CN106159364A - 方形锂离子电池内部温度的在线监测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方形锂离子电池内部温度的在线监测方法及装置，属于锂离子电池组技术领域，包括方形锂离子电池，方形锂离子电池顶部设置电池盖，电池盖上设置温度信号端子，温度信号端子的一端通过DQ引出线连接设置在负极极耳处的温度传感器，温度传感器的GND引出线和VDD引出线分别连接方形锂离子电池的负极极柱和正极极柱，温度信号端子的另一端通过数据采集线连接管理系统。本发明结构简单，抗干扰性好，能够实时精确测量电池的内部温度，具有较强的实用性。

Description

方形锂离子电池内部温度的在线监测方法及装置
技术领域
本发明涉及一种方形锂离子电池内部温度的在线监测方法及装置，属于锂离子电池组技术领域。
背景技术
近年来，由于燃油汽车数量的大幅增加，已经导致能源危机日益加剧和环保压力逐渐增大。目前，为了可持续发展，国内外大力发展新能源汽车，因此锂离子电池凭借能量密度大、寿命长、绿色环保等优点广泛应用于电动汽车。但是，锂离子电池性能直接影响电动汽车行驶的稳定性和安全性，且锂离子电池性能受温度影响较大，在温度低时电池容量不能充分发挥，在温度高时电池则存在热失控风险，会导致电池或电池组着火爆炸，所以实时监测电池内部温度变化具有重要意义。
在进行电池温度监测时，由于温度传感器具有一定厚度，插入电池的电芯内部影响正负极片间距，所以直接检测电芯内部温度不易实现。目前，通常在电动汽车都在电池表面设有温度探头，但是电池表面温度与电芯内部温度相差较大，不能及时反映电池内部实际温度，存在安全隐患。还有研究用热电偶插入电芯内部检测电池内部温度，但是此方法不但破坏电芯结构，而且此类方法用于电动汽车电池组时需要复杂的布线，实用性差。还有研究将一装置植入电池内部，温度过高时可以检测到异常信号，但此方法不能实时监测电池内部温度，没有预防功能，也不能避免安全隐患。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种结构简单，抗干扰性好，能够避免安全隐患，实时精确测量电池内部温度的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1)，在电池盖上设置温度信号端子；
步骤2)，在方形锂离子电池的负极极耳处安装温度传感器的温度探头，然后将温度传感器的GND引出线接到负极极柱上，VDD引出线接到正极极柱上，通过方形锂离子电池对温度传感器进行供电，将DQ引出线接到温度信号端子上；
步骤3)，连接完毕后，将电池盖固定在方形锂离子电池上；
步骤4)，将温度信号端子通过数据采集线连接管理系统，通过管理系统对方形锂离子电池的内部温度进行在线监测。
进一步的优选，方形锂离子电池设置多个，多个方形锂离子电池的温度信号端子均通过数据采集线连接管理系统，管理系统根据每个温度传感器所对应的唯一物理地址实现对多个方形锂离子电池的同时在线监测。每个温度传感器都有唯一的物理地址，在锂离子电池组的每只电池中植入一个温度传感器，通过一条总的数据采集线采集温度信号传输至管理系统进行温度的监控，凭借传感器的物理地址可以区分每只电池的温度。
进一步的优选，步骤2)中，温度探头固定在负极极耳处后先通过热熔胶进行包覆，然后采用超声波焊接的方式将温度探头两侧的负极极耳进行焊接。能够保证温度探头与极耳接触良好，提高所采集数据的精确度。
进一步的优选，步骤2)中，GND引出线、VDD引出线和DQ引出线均通过焊接片与负极极柱、正极极柱和温度信号端子连接，GND引出线、VDD引出线、DQ引出线以及与负极极柱、正极极柱和温度信号端子焊接后的焊接片均通过热熔胶进行包覆。其中DQ为温度数据采集线；GND和VDD是电源线，为温度传感器提供工作电源。
一种方形锂离子电池内部温度的在线监测装置，包括方形锂离子电池，方形锂离子电池顶部设置电池盖，电池盖上设置温度信号端子，温度信号端子的一端通过DQ引出线连接设置在负极极耳处的温度传感器，温度传感器的GND引出线和VDD引出线分别连接方形锂离子电池的负极极柱和正极极柱，温度信号端子的另一端通过数据采集线连接管理系统。
方形锂离子电池内部温度的在线监测装置通过温度传感器采集负极极耳处的温度进而对电池内部温度实时监控，结构简单，抗干扰性好，安全隐患小，能够精确的监测电池组内每个电池的温度，使用范围广，通过温度信号端子将电池内部温度传感器的引线与外部数据采集线进行连接，连线方便。
进一步的优选，GND引出线、VDD引出线和DQ引出线的末端均设置10mm长的焊接片且通过焊接片连接负极极柱、正极极柱和温度信号端子。连接方便，且牢固、稳定好。
进一步的优选，温度信号端子通过螺帽和聚四氟垫圈挤压密封固定在电池盖上。能够保证电池的密封性。
进一步的优选，温度传感器的工作电压为2.5V-5V。满足目前采用各种材料体系(如磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂和三元材料)的锂离子电池使用。
进一步的优选，GND引出线、VDD引出线、DQ引出线和焊接片外侧设置热熔胶包覆层。包覆层厚度小于0.5mm，厚度薄且透明，能够防止温度传感器被电解液腐蚀。
