CN110534831A - 电池内部温度测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池内部温度测量方法，先在所述铝塑膜电池的铝塑膜的表面形成切口，然后利用引导棒引导温度传感器经过所述切口进入所述铝塑膜电池内部，再将所述引导棒从所述铝塑膜电池内取出并使所述温度传感器留在所述铝塑膜电池内部，最后将所述切口密封，对所述铝塑膜电池加热至热失控状态，利用所述温度传感器监测所述电芯的温度。因此可以通过所述温度传感器精确测量所述铝塑膜电池内部的温度，且能够将对所述铝塑膜电池结构的影响程度降到最低。通过测量所述铝塑膜电池内部的温度可以准确地测量电池内部温度，尤其是电池热失控过程的内部温度，这对计算热失控释放能量，评估热失控风险具有重要意义。

Description

电池内部温度测量方法

技术领域

本申请涉及电池领域，特别是涉及一种电池内部温度测量方法。

背景技术

锂离子电池具有比能量高，清洁，安全等优势，被广泛应用于电动汽车的 动力输出系统。为了更好的满足汽车续驶里程的要求，具有高比能量的大容量 锂离子电池快速发展。大容量的锂离子电池通常有铝塑膜和硬壳两种封装形式。 铝塑膜锂离子电池相较于硬壳锂离子电池，因为没有沉重的金属外壳和其他附 件，在比能量上具有更加明显的优势。但是，所述锂离子电池的安全性问题尚 未完全解决，热失控是造成的安全性事故的重要原因。其中，电池热失控危害 的重要指标是电池热失控释放的能量，该能量由电池内部的平均温升计算得出。 而现有技术中，对电池内部平均温度测量不够准确，从而影响了对电池热失控 危害的评估。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种电池内部温度测量方法。

一种电池内部温度测量方法，所述方法包括：

S10,提供一铝塑膜电池，其中，所述铝塑膜电池包括电芯和包覆在所述电 芯表面的铝塑膜；

S20,在所述铝塑膜电池的所述铝塑膜的表面形成切口；

S30,利用引导棒引导温度传感器经过所述切口进入所述铝塑膜电池内部的 所述电芯；

S40,将所述引导棒从所述铝塑膜电池内取出并使所述温度传感器留在所述 铝塑膜电池内部；

S50,将所述切口密封；

S60，对所述铝塑膜电池加热至热失控状态，利用所述温度传感器监测所述 电芯的温度。

在一个实施例中，所述铝塑膜电池的一端间隔设置有两个极耳，所述两个 极耳从所述铝塑膜伸出，所述步骤S20包括：

S21，在所述两个极耳之间确定位于所述铝塑膜的切割区；

S22，在所述切割区切割所述铝塑膜形成所述切口。

在一个实施例中，所述铝塑膜包括活性材料区域和围绕在所述活性材料区 域边缘的铝塑膜封边区，在所述切割区内，所述切口位于所述铝塑膜封边区靠 近所述活性材料区域的边缘。

