CN108565516A - 一种锂离子电池内部压力监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：包括监控组件和固定组件；所述监控组件包括依次设于电池负极的密封圈和传感器；所述密封圈的截面为“工”字型，一端套设电池负极，另一端套设传感器压感面一侧后，密封圈上形成压力过渡仓。本发明提供了一种锂离子电池内部压力监控装置，不仅可实时监控各种状况下电池的内部压力、可反复使用，而且不受锂电池结构约束、测量精度高。
Description
技术领域
本发明属于电池性能及电池安全技术领域，具体涉及一种锂离子电池内部压力监控装置。
背景技术
随着锂离子电池在新能源汽车上的广泛应用，其安全性能越来越受到人们的关注。由于电池容量的不断提升，电池内部剩余空间变得越来越小，电池在高温环境中存储、过充电、过放电过以及各种滥用过程中会产生气体，气体的积聚使电池内部压力升高，导致电池短路甚至爆炸。电池内压成因复杂，目前来说主要受电池组成材料、制造工艺以及电池结构等因素限制，因此，精确测量电池内部压力为电池的设计提供关键数据显得非常有必要。
现有技术中，对电池内部压力测量的方法有很多种，一种是通过电池外壳的形变来计算电池内部的压力，该方法虽然可操作性强，但是对于几乎不变形的圆柱钢壳电池来说可靠性很低；另一种是在电池内部预置压感纸，然后解剖电池，将压力感应纸与标准比色卡对比从而得到电池内部压力状况，此方法时效性差，电池内卷芯的膨胀对测试结果影响较大，因此数据可靠性较差；还有一种就是改变电池结构外接传感器，此方法增大了电池的剩余体积，不能反应原空间状态下的压力情况，因此上述几种方法均不能满足电池内部压力的高精度监控。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种锂离子电池内部压力监控装置，不仅可实时监控各种状况下电池的内部压力、可反复使用，而且不受锂电池结构约束、测量精度高。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本发明中的锂离子电池内部压力监控装置，包括监控组件和固定组件；所述监控组件包括依次设于电池负极的密封圈和传感器；所述密封圈的截面为“工”字型，一端套设电池负极，另一端套设传感器压感面一侧后，密封圈上形成压力过渡仓。
所述密封圈用于将电池和传感器装配为一体，密封圈与电池装配后，密封圈上形成压力过渡仓，用于感应电池内部的压力而发生形变传递至传感器压感面上，使测量的数据更精准；所述传感器通过密封圈的形变测量电池内部的压力参数。
进一步地，所述密封圈与电池负极和传感器压感面接触位置的厚度为0.25-0.5mm，既能避免接触位置过厚，电池内部的压力无法使密封圈发生形变，导致压力测量不精确，又能避免接触位置过薄，电池内部的压力导致密封圈破裂和损坏。
进一步地，所述密封圈的材质为包括绝缘橡胶、绝缘硅胶的绝缘弹性材料，绝缘橡胶和绝缘硅胶不仅具有良好的弹性和绝缘性能，而且具有良好的耐热性能。
进一步地，所述监控组件与电池组装后，外部包裹密封胶带，用于提高电池和监控组件的安全性能，所述密封胶带为特氟龙胶带或聚酰亚胺胶带，不仅具有轻薄，而且具有良好的绝缘性、耐腐蚀性和耐高温性能。
进一步地，所述固定组件设于电池和监控组件外部，包括装置外壳、螺帽和压紧环；所述装置外壳为两端开口、设有螺纹的空腔结构，靠近电池正极一端与所述螺帽相连接，靠近电池负极一端与所述压紧环相连接，且所述装置外壳壳体上、所述螺帽中部以及所述压紧环中部均开设有绝缘导线通道，用于设置绝缘导线，便于电池和传感器与外部设备的连接。所述装置外壳用于固定和装配电池，所述螺帽和压紧环用于将电池和监控组件固定于装置外壳内，并通过调节螺帽和压紧环的松紧度来保证电池和传感器之间的密封性。为保证所述螺帽和压紧环与装置外壳连接的密封性和稳定性，所述螺帽与装置外壳优先采用外螺纹相连接，所述压紧环与装置外壳优先采用内螺纹相连接；所述螺帽和所述压紧环与装置外壳锁紧后螺丝承受的压力大于60MPa，以保证装置整体的安全性；优选为铝合金或不锈钢材质，不仅具有良好的防爆性能和高温耐腐蚀性能，而且具有良好的传热性。
