CN108511830A - 一种锂电池 - Google Patents
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Abstract
一种锂电池,包括电芯和外壳,电芯设置在外壳内,电芯包括正极片、负极片及隔膜,其特征在于所述正极片或/和负极片与隔膜之间设置有光纤光栅温度传感器。光纤光栅易受到外界折射率的影响,灵敏度较高且其尺寸微小,广泛应用于温度检测尤其在微小空间里的应用更具优势。进一步地,将光纤光栅温度传感器设置在极片与隔膜之间,可以在第一时间监测电池内部的温度变化;光纤光栅温度传感器当电池温度过高或处于低温状态时,能及时快速地对电池做出相应的调控。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种锂电池,特别涉及一种内置光纤光栅温度传感器的锂电池。
(二)背景技术
锂电池具有电压高、比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点,不仅在便携式电子设备上(如移动电话、数码摄像机和手提电脑)得到广泛应用,而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面,因此对锂离子电池的性能要求越来越高。锂电池的内部结构是由正负电极片和隔膜组成,电池在使用过程中会产生大量的热量,影响其电池的循环寿命和安全,尤其是对大容量电池的影响较大,实时监测锂电池内部温度变化情况能最直接有效判断电池健康状况。在现有技术中都是通过在电芯的极耳处或者极耳与电芯之间、电芯和外壳之间设置温度传感器来监测电池温度的变化情况,然而这与电芯的发热源的温度变化真实情况会存在一些滞后。
因此,研究一种新型内置温度传感器的锂电池已为急需。
(三)发明内容
本发明针对上述现有技术的不足而提供一种能实现电池内部锂离子温度监测的锂电池。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案为:一种锂电池,包括电芯和外壳,电芯设置在外壳内,电芯包括正极片、负极片及隔膜,其特征在于所述正极片或负极片与隔膜之间设置有光纤光栅温度传感器。光纤光栅易受到外界折射率的影响,灵敏度较高且其尺寸微小,耐腐蚀、抗电磁辐射、抗干扰能力强等特点使其广泛应用于温度检测,尤其在微小空间里的应用更具优势。进一步地,将光纤光栅温度传感器设置在极片与隔膜之间,可以在第一时间监测电池内部的温度变化;当电池温度过高或处于低温状态时,通过光纤光栅温度传感器的监测能及时快速地对电池做出相应的调控。
此外,本发明还具有如下优点及有益效果:
1.能实时监测电芯内部的温度,及时反映电池的工作温度情况,提升电池使用的安全性并及时作出电池热失控事件的应对措施。
2.实现了对锂电池组的安全管理,增长了电池寿命。提供了安全管理策略和均衡管理,使电池保持较好的一致性,可有效提高电池的寿命。
本发明的特征在于所述光纤光栅温度传感器设置在正极片与隔膜之间。这样,传感器用于监测在正极片和隔膜之间温度情况,检测正极材料附近的温度变化情况。
本发明的特征还在于所述光纤光栅温度传感器设置在负极片与隔膜之间。这样,传感器用于监测在负极片和隔膜之间温度情况,检测负极材料附近的温度变化情况。
本发明的特征还在于所述光纤光栅温度传感器包括纤芯、包层、涂覆层及纤芯上的光栅。这样,温度引起光纤光栅耦合波长移动,实现对温度物理量的直接测量。
本发明的特征还在于所述光纤光栅温度传感器为裸光纤光栅。为了降低光纤光栅的尺寸可以选择去掉光纤光栅外层的涂覆层形成裸光纤光栅,裸光纤光栅是由纤芯和包层组成的。裸光纤光栅的尺寸小,有利于光纤光栅温度传感器的布设,从而占用最小的空间。
本发明的特征还在于正极片或负极片与隔膜之间设置有加热组件,加热组件包括加热片、单面涂布电极材料的正极片和负极片,正极片和负极片未涂布涂层的一面分别贴合于加热片的两面。加热组件的正极片对应电芯内负极片,加热组件的负极片对应电芯内的正极片,极片与极片之间通过隔膜绝缘隔开。这样,在电池温度过低时,加热组件能及时加热。加热组件具有结构简单,设计合理,生产工艺简单,发热均匀、热量转换快、加热效率高等优点。
本发明的特征还在于加热组件的连接引线的末端设置有接头。这样,方便与电池内各部件连接。
本发明的特征还在于光纤光栅温度传感器设置在加热组件上。这样,元件的集成可以充分利用加热组件的空间,降低在电芯中的占用空间,同时提高组件的工作效率,当光纤光栅温度传感器检测到的温度过低时,启动加热组件为电芯加热。
本发明的特征还在于光纤光栅温度传感器的末端设置有接头。这样,方便与电池内各部件连接。
本发明的特征还在于所述外壳的封口部位设置有封闭式的双向接口,内置端接口用于连接光纤光栅温度传感器的接头或加热组件的接头,外置端接口用于与检测分析设备连接。
本发明的特征还在于光纤光栅温度传感器固定在正极片或负极片上。这样,防止光纤光栅温度传感器发生位移,能有效的控制所需测量点的温度。