在一个实施例中，通过陶瓷刀切割所述铝塑膜形成所述切口。

在一个实施例中，在所述步骤S22之前还包括：

S211，通过电子电脑断层扫描透射铝塑膜电池内部情况，以确定所述切口 在所述述切割区的位置。

在一个实施例中，所述电芯包括多个层叠设置的活性材料层，所述步骤S30 包括：

S31，将所述引导棒和所述温度传感器相对固定；

S32，将所述电芯内相邻的两个所述活性材料层分开；

S33，通过引导棒将所述温度传感器通过所述切口带入分开的所述两个所述 活性材料层之间的指定位置。

在一个实施例中，所述引导棒的直径小于所述温度传感器的直径。

在一个实施例中，在所述步骤S31之前，还包括：

S301，在所述温度传感器的探测头表面包覆绝缘材料。

在一个实施例中，所述步骤S50中，通过高温密封胶密封所述切口。

在一个实施例中，所述高温密封胶的熔点大于铝塑膜电池的热失控触发温 度。

在一个实施例中，所述温度传感器为直径0.8mm的K型温度传感器，所述 引导棒的直径为0.6mm。

在一个实施例中，所述切口的长度为0.8mm至10mm。

本申请实施例提供的电池内部温度测量方法，先在所述铝塑膜电池的铝塑 膜的表面形成切口，然后利用引导棒引导温度传感器经过所述切口进入所述铝 塑膜电池内部，再将所述引导棒从所述铝塑膜电池内取出并使所述温度传感器 留在所述铝塑膜电池内部，最后将所述切口密封，对所述铝塑膜电池加热至热 失控状态，利用所述温度传感器监测所述电芯的温度。因此可以通过所述温度 传感器精确测量所述铝塑膜电池内部的温度，且能够将对所述铝塑膜电池结构 的影响程度降到最低。通过测量所述铝塑膜电池内部的温度可以准确地测量电 池内部温度，尤其是电池热失控过程的内部温度，这对计算热失控释放能量， 评估热失控风险具有重要意义。

附图说明

图1为本申请实施例提供的电池内部温度测量方法流程图；

图2为本申请实施例提供的铝塑膜电池截面图；

图3为本申请实施例提供的温度传感器和引导棒相对固定示意图；

图4为本申请实施例提供的为在铝塑膜电池置入温度传感器前后铝塑膜电 池充放电曲线对比图；

图5为本申请实施例提供的铝塑膜电池热失控时内置温度传感器测量的温 度和铝塑膜电池的表面的温度传感器测量的温度曲线对比图。

附图标记说明：

铝塑膜电池100

切口110

引导棒120

极耳130

铝塑膜140

活性材料区域141

铝塑膜封边区142

切割区150

温度传感器160

绝缘材料170

电芯180

活性材料层181

高温密封胶190

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例， 并结合附图，对本申请的电池内部温度测量方法进行进一步详细说明。应当理 解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描 述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无 特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是， 术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、 “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示 的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示 所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能 理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或 “下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接 接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征 在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第 一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正 下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

锂离子电池具有比能量高，清洁，安全等优势，被广泛应用于电动汽车的 动力输出系统。在大容量锂离子电池中，铝塑膜锂离子电池相较于硬壳锂离子 电池，因为没有沉重的金属外壳和其他附件，在比能量上具有更加明显的优势。

但是，所述锂离子电池的安全性问题尚未完全解决，安全性事故偶有发生。 所述锂离子电池的安全性问题会影响电池包内其它所述锂离子电池安全性，进 而影响到整车的安全。从容量上看，电动汽车电池包内的电池一般有小容量和 大容量两种。对于相同参数的电池包，小容量电池数量多于大容量电池数量。 小容量电池数量多增加了安全性问题的发生概率。但是，大容量电池体积大， 内外温差大，散热难，也会提高电池安全性问题发生的概率。

大容量锂离子电池在发生安全性问题时，所述锂离子电池内外温差较大。 尤其是发生热失控问题的情况下，所述大容量电池的内外温差甚至高达数百度 以上。一般来说，评估锂离子电池热失控危害的重要指标是电池热失控释放的 能量，该能量一般由所述锂离子电池内部的平均温升计算得出。所述大容量锂 离子电池的外部温度远远低于所述大容量锂离子电池内部温度，因此使用外部 温度去评估热失控危害是不准确的。

在一些实施例中，基于模型对所述锂离子电池内部温度进行估计。该类型 的方法通常基于预先标定的模型，将所述锂离子电池外部便于实际测量位置上 的温度与所述锂离子电池内部温度联系起来。在实际应用时，通过测量所述锂 离子电池外部位置的温度，基于模型计算得到所述锂离子电池内部的温度。该 方法对于评估锂离子电池正常充放电时的内部温度具有比较好的准确性，但不 适用于评估热失控过程中的所述锂离子电池内部的温度。对于不同的所述锂离 子电池，尚未具备明确、统一的热失控模型。同时，当所述锂离子内外温差急 剧变化时，模型算法将会失准。

