一种用于锂离子电池内部温度和应力变化的探测装置

1.本实用新型涉及一种用于锂离子电池内部温度和应力变化的探测装置。


背景技术：

2.随着不可再生能源的不断消耗，新能源行业迫切需要得到大力的发展，其中电池能源作为新能源的代表，已经逐渐成为新能源行业的朝阳产业。目前市面可见的可充电电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池以及锂聚合物电池等，他们各有优缺点，其中最为突出的就是锂离子电池，他具有高能量比、长循环使用寿命，特别是锂聚合物电池，外形设计灵活多变，可以被制造商想要的任何形状，故在各行各业得到大量的应用。
3.锂离子电池技术已经日趋成熟，但是依然存在一些问题，急需我们去解决，如：锂离子电池自身的一些化学和物理的特性，在运输使用过程中受到过度的振动、挤压时极易发生热失控，又因其高能量比，一旦发生热失控那将造成不可估计的后果，正是这一系列的安全问题，制约着锂离子电池的进一步发展。在新能源电动汽车领域里面，锂离子电池已经被作为其移动动力源而广泛使用，众所周知，汽车在行驶的过程当中少不了颠簸，当然交通事故的发生也是不能完全避免，这些碰撞和颠簸就容易导致锂离子电池发生热失控，进一步造成灾害。据不完全统计2011年至今共发生了100多起电动汽车起火事故，并呈现逐年升高的趋势，这些事故一旦发生不仅会带来巨大的经济损失还会造成人员伤亡。
4.目前国内外有一部分采用软包锂离子电池作为电动汽车的动力单元，还有一部分采用钢壳圆柱锂离子电池作为动力单元，目前这种技术较为成熟的就属特斯拉电动汽车，它采用圆柱钢壳锂离子电池作为动力单元，圆柱锂离子电池有外在钢壳的保护，但是仍有不足，在一些强度较大的挤压或者振动的情况下任然会暴露出较高的热安全危险性。
5.现在对于圆柱电池的温度采集多为外部采集，不能及时采集其内部实际的温度变化，这样就会出现较大的延时误差并失准，另外就是电池在受到振动和挤压时会产生应力，致使电池变形，出现隔膜被刺穿使电池内部短路，进而诱发热失控。
6.因此，亟需一种能及时采集其锂离子电池内部实际的温度变化、应力变化的探测装置。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，采用圆柱锂离子电池，集成传感器信号汇流条、信息采集仪、微型应变片和微型针式温度传感器作为基础元件，主要用于探测电池内部实时温度变化和钢壳应力变化，具有时间移植性好、测量数据准确、实时性好、响应特性好，提供一种用于锂离子电池内部温度和应力变化的探测装置。
8.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于锂离子电池内部温度和应力变化的探测装置，所述探测装置包括：微型压力应变片、微型针式温度传感器、集成传感器信号汇流条、信号数据传输线、快拆式接口、信息采集仪，所述的微型压力应变片和微型针式温度传感器设置在锂离子电池内部，所述微型压力应变片和微型针式温度传感器
分别与信号数据传输线连接，所述信号数据传输线通过集成传感器信号汇流条上的触点与集成传感器信号汇流条连接，将应力信号和温度信号在电池内部集成到一起。
9.优选的，所述的锂离子电池是21700圆柱锂离子电池。
10.优选的，所述的微型压力应变片紧贴在锂离子电池圆柱形钢壳内壁。
11.优选的，所述微型压力应变片设置的数量为2个，采用对称的方式设置在钢壳内壁。
12.优选的，所述的微型针式温度传感器设置在电池内部的卷心中心，微型针式温度传感器表面用一层聚酰亚胺膜进行包裹，以防其刺穿电池隔膜造成电池短路。
13.优选的，所述的微型针式温度传感器是微型针式热电偶。
14.优选的，所述的集成传感器信号汇流条与设置在锂离子电池钢壳底部的快拆式接口连接，所述快拆式接口包括温度传感器信号接口和应力信号接口，所述信息采集仪通过快拆式接口接入，对数据进行采集、读取以及对电池状态进行监控。
15.本实用新型的有益效果是：