本发明的特征还在于所述光纤光栅温度传感器布设贯通正极片或负极片的两端。这样,可以检测到整个极片的温度。
本发明的特征还在于所述光纤光栅温度传感器设置在正极片或负极片中心区域。极片中心区域一般是电池最易发热的部位,因此,将光纤光栅温度传感器设置在极片中心区域,可以将电池的温度变化,传递给控制中心,当温度达到警戒温度时,通过系统对电池采用相应的控制。
本发明的特征还在于所述光纤光栅温度传感器上至少有一个光栅传感区。分布式光纤光栅可以同时测量电池内部多个位置的温度情况。
本发明的特征还在于正极片涂布层的材料为磷酸铁锂、钴酸锂或三元材料。
本发明的特征还在于负极片涂布层的材料为石墨材料。
本发明的特征还在于光纤光栅温度传感器的直径为9~280μm,便于设置在电芯内部同时又把对电化学的影响降到最低,尺寸越小越容易设置。
(四)附图说明
图1是本发明实施例1的示意图。
图2是本发明光纤光栅温度传感器6的示意图。
图3是光纤光栅温度传感器6在锂电池中的位置示意图。
图4是本发明实施例2的示意图。
图5是图4的俯视图。
图6至图15是本发明中光纤光栅温度传感器6的结构示意图。
图16是本发明实施例3的示意图。
图17是本发明中加热组件12示意图。
图18是本发明实施例4的示意图。
图19是图18中光纤光栅温度传感器6设置在加热片13上,将两者的接头集成在一起的示意图。
图20是本发明实施例5的示意图。
图中,1、电芯,2、外壳,3、正极片,4、负极片,5、隔膜,6、光纤光栅温度传感器,7、裸光纤光栅,8、纤芯,9、包层,10、涂覆层,11、光栅,12、加热组件,13、加热片,14、加热组件连接引线,15、加热组件接头,16、传感器接头,17、双向接口,18、内置端接口,19、外置端接口,20、集成接头。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,一种锂电池,包括电芯1和外壳2,电芯1设置在外壳2内,电芯1包括正极片3、负极片4及隔膜5,隔膜5以Z字型卷绕方式将正极片3和负极片4绝缘隔开,正负极片上设置有极耳,外壳2包括壳顶和壳体,壳顶部设置有极柱和接口孔。图1所述正极片3与隔膜5之间设置有光纤光栅温度传感器6。图2为光纤光栅温度传感器6结构图,图3为光纤光栅温度传感器6在锂电池中的位置,其中一端为输出端,延伸至电池外。
本发明的特征还在于所述光纤光栅温度传感器6设置在负极片4与隔膜5之间。如图4、5所示,电芯1包括正极片3、负极片4及隔膜5,隔膜5以Z字型卷绕方式将正极片3和负极片4绝缘隔开,正负极片上设置有极耳,所述光纤光栅温度传感器6设置在负极片4与隔膜5之间,其中一端为输出端,延伸至电池外。
本发明的特征还在于光纤光栅温度传感器6置于正极片3或负极片4与隔膜5之间部分为裸光纤光栅7。如图6至图15所示,所述光纤光栅温度传感器6包括纤芯8、包层9、涂覆层10及纤芯上的光栅11,裸光纤光栅7是由去掉了涂覆层10的纤芯8和包层9组成的。光纤光栅温度传感器6置于正极片3或负极片4与隔膜5之间部分为裸光纤光栅7。图8所示为完整的光纤光栅温度传感器6,置于正极片3或负极片4与隔膜5之间部分为含有涂覆层10的光纤光栅。图9所示光纤光栅传感器6包含多个光栅11传感区,包括纤芯8、包层9、涂覆层10,设置在正极片3或负极片4与隔膜5之间部分为裸光纤光栅7。图10所示光纤光栅传感器6包含多个光栅11传感区,包括纤芯8、包层9、涂覆层10,设置在正极片3或负极片4与隔膜5之间部分为包含有涂覆层的光纤光栅7。图11至图15所示,所述光纤光栅温度传感器6包括纤芯8、包层9、涂覆层10及纤芯上的光栅11,在光纤光栅传感器的传输端设置有接头16。
本发明的特征还在于正极片3或负极片4与隔膜5之间设置有加热组件12,光纤光栅传感器6设置在加热组件12上。加热组件12包括加热片13、单面涂布电极材料的正极片3、负极片4,正极片3未涂布涂层的一面贴合于加热片13的一面,负极片4未涂布涂层的一面贴合于加热片13的另一面。如图16所示电芯,包括正极片3、负极片4及隔膜5,隔膜5以Z字型卷绕方式将正极片3和负极片4绝缘隔开,负极片4与隔膜5之间设置有加热组件12,光纤光栅传感器6设置在加热组件12上。如图17所示电芯,包括正极片3、负极片4及隔膜5,加热组件12包括加热片13、单面涂布电极材料的正极片3和负极片4,正极片3和负极片4未涂布涂层的一面分别贴合于加热片13的两面。隔膜5以Z字型卷绕方式将正极片3和负极片4绝缘隔开,加热组件12以相同的方式堆叠在正负极片之间,加热组件的正极片对应电芯内负极片,加热组件的负极片对应电芯内的正极片,极片与极片之间通过隔膜隔开。加热组件12设置有连接引线14和接头15。图18所示电芯包括正极片3、负极片4及隔膜5,加热组件12,光纤光栅传感器6,隔膜5以Z字型卷绕方式将正极片3和负极片4绝缘隔开,加热组件12包括加热片13、单面涂布电极材料的正极片3和负极片4,正极片3和负极片4未涂布涂层的一面分别贴合于加热片13的两面。加热组件12以相同的方式堆叠在正负极片之间,加热组件的正极片对应电芯内负极片,加热组件的负极片对应电芯内的正极片,极片与极片之间通过隔膜隔开。加热组件12的连接引线14末端设置有接头15。本发明的特征还在于光纤光栅温度传感器6设置在加热组件12的加热片13上。如图18,19所示,光纤光栅温度传感器6设置在加热组件12上,传感器一端设置有接头16延伸至电池外。如图19所示,光纤光栅温度传感器6设置在加热片13上,光纤光栅温度传感器6和加热组件12连接引线14一端的接头集成在一起形成接头20。