进一步地，所述固定组件设于电池和监控组件外部，包括装置外壳和螺帽；所述装置外壳为靠近电池正极一端开口、设有螺纹与所述螺帽相连接，靠近电池负极一端封闭的空腔结构；且所述螺帽中部、所述装置外壳壳体上及靠近电池负极一端的壳体中部均开设有绝缘导线通道，用于设置绝缘导线，便于电池和传感器与外部设备的连接。所述装置外壳用于固定和装配电池，所述螺帽用于将电池和监控组件固定于装置外壳内，并通过调节螺帽的松紧度来保证电池和传感器之间的密封性。为保证所述螺帽与装置外壳连接的密封性和稳定性，所述螺帽与装置外壳优先采用外螺纹相连接；所述螺帽与装置外壳锁紧后螺丝承受的压力大于60MPa，以保证装置整体的安全性；优选为铝合金或不锈钢材质，不仅具有良好的防爆性能和高温耐腐蚀性能，而且具有良好的传热性。
进一步地，所述固定组件设于电池和监控组件外部，包括装置外壳和压紧环；所述装置外壳为靠近电池负极一端开口、设有螺纹与所述压紧环相连接，靠近电池正极一端封闭的空腔结构；且所述压紧环中部、所述装置外壳壳体上及靠近电池正极一端的壳体中部均开设有绝缘导线通道，用于设置绝缘导线，便于电池和传感器与外部设备的连接。所述装置外壳用于固定和装配电池，所述压紧环用于将电池和监控组件固定于装置外壳内，并通过调节压紧环的松紧度来保证电池和传感器之间的密封性。为保证所述压紧环与装置外壳连接的密封性和稳定性，所述压紧环与装置外壳优先采用内螺纹相连接；所述压紧环与装置外壳锁紧后螺丝承受的压力大于60MPa，以保证装置整体的安全性；优选为铝合金或不锈钢材质，不仅具有良好的防爆性能和高温耐腐蚀性能，而且具有良好的传热性。
进一步地，所述螺帽或装置外壳与电池正极之间设有套设于电池正极上的绝缘垫圈，用于电池与螺帽或装置外壳的绝缘，提高电池的安全性能；所述绝缘垫圈为绝缘橡胶或绝缘硅胶材质，不仅具有良好的弹性和绝缘性能，而且具有良好的耐热性能。
进一步地，还包括将电池和传感器分别连接外部充放电设备和电子计算机的绝缘导线。所述电池的绝缘导线与外部的充放电设备相连，用于对电池进行充放电；所述传感器的绝缘导线与外部的电子计算机相连，用于采集传感器上的压力数据并同时给传感器供电。
进一步地，所述传感器为耐腐蚀型压力传感器，防止电池的漏液腐蚀传感器；且压力测试范围上限高于60MPa，保证电池内部压力在传感器的测试范围内，避免电池内部压力过大，传感器无法精确的测量。
一种锂离子电池内部压力监控系统，其特征在于：包括电池和所述锂离子电池内部压力监控装置，所述电池的电池外壳负极设有通孔，所述通孔便于更真实、精确的测试电池内部的压力。
进一步地，所述压力过渡仓的位置与所述通孔对应，大小与所述通孔一致，为电池外壳负极面积的1/3-2/3；所述压力过渡仓由电池负极与密封圈装配后形成，故与所述通孔位置对应，大小一致；通孔的大小为电池外壳负极面积的1/3-2/3，既能使电池内部的压力更真实、精确的被测量，又能防止通孔过大导致电池发生漏液现象。
本发明的锂离子电池内部压力监控装置具有以下优点：
1、可实时监控各种状况下电池的内部压力，可反复使用。
2、不受锂电池结构约束，可以是圆柱、方形或软包电池，但不局限于这些结构，该装置均可实施。
3、测量精度高，与实际情况下电池内部压力非常接近，为电池厂家在安全设计提供关键数据测试方案，有利于电池的安全设计和研究。
附图说明
图1为本发明中锂离子电池内部压力监控装置（螺帽-装置外壳-压紧环结构）的装配整体结构示意图；
图2为本发明中锂离子电池内部压力监控装置（螺帽-装置外壳结构）的装配整体结构示意图；
图3本发明中锂离子电池内部压力监控装置（装置外壳-压紧环结构）的装配整体结构示意图。
附图标记说明如下：
1、电池；101、通孔；2、密封圈；201、压力过渡仓；3传感器；4、装置外壳；；5、螺帽；6、压紧环；7、绝缘垫圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