16.1)本实用新型探测装置采用微型应变片内置于圆柱形钢壳，并对其进行绝缘处理，便捷可靠，能实时监测电池是否受挤压而变形，覆盖面较广，应力变化采集准确，实时数据采集延迟性大大降低，可尽早有效的采取一系列措施来防止电池热失控的发生；
17.2)微型针式热电偶采用植入电池内部并处于电池中心部位，数据采集准确、及时，无延时性，可实时精确反应电池内部的实际温度；
18.3)将应力信号和热电偶信号在电池内部集成到一起，简化了线路，提高了可靠性；
19.4)特殊设计的圆柱形钢壳，在其底部设计了应力和热电偶信号连接到集成汇流条后的快速接口，方便连接信息采集仪。
附图说明
20.图1为本实用新型探测装置结构模块图；
21.图2为本实用新型探测装置结构示意图；
22.图中，1-锂离子电池，2-微型压力应变片，3-微型针式温度传感器，4-信号数据传输线，5-集成传感器信号汇流条，6-温度传感器信号接口，7-应力信号接口。
具体实施方式
23.下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
24.锂离子电池内部结构一般包括ptc元件、正极接线柱、排气阀、绝缘板、正负极隔膜卷心，以及负极与钢壳的连接部分等。本实用新型的探测装置能用于对锂离子电池内部真实的温度变化、应力变化进行及时采集，如图1所示，包括有微型压力应变片2、微型针式温度传感器3、集成传感器信号汇流条5、信号数据传输线4、快拆式接口、信息采集仪。
25.如图2所示，微型压力应变片采用内置的方式紧贴特殊设计的圆柱形钢壳内部内壁，信号数据传输线4接入集成传感器信号汇流条5，并对二者其进行绝缘处理；微型针式温度传感器置于锂离子电池1内部中心(电池卷心中心)的位置，微型针式温度传感器3采用微型热电偶，用于测量电池内部真实的温度变化，其表面用一层聚酰亚胺膜进行包裹，以防其
刺穿电池隔膜造成电池短路；集成传感器信号汇流条，将应力变化信号和温度变化信号传输进行集成，并通过特殊设计的圆柱形钢壳底部的快拆式接口输出，接入信息采集仪，对数据进行采集和读取。
26.具体实施过程：在真空环境下拆开一个已经封装好的21700圆柱锂离子电池，注意不要破坏其内部结构，以及ptc元件、正极接线柱、排气阀和绝缘板的连接，方便后续封装，小心取出正负极隔膜卷心，以及负极与钢壳的连接部分；
27.将微型压力应变片的信号数据传输线与集成传感器信号汇流条触点进行连接，为了有效连接，我们采用无铅焊锡进行焊接，并对其进行绝缘处理；
28.将连接好的微型压力应变片和集成传感器信号汇流条，一起植入提前设计制定好的圆柱形钢壳内壁，微型压力应变片采用对称方式布置两片；
29.小心将微型针式温度传感器(微型热电偶)植入电池卷心中心，微型针式温度传感器表面用一层聚酰亚胺膜进行包裹，以防其刺穿电池隔膜造成电池短路，将微型针式温度传感器的信号数据传输线与集成传感器信号汇流条连接；
30.把已经植入微型热电偶的电池卷心装入有微型压力应变片和集成传感器信号汇流条的圆柱形钢壳内，并将负极极耳与电池负极进行连接，再将之前拆下的电池垫片、ptc元件、正极接线柱、排气阀和绝缘板装入电池正极端并连接好正极极耳；
31.在圆柱形钢壳上下连接处加入密封胶进行密封，并在电池外围贴上绝缘膜，防止电池钢壳与外部其他导体接触形成短路；集成传感器信号汇流条5与设置在锂离子电池钢壳底部的快拆式接口连接，所述快拆式接口包括温度传感器信号接口6和应力信号接口7，通过圆柱钢壳底部快拆式接口将采集传输信号导线接入信息采集仪，信息采集仪中的微机主控单元对数据进行实时采集和对电池状态进行监控。
32.通过本实用新型可实时精确反应电池内部的实际温度；采用双微型应变片采集电池受振动和挤压时受到的应力变化，覆盖面较广，应力变化采集准确；实时数据采集延迟性大大降低，可尽早有效的采取一系列措施来防止电池热失控的发生；可采用微数据采集单元对每个电池单元进行实时监控，以实现不同数量和组别电池内部温度和应力变化的采集。
33.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。