进一步的优选，温度信号端子靠近负极极柱处设置。约设置在电池盖的三分之一处，方便线路的连接。
本发明所具有的有益效果是：
1、本发明所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法及装置可以准确检测锂离子电池组中每只电池的内部温度，不影响电池的电芯结构，只是在电池装配过程中将传感器固定于负极极耳的合适位置。
2、本发明所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法及装置采用的电池壳体设计有温度信号端子，无需通过其他方式将信号线引出，不影响电池部件结构和电池的密封性，操作简单、方便，适用于批量生产和成组监测。
3、本发明所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法及装置采用温度传感器采集和传递数字信号，精度高，抗干扰，并且该传感器电压范围宽，可与各种锂离子电池的充放电区间吻合，使用范围广。
4、本发明所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法及装置采用单总线通讯方式，单根信号线就可以检测电池组中每只电池的内部温度，成组使用布线简单；另外传感器的工作电源取自于电池本身，不需要在电池组外另备电源，该温度采集方法只在电池组中增加了一根信号线，结构简单，功能强大。
5、本发明所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法及装置的数据采集总线与管理系统连接后，对所采集到的信号进行处理，可以在线实时检测电池组内每只电池温度，如有异常温度，管理系统会发出警告或者强制断路，预防电池发生热失控，保证电池组的使用安全。
附图说明
图1为本发明的温度传感器在方形锂离子单体电池内部的连接示意图；
图2位本发明的温度传感器在电池组中的应用示意图；
其中，1、方形锂离子电池；2、电池盖；3、正极极柱；4、VDD引出线；5、DQ引出线；6、温度信号端子；7、GND引出线；8、负极极柱；9、负极极耳；10、温度传感器；11、管理系统；12、数据采集线；13、焊接片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1-2所示，本发明所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1)，在电池盖2上设置温度信号端子6；
步骤2)，在方形锂离子电池1的负极极耳9处安装温度传感器10的温度探头，然后将温度传感器10的GND引出线7接到负极极柱8上，VDD引出线4接到正极极柱3上，通过方形锂离子电池1对温度传感器10进行供电，将DQ引出线5接到温度信号端子6上；所述的温度探头固定在负极极耳9处后先通过热熔胶进行包覆，然后采用超声波焊接的方式将温度探头两侧的负极极耳9进行焊接；所述的GND引出线7、VDD引出线4和DQ引出线5均通过焊接片13与负极极柱8、正极极柱3和温度信号端子6连接，GND引出线7、VDD引出线4、DQ引出线5以及与负极极柱8、正极极柱3和温度信号端子6焊接后的焊接片13均通过热熔胶进行包覆。
步骤3)，连接完毕后，将电池盖2固定在方形锂离子电池1上；
步骤4)，将温度信号端子6通过数据采集线12连接管理系统11，通过管理系统11对方形锂离子电池1的内部温度进行在线监测。
所述的方形锂离子电池1设置多个，多个方形锂离子电池1的温度信号端子6均通过数据采集线12连接管理系统11，管理系统11根据每个温度传感器所对应的唯一物理地址实现对多个方形锂离子电池1的同时在线监测。
如图1-2所示，本发明所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测装置，包括方形锂离子电池1，方形锂离子电池1顶部设置电池盖2，电池盖2上设置温度信号端子6，温度信号端子6的一端通过DQ引出线5连接设置在负极极耳9处的温度传感器10，温度传感器10的GND引出线7和VDD引出线4分别连接方形锂离子电池1的负极极柱8和正极极柱3，温度信号端子6的另一端通过数据采集线12连接管理系统11。
其中，所述的GND引出线7、VDD引出线4和DQ引出线5的末端均设置10mm长的焊接片13且通过焊接片13连接负极极柱8、正极极柱3和温度信号端子6，GND引出线7、VDD引出线4、DQ引出线5和焊接片13外侧设置热熔胶包覆层。温度信号端子6通过螺帽和聚四氟垫圈挤压密封固定在电池盖2上，温度信号端子6靠近负极极柱8处设置。温度传感器10的工作电压为2.5V-5V。
实施例：