本发明的实施例中的锂离子电池内部压力监控装置如附图1、2、3所示，包括监控组件和固定组件，监控组件包括依次设于电池负极的密封圈2和传感器3；密封圈的截面为“工”字型，一端套设电池负极，另一端套设传感器压感面一侧后，密封圈上形成压力过渡仓201。
密封圈用于将电池和传感器装配为一体，密封圈与电池装配后，密封圈上形成压力过渡仓，用于感应电池内部的压力而发生形变传递至传感器压感面上，使测量的数据更精准；传感器通过密封圈的形变测量电池内部的压力参数。传感器3为耐腐蚀型压力传感器，防止电池的漏液腐蚀传感器；且压力测试范围上限高于60MPa，保证电池内部压力在传感器的测试范围内，避免电池内部压力过大，传感器无法精确的测量。
密封圈与电池负极和传感器压感面接触位置的厚度为0.25-0.5mm，既能避免接触位置过厚，电池内部的压力无法使密封圈发生形变，导致压力测量不精确，又能避免接触位置过薄，电池内部的压力导致密封圈破裂和损坏。密封圈的材质为包括绝缘橡胶、绝缘硅胶的绝缘弹性材料，绝缘橡胶和绝缘硅胶不仅具有良好的弹性和绝缘性能，而且具有良好的耐热性能。监控组件与电池组装后，外部包裹密封胶带（图中未标示），用于提高电池和监控组件的安全性能，密封胶带为特氟龙胶带或聚酰亚胺胶带，不仅具有轻薄，而且具有良好的绝缘性、耐腐蚀性和耐高温性能。
固定组件设于电池和监控组件外部，用于电池的固定和装配，可为螺帽-装置外壳-压紧环结构、螺帽-装置外壳结构或装置外壳-压紧环结构，螺帽5或装置外壳4与电池正极之间设有套设于电池正极上的绝缘垫圈7，用于电池与螺帽或装置外壳的绝缘，提高电池的安全性能；绝缘垫圈为绝缘橡胶或绝缘硅胶材质，不仅具有良好的弹性和绝缘性能，而且具有良好的耐热性能。锂离子电池内部压力监控装置还包括将电池和传感器分别连接外部充放电设备和电子计算机的绝缘导线（图中未标示），电池的绝缘导线与外部的充放电设备相连，用于对电池进行充放电；传感器的绝缘导线与外部的电子计算机相连，用于采集传感器上的压力数据并同时给传感器供电。
一种锂离子电池内部压力监控系统，包括电池和上述的锂离子电池内部压力监控装置，电池1的电池外壳负极设有通孔101，便于更真实、精确的测试电池内部的压力。压力过渡仓201的位置与通孔对应，大小与通孔一致，为电池外壳负极面积的1/3-2/3；压力过渡仓由电池负极与密封圈装配后形成，故与通孔位置对应，大小一致；通孔的大小为电池外壳负极面积的1/3-2/3，既能使电池内部的压力更真实、精确的被测量，又能防止通孔过大导致电池发生漏液现象。
本发明的实施例中的锂离子电池内部压力监控装置的具体实施例如下：
实施例1：
如附图1所示，固定组件设于电池和监控组件外部，包括装置外壳4、螺帽5和压紧环6；装置外壳为两端开口、设有螺纹的空腔结构，靠近电池正极一端与螺帽相连接，靠近电池负极一端与压紧环相连接，且装置外壳壳体上、螺帽中部以及压紧环中部均开设有绝缘导线通道，用于设置绝缘导线，便于电池和传感器与外部设备的连接。装置外壳用于固定和装配电池，螺帽和压紧环用于将电池和监控组件固定于装置外壳内，并通过调节螺帽和压紧环的松紧度来保证电池和传感器之间的密封性。为保证螺帽和压紧环与装置外壳连接的密封性和稳定性，螺帽与装置外壳优先采用外螺纹相连接，压紧环与装置外壳优先采用内螺纹相连接；螺帽和压紧环与装置外壳锁紧后螺丝承受的压力大于60MPa，以保证装置整体的安全性；优选为铝合金或不锈钢材质，不仅具有良好的防爆性能和高温耐腐蚀性能，而且具有良好的传热性。
实施例2：
如附图2所示，固定组件设于电池和监控组件外部，包括装置外壳4和螺帽5；装置外壳为靠近电池正极一端开口、设有螺纹与螺帽相连接，靠近电池负极一端封闭的空腔结构；且螺帽中部、装置外壳壳体上及靠近电池负极一端的壳体中部均开设有绝缘导线通道，用于设置绝缘导线，便于电池和传感器与外部设备的连接。装置外壳用于固定和装配电池，螺帽用于将电池和监控组件固定于装置外壳内，并通过调节螺帽的松紧度来保证电池和传感器之间的密封性。为保证所述螺帽与装置外壳连接的密封性和稳定性，所述螺帽与装置外壳优先采用外螺纹相连接；所述螺帽与装置外壳锁紧后螺丝承受的压力大于60MPa，以保证装置整体的安全性；优选为铝合金或不锈钢材质，不仅具有良好的防爆性能和高温耐腐蚀性能，而且具有良好的传热性。
