一种带有压紧力和应变信号输出功能的锂离子电池的制作方法

本技术属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种带有压紧力和应变信号输出功能的锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池作为新能源的主力军，目前虽然已广泛应用于电动自行车、电动汽车、高铁、云轨、航空航天等交通领域及发电侧、电网侧、用户侧的储能系统领域，但随之而来的安全问题却也渐渐凸显。动汽车和电动自行车更是已经大规模民用化。根据研究表明，锂离子电池火灾是由于其本体发生热失控后，发生电解液固液气混合物的爆喷，爆喷出的混合物大部分为易燃物，极易发生燃烧甚至爆炸。

2、为了应对这一难题，国内外对于锂离子电池热失控的预警和报警都进行了大量的研究，取得了很多进展。目前对于锂离子电池热失控的判定手段主要为声、热、电、气、压等物理参数，其中“声”为锂离子电池爆喷时，安全膜片破裂的声音，该信号为热失控报警信号；“热”为锂离子电池表面温度或电池箱内的环境温度，通过温度及其变化率进行判断，当温度及其变化率超过某一阈值时判断热失控状态，但是随着电池单体高能量密度的发展趋势，其体积也越来越大，热失控前后的表面温度变化更小，无法准确对电池的热失控状态进行判断，导致热失控判定有较大的延迟，环境温度的延迟则更为严重，因此温度参数为热失控报警参数；“电”为电压参数，通过电压压降及其变化率进行判断，当电压压降及其变化率超过某一阈值时判断发生热失控，该现象发生在锂离子电池爆喷后，是热失控报警参数；“气”是气体成分或烟雾浓度，通过h2、co、碳氢化合物、烟雾等气体成分及其变化率进行判断，当气体成分及其变化率超过某一阈值时判断发生热失控，该现象发生在锂离子电池爆喷后，是热失控报警参数；“压”是电池箱气压，当锂离子电池发生爆喷，电池箱内气压升高至某一阈值时判断发生热失控，该现象发生在锂离子电池爆喷后，是热失控报警参数。

3、上述参数都只能作为热失控的报警参数，而无法实现锂离子电池热失控的预警，其中温度参数仅能作为预警的参考值。为了提高电池安全，减少火灾损失，亟需探究一种新的带有本身状态信号输出的锂离子电池，在电池爆喷前就能准确预警，为使用方和消防队争取宝贵的时间，提前采取应急措施，减少火灾隐患，提高安全系数。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种带有压紧力和应变信号输出功能的锂离子电池，本实用新型的锂离子电池本体带有压紧力和应变参量的信号输出，用来进行热失控预警和报警判定，电池在热失控爆喷前，由于其内部压力增大，电池本身会产生形变，尤其对于大体积或高能量密度的电池单体，这种现象更为明显，形变进而会导致模组内电池的压紧力发生变化，这两个参量相对于温度更易在早期测量，以此对电池的热失控状态进行预判。

2、本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种带有压紧力和应变信号输出功能的锂离子电池，包括外壳、正极、负极和安全膜片，其特征在于，所述电池上还安装有压力传感器和应变片；通过所述压力传感器和应变传感器实现压紧力和应变信号的输出，根据各采集参量的预设值级别，用以进行热失控预警和报警判定。

4、进一步的，所述压紧力和应变的信号同时输出或只输出其中一项。

5、进一步的，所述压力传感器和应变传感器分别安装在电池正面的正中央和反面的正中央。

6、进一步的，所述压力传感器为薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器通过粘贴方式固定在电池表面。

7、进一步的，所述应变传感器采用应变片，应变片通过粘贴方式固定在电池表面，或通过印刷的方式将应变片的铜箔印刷在电池表面。

8、本实用新型还提供一种锂离子电池的预警报警系统，包括

9、压紧力信号采集单元，用于通过压力传感器采集锂离子电池的压紧力变化量和压紧力变化率；

10、应变信号采集单元，用于通过应变传感器采集锂离子电池的应变变化量和应变变化率；

11、预警单元，用于根据压紧力信号采集单元和应变信号采集单元采集参量的预设值级别，判定预警级别并进行预警；

12、报警单元，用于根据压紧力信号采集单元和应变信号采集单元采集参量的预设值级别，判定报警级别并进行报警。

13、与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

14、1.本实用新型提供的锂离子电池，包括压紧力和应变信号输出，可直接与信号采集模块或bms直接连接，用于电池参数的实时监测。

15、2.本实用新型所提供的锂离子电池本体具备压紧力和应变信号输出，通过输出信号可对电池热失控的情况进行多级预警和报警处理，能够准确把控高能量密度电池的热失控状态，实时准确，对电池应用的安全防范具有重大意义。具体地：

16、(1)增加了应变信号，可实时监测电池本体的变形情况，在电池热失控前即可实现预警，电池本体体积越大，信号越准确可靠；

17、(2)采用压紧力和应变同时作为热失控预警信号，提高了热失控预警的提前量和准确性，避免出现误报或延迟报警的现象。

技术特征：

1.一种带有压紧力和应变信号输出功能的锂离子电池，包括外壳、正极、负极和安全膜片，其特征在于，所述电池上还安装有压力传感器和应变片；通过所述压力传感器和应变传感器实现压紧力和应变信号的输出，根据各采集参量的预设值级别，用以进行热失控预警和报警判定，所述压紧力和应变的信号同时输出或只输出其中一项；所述压力传感器和应变传感器分别安装在电池正面的正中央和反面的正中央。

2.根据权利要求1所述的带有压紧力和应变信号输出功能的锂离子电池，其特征在于，所述压力传感器为薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器通过粘贴方式固定在电池表面。

3.根据权利要求1所述的带有压紧力和应变信号输出功能的锂离子电池，其特征在于，所述应变传感器采用应变片，应变片通过粘贴方式固定在电池表面，或通过印刷的方式将应变片的铜箔印刷在电池表面。

技术总结
本技术公开一种带有压紧力和应变信号输出功能的锂离子电池，电池包括外壳、正极、负极和安全膜片，电池上还安装有压力传感器和应变片；通过所述压力传感器和应变传感器实现压紧力和应变信号的输出，根据各采集参量的预设值级别，用以进行热失控预警和报警判定。该电池具备压紧力和应变信号的输出，根据采集参量的预设值级别，用来进行热失控预警和报警判定。本技术提供的带有自身参数监测的锂离子电池，结合多级预警报警处理，能够准确把控电池的热失控状态，实时准确。

技术研发人员：张少禹,羡学磊,董海斌
受保护的技术使用者：应急管理部天津消防研究所
技术研发日：20230321
技术公布日：2024/1/15