在一些实施例中，对锂离子电池制作过程进行干预，在电池制作过程中直 接在所述锂离子电池内部置入温度传感器。对于方壳电池，通常可在电池的顶 盖上开孔，将温度传感器通过孔穿入到电芯，埋在预设的位置，对于铝塑膜电 池，可在铝塑膜封装工艺之前预先埋入温度传感器。

但是，这些方法需要在电池制备过程中进行干预。现成的锂离子电池产品， 通常是流水线生产出来的。直接干预锂离子电池制备或封装过程，成本高。且 电池化成工艺通常在封装之后进行，若在锂离子电池封装之前置入传感器，会 影响电池的化成工序，进而影响电池性能，使得该电芯的容量、内阻、性能等 与正常流水线下的电芯之间存在差异。

请参见图1，本申请实施例提供一种电池内部温度测量方法。所述方法包括：

请参见图1A,S10,提供一铝塑膜电池100，其中，所述铝塑膜电池100包括 电芯180和包覆在所述电芯180表面的铝塑膜140；

请参见图1B,S20,在所述铝塑膜电池100的所述铝塑膜的140表面形成切口 110；

请参见图1C,S30,利用引导棒120引导温度传感器160经过所述切口110进 入所述铝塑膜电池100内部的所述电芯180；

请参见图1D,S40,将所述引导棒120从所述铝塑膜电池100内取出并使所述 温度传感器160留在所述铝塑膜电池100内部；

请参见图1E,S50,将所述切口110密封；

S60，对所述铝塑膜电池100加热至热失控状态，利用所述温度传感器160 监测所述电芯180的温度。

所述步骤S10中，所述铝塑膜电池100可以为铝塑膜锂电池。利用所述铝 塑膜140封装所述电芯180可以形成所述铝塑膜电池100。封装的过程可以包括 在一定的温度、压力和时间下，通过真空抽气让折叠后的所述铝塑膜140内层 热封层面对面粘接在一起，以达到密封所述电芯180的效果。

所述步骤20中，在一个实施例中，所述切口110可以利用陶瓷刀具切割而 成。切割前可以现在所述铝塑膜140的表面画出切割线。利用所述陶瓷刀沿着 所述切割线切割所述铝塑膜形成所述切口110。所述陶瓷刀具有硬度高、耐腐蚀 性强、化学稳定性好、高耐磨性等特点。所述陶瓷刀的刃口锋利，容易切割所 述铝塑膜140。由于所述陶瓷刀容易切割所述铝塑膜140，因此在切割所述铝塑 膜140时切割用力容易控制，可以避免由于用力过猛造成对所述电芯180造成 破坏。在切割所述铝塑膜140的过程中，保持所述铝塑膜电池100竖直放置， 因此能够避免电解液从所切口110流出。

所述步骤S30中，所述引导棒120可以为绝缘硬质棒体。所述引导棒120 可以为聚酯材料。所述引导棒120可以为圆柱形。在一个实施例中，所述引导 棒120可以采用直径0.6mm的尼龙棒。所述引导棒120可以与所述温度传感器 160牵连。可以通过绑带或者机械结构将所述引导棒120和所述温度传感器160 相对固定，因此当将所述引导棒120深入所述切口110时，可以带动所述温度 传感器160进入所述切口110,并可以插入所述铁芯180中的目标位置。

所述步骤S40中，当所述温度传感器160进入到所述铝塑膜电池100的指 定位置后，可以使得所述温度传感器160和所述引导棒120分离。在一个实施 例中，可以通过在所述铝塑膜的外部按压固定所述温度传感器160，然后通过所 述切口110向外拔所述引导棒120，最终仅使得所述温度传感器160留在所述铝 塑膜电池100的内部。