实施例3：
如附图3所示，固定组件设于电池和监控组件外部，包括装置外壳4和压紧环6；装置外壳为靠近电池负极一端开口、设有螺纹与压紧环相连接，靠近电池正极一端封闭的空腔结构；且压紧环中部、装置外壳壳体上及靠近电池正极一端的壳体中部均开设有绝缘导线通道，用于设置绝缘导线，便于电池和传感器与外部设备的连接。装置外壳用于固定和装配电池，压紧环用于将电池和监控组件固定于装置外壳内，并通过调节压紧环的松紧度来保证电池和传感器之间的密封性。为保证压紧环与装置外壳连接的密封性和稳定性，压紧环与装置外壳优先采用内螺纹相连接；压紧环与装置外壳锁紧后螺丝承受的压力大于60MPa，以保证装置整体的安全性；优选为铝合金或不锈钢材质，不仅具有良好的防爆性能和高温耐腐蚀性能，而且具有良好的传热性。
将压力监控装置置于包括化成、高温存储的不同状态中或使用充放电设备对测试电池进行充放电，通过与传感器相连的电子计算机即可实时监控、分析测试电池内的压力参数。测试电池规格尺寸与商用成品电池一致，且测试电池的装配工艺以及压力监控装置封装涉及的温湿度满足同型号电池产线工艺文件要求。
本发明的实施例中的锂离子电池内部压力监控装置，通过在电池外壳负极开设通孔使电池内部的压力能更真实、精确的被监控，电池负极与密封圈装配，在密封圈上形成与通孔位置对应、大小一致的压力过渡仓，密封圈感应电池内部的压力发生形变，形成形变压力，并通过压力过渡仓传递至装配在密封圈另一端的传感器压感面上，使测量的数据更精准。
电池及监控组件外部设有固定组件，用于固定电池及监控组件，固定组件的装置外壳可为两端开口或一端开口、一端封闭的空腔结构，当装置外壳为两端开口的空腔结构时，可采用调节螺帽和压紧环的松紧度来保证电池和传感器之间的密封性；当装置外壳为一端开口、一端封闭的空腔结构时，可采用调节螺帽或压紧环与装置外壳的松紧度来保证电池和传感器之间的密封性。固定组件上均开设有绝缘导线通道，电池和传感器上的绝缘导线可通过绝缘导线通道与外部的充放电设备和电子计算机相连，充放电设备用于给电池进行充放电，电子计算机用于采集传感器上的压力数据并同时给传感器供电。
为提升测试装置整体的安全性，电池和监控组件外部包裹绝缘、耐腐蚀的密封胶带，电池正极与螺帽之间设有套设与电池正极的绝缘垫圈，且采用防爆性能和高温耐腐蚀性能良好的铝合金或不锈钢材质作为装置外壳、螺帽和压紧环，传感器亦选用耐腐蚀型压力传感器。
从上述实施例的方案可以看出，本发明提供了一种锂离子电池内部压力监控装置，不仅可实时监控各种状况下电池的内部压力、可反复使用，而且不受锂电池结构约束、测量精度高。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：包括监控组件和固定组件；
所述监控组件包括依次设于电池负极的密封圈和传感器；
所述密封圈的截面为“工”字型，一端套设电池负极，另一端套设传感器压感面一侧后，密封圈上形成压力过渡仓。
2.如权利要求1所述锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：所述密封圈与电池负极和传感器压感面接触位置的厚度为0.25-0.5mm。
3.如权利要求1所述锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：所述密封圈的材质为包括绝缘橡胶、绝缘硅胶的绝缘弹性材料。
4.如权利要求1所述锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：所述监控组件与电池组装后，外部包裹密封胶带，所述密封胶带为特氟龙胶带或聚酰亚胺胶带。
