi模块u4选用esp8266芯片，按下复位开关s1可对wifi模块u4复位，按下复位开关s2可切换wifi模块u4的工作模式，如发送模式转为接收模式或者固件升级模式。wifi模块u4具有一对兼容ttl的uart端口，该端口与处理器41的引脚42和引脚43对应的串行uart接口对应电性连接。
55.为了更好的固定监测单元4的实际位置，本实用新型还包括一中空的封装部34，监测单元4设置在封装部34内；封装部34的端面上设置有若干开口，温度检测电路42的检测部或者压力检测电路43的检测部分别嵌设在不同的开口处。封装部34能够使监测单元4与各极柱单元2均保持一定的距离，且限定监测单元4的采样区域。封装部可以防止监测单元4的电路部分与电解液接触导致的短路，并对监测单元4起到一定的保护和支撑作用。
56.需要说明的是，本实用新型使用的芯片容易获取，在获取芯片的同时也能得到相应的技术手册，本实用新型不涉及程序上的改进。
57.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。