将该方法用于一组48V/50Ah锂离子电池组的在线监测，该电池组由15只单体容量为50Ah的方形锂离子电池1串联而成。在电池装配过程中，将温度传感器10固定于极群的负极极耳9中间，然后对温度传感器10用熔点高、导热性好、耐锂离子电解液腐蚀的电熔胶进行整体包覆，确保包覆完整，并且包覆层厚度＜0.5mm，温度传感器10的边缘采用超声波点焊固定，并根据温度传感器10与负极极柱8、正极极柱3和温度信号端子6的距离，确定各引线的长度，首先将温度信号端子6的下端与温度传感器10的DQ引出线5用电阻焊的方式进行连接，然后将正、负极耳分别与正、负极柱进行铆焊接，最后将温度传感器10的VDD引出线4与电池的正极极柱3进行焊接，温度传感器10的GND引出线7和电池的负极极柱8焊接在一起，用万用表检测焊接质量，二次确认后，进行电池盖2焊接。在电池组的连接过程中，首先将每只单体的温度信号端子6引出连接线，然后进行电路连接，电路连接完成后，再将每只电池的DQ引出线5分别与整组电池的数据采集线12连接，最后将数据采集线12与管理系统11连接。温度传感器虽然与电池的正、负极柱相连，但它耗电非常小，待机功耗只有0.75mA，工作耗电也只有1.5mA，它的工作状态是由管理系统11的指令决定的，程序中可设定其工作时间和工作频率，对电池本身的容量及其他性能的发挥没有影响。
在电池组使用过程中可实时监测电池内部温度信息，在显示屏上滚动显示，并将信息进行存储，本发明不仅可以帮助研究人员掌握整组电池在整个寿命周期内不同阶段的详细温度状态，研究人员可通过所掌握的温度状态研判电池组的性能和结构，并且对电池组组合结构的分析研究和优化有很好的借鉴和参考价值，结构简单，抗干扰性好，能够避免安全隐患，实时精确测量电池内部温度。
本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种方形锂离子电池内部温度的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)，在电池盖(2)上设置温度信号端子(6)；
步骤2)，在方形锂离子电池(1)的负极极耳(9)处安装温度传感器(10)的温度探头，然后将温度传感器(10)的GND引出线(7)接到负极极柱(8)上，VDD引出线(4)接到正极极柱(3)上，通过方形锂离子电池(1)对温度传感器(10)进行供电，将DQ引出线(5)接到温度信号端子(6)上；
步骤3)，连接完毕后，将电池盖(2)固定在方形锂离子电池(1)上；
步骤4)，将温度信号端子(6)通过数据采集线(12)连接管理系统(11)，通过管理系统(11)对方形锂离子电池(1)的内部温度进行在线监测。
2.根据权利要求1所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法，其特征在于，所述的方形锂离子电池(1)设置多个，多个方形锂离子电池(1)的温度信号端子(6)均通过数据采集线(12)连接管理系统(11)，管理系统(11)根据每个温度传感器所对应的唯一物理地址实现对多个方形锂离子电池(1)的同时在线监测。
3.根据权利要求1所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法，其特征在于，所述的步骤2)中，温度探头固定在负极极耳(9)处后先通过热熔胶进行包覆，然后采用超声波焊接的方式将温度探头两侧的负极极耳(9)进行焊接。
4.根据权利要求1所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测方法，其特征在于，所述的步骤2)中，GND引出线(7)、VDD引出线(4)和DQ引出线(5)均通过焊接片(13)与负极极柱(8)、正极极柱(3)和温度信号端子(6)连接，GND引出线(7)、VDD引出线(4)、DQ引出线(5)以及与负极极柱(8)、正极极柱(3)和温度信号端子(6)焊接后的焊接片(13)均通过热熔胶进行包覆。
5.一种方形锂离子电池内部温度的在线监测装置，包括方形锂离子电池(1)，方形锂离子电池(1)顶部设置电池盖(2)，其特征在于，电池盖(2)上设置温度信号端子(6)，温度信号端子(6)的一端通过DQ引出线(5)连接设置在负极极耳(9)处的温度传感器(10)，温度传感器(10)的GND引出线(7)和VDD引出线(4)分别连接方形锂离子电池(1)的负极极柱(8)和正极极柱(3)，温度信号端子(6)的另一端通过数据采集线(12)连接管理系统(11)。
6.根据权利要求5所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测装置，其特征在于，所述的GND引出线(7)、VDD引出线(4)和DQ引出线(5)的末端均设置10mm长的焊接片(13)且通过焊接片(13)连接负极极柱(8)、正极极柱(3)和温度信号端子(6)。
7.根据权利要求5所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测装置，其特征在于，所述的温度信号端子(6)通过螺帽和聚四氟垫圈挤压密封固定在电池盖(2)上。
8.根据权利要求5所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测装置，其特征在于，所述的温度传感器(10)的工作电压为2.5V-5V。
9.根据权利要求6所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测装置，其特征在于，所述的GND引出线(7)、VDD引出线(4)、DQ引出线(5)和焊接片(13)外侧设置热熔胶包覆层。
10.根据权利要求5所述的方形锂离子电池内部温度的在线监测装置，其特征在于，所述的温度信号端子(6)靠近负极极柱(8)处设置。
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