5.如权利要求1所述锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：所述固定组件设于电池和监控组件外部，包括装置外壳、螺帽和压紧环；所述装置外壳为两端开口、设有螺纹的空腔结构，靠近电池正极一端与所述螺帽相连接，靠近电池负极一端与所述压紧环相连接，且所述装置外壳壳体上、所述螺帽中部以及所述压紧环中部均开设有绝缘导线通道。
6.如权利要求1所述锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：所述固定组件设于电池和监控组件外部，包括装置外壳和螺帽；所述装置外壳为靠近电池正极一端开口、设有螺纹与所述螺帽相连接，靠近电池负极一端封闭的空腔结构；且所述螺帽中部、所述装置外壳壳体上及靠近电池负极一端的壳体中部均开设有绝缘导线通道。
7.如权利要求1所述锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：所述固定组件设于电池和监控组件外部，包括装置外壳和压紧环；所述装置外壳为靠近电池负极一端开口、设有螺纹与所述压紧环相连接，靠近电池正极一端封闭的空腔结构；且所述压紧环中部、所述装置外壳壳体上及靠近电池正极一端的壳体中部均开设有绝缘导线通道。
8.如权利要求5-7所述锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：所述螺帽或装置外壳与电池正极之间设有套设于电池正极上的绝缘垫圈，所述绝缘垫圈为绝缘橡胶或绝缘硅胶材质。
9.如权利要求1所述锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：还包括将电池和传感器分别连接外部充放电设备和电子计算机的绝缘导线。
10.如权利要求1所述锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：所述传感器为耐腐蚀型压力传感器，且压力测试范围上限高于60MPa。
11.一种锂离子电池内部压力监控系统，其特征在于：包括电池和权利要求1-10任意一项所述的锂离子电池内部压力监控装置，所述电池的电池外壳负极设有通孔。
12.如权利要求11所述锂离子电池内部压力监控装置，其特征在于：所述压力过渡仓的位置与所述通孔对应，大小与所述通孔一致，为电池外壳负极面积的1/3-2/3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810556813.7A CN108565516A (zh) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | 一种锂离子电池内部压力监控装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810556813.7A CN108565516A (zh) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | 一种锂离子电池内部压力监控装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108565516A true CN108565516A (zh) | 2018-09-21 |
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|---|---|
| CN (1) | CN108565516A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112290107A (zh) * | 2020-09-14 | 2021-01-29 | 侯晓华 | 一种智能锂离子电池封装结构 |
-
2018
- 2018-06-01 CN CN201810556813.7A patent/CN108565516A/zh active Pending
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