本发明的特征还在于所述外壳2包括壳顶和壳体,壳顶的封口部位设置有封闭式的双向接口17,内置端接口18用于连接光纤光栅温度传感器6的接头16或加热组件12的接头15,外置端接口19用于与检测分析设备连接。如图20所示,外壳2的封口部位设置有封闭式的双向接口17,内置端接口18用于连接光纤光栅温度传感器6的接头16和加热组件12的接头15,外置端接口19用于与检测分析设备连接。
本发明的特征还在于光纤光栅温度传感器6直接放置在正极片3或负极片4与隔膜5之间。
本发明的特征还在于光纤光栅温度传感器6固定在正极片3或负极片4上。
本发明的特征还在于所述光纤光栅温度传感器6贯通正极片3或负极片4的两端。
本发明的特征还在于所述光纤光栅温度传感器6设置在正极片3或负极片4中心区域。
本发明的特征还在于所述光纤光栅温度传感器6上至少有一个光栅传感区。
本发明的特征还在于光栅传感区分布在正极片3或/和负极片4的中心区域和/或靠近极耳端区域。
本发明的特征还在于正极片涂布层的材料为磷酸铁锂、钴酸锂或三元材料。
本发明的特征还在于负极片涂布层的材料为石墨材料。
本发明的特征还在于光纤光栅温度传感器6的直径为9~280μm。
Claims (10)
1.一种锂电池,包括电芯(1)和外壳(2),电芯(1)设置在外壳(2)内,电芯(1)包括正极片(3)、负极片(4)及隔膜(5),其特征在于所述正极片(3)或/和负极片(4)与隔膜(5)之间设置有光纤光栅温度传感器(6)。
2.根据权利要求1所述的锂电池,其特征在于所述光纤光栅温度传感器(6)包括纤芯(8)、包层(9)、涂覆层(10)及纤芯上的光栅(11)。
3.根据权利要求2所述的锂电池,其特征在于光纤光栅温度传感器(6)置于正极片(3)或/和负极片(4)与隔膜(5)之间部分为裸光纤光栅(7)。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池,其特征在于正极片(3)与隔膜(5)之间设置有加热组件(12),加热组件(12)包括加热片(13)、单面涂布电极材料的正极片(3)和负极片(4),正极片(3)和负极片(4)未涂布涂层的一面分别贴合于加热片(13)的两面。
5.根据权利要求4所述的锂电池,其特征在于加热组件(12)的连接引线(14)末端设置有接头(15);其特征还在于光纤光栅温度传感器(6)设置在加热组件(12)上;其特征还在于光纤光栅温度传感器(6)的末端设置有接头(16);其特征还在于加热组件(12)的接头(15)与光纤光栅温度传感器(6)的接头(16)集成在一个接头(20)处。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池,其特征在于所述外壳(2)的封口部位设置有封闭式的双向接口(17),内置端接口(18)用于连接光纤光栅温度传感器(6)的接头(16)或/和加热组件(12)的接头(15),外置端接口(19)用于与检测分析设备连接。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池,其特征在于光纤光栅温度传感器(6)直接放置在正极片(3)或/和负极片(4)与隔膜(5)之间;其特征还在于光纤光栅温度传感器(6)固定在正极片(3)或/和负极片(4)上;其特征还在于所述光纤光栅温度传感器(6)贯通正极片(3)或/和负极片(4)的两端;其特征还在于所述光纤光栅温度传感器(6)设置在正极片(3)或/和负极片(4)中心区域。
8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池,其特征在于所述光纤光栅温度传感器(6)上至少有一个光栅传感区;其特征还在于光栅传感区(21)分布在正极片(3)或/和负极片(4)的中心区域和/或靠近极耳端区域。
9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池,其特征在于正极片(3)涂布层的材料为磷酸铁锂、钴酸锂或三元材料;其特征还在于负极片(4)涂布层的材料为石墨材料。
10.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的锂电池,其特征在于光纤光栅温度传感器(6)的直径为9~280μm。
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