在所述步骤S50中，可以通过高温密封胶190将所述切口110密封，也可 以利用高温胶带将所述切口110密封。

在所述步骤S60中，可以通过量热仪对所述铝塑膜电池100加热，并对所 述铝塑膜电池100的温度进行监测，直至检测到明显的所述铝塑膜电池100热 失控状态。其中，通常电池热失控的温度的大于900℃。

本申请实施例中，先在所述铝塑膜电池100的铝塑膜的表面形成切口110， 然后利用引导棒120引导温度传感器160经过所述切口110进入所述铝塑膜电 池100内部，再将所述引导棒120从所述铝塑膜电池100内取出并使所述温度 传感器160留在所述铝塑膜电池100内部，最后将所述切口110密封，对所述 铝塑膜电池100加热至热失控状态，利用所述温度传感器160监测所述电芯180 的温度。因此可以通过所述温度传感器160精确测量所述铝塑膜电池100内部 的温度，且能够将对所述铝塑膜电池100结构的影响程度降到最低。通过测量 所述铝塑膜电池100内部的温度可以准确地测量电池内部温度，尤其是电池热 失控过程的内部温度，这对计算热失控释放能量，评估热失控风险具有重要意 义。

在一个实施例中，所述铝塑膜电池100的一端间隔设置有两个极耳130。所 述两个极耳130从所述铝塑膜140伸出。所述步骤S20包括：

S21，在所述两个极耳130之间确定位于所述铝塑膜140的切割区150；

S22，在所述切割区150切割所述铝塑膜140形成所述切口110。

本实施例中，所述两个极耳130可以分别与所述电芯180中正极片和负极 片连接。所述两个极耳130可以作为所述铝塑膜电池100的正极和负极。在所 述铝塑膜电池10中，包覆在所述铝塑膜140内的所述电芯180在所述两个极耳 130之间的所述切割区150结构简单，因此在是两个极耳130之间形成所述切口 时能够减少在所述切割区150对所述电芯180的破坏。

在一个实施例中，所述铝塑膜140的表面包括活性材料区域141和围绕在 所述活性材料区域141边缘的铝塑膜封边区142。在所述切割区150内，所述切 口110位于所述铝塑膜封边区142靠近所述活性材料区域141的边缘。所铝塑 膜封边区142可以为所述铝塑膜塑封粘接的区域。可以理解，在所述塑膜封边 区142和所述活性材料区域141的连接处，由于所述铝塑膜140由中间向边缘 过渡的区域。因此，会将塑封膜的边缘塑封。而在铝塑膜的边缘，会具有较大 形变，因此在所述铝塑膜与所述电芯的之间会有空隙。在所述空隙的应力较小， 因此便于下刀。

在一个实施例中，所述步骤S22之前还包括：

S211，通过电子电脑断层扫描透射铝塑膜电池100内部情况，以确定所述 切口110在所述述切割区150的位置。

在切割所述切口110前，使用工业电子电脑断层扫描设备CT技术透射所述 铝塑膜电池100内部情况，因而能够保证切割过程中不破坏到所述铝塑膜电池 100内部的活性材料。

在一个实施例中，所述电芯180包括多个层叠设置的活性材料层181，所述 步骤S30包括：

S31，将所述引导棒120和所述温度传感器160相对固定；

S32，将所述铝塑膜140内的相邻的两个所述活性材料层181分开；

S33，通过引导棒120将所述温度传感器160通过所述切口110带入所述分 开的两个所述活性材料层181之间的指定位置。

请参见图2，在所述步骤S31中，可以利用绝缘绑带或者绝缘胶带将所述引 导棒120和所述温度传感器160相对固定。

在一个实施例中，可以利用聚酰亚胺胶带将所述引导棒120和所述温度传 感器160固定。

在所述步骤S32中，可以利用塑胶镊子从所述切口110处伸入，将所述铝 塑膜内的所述活性材料层181之间的间距扩大形成一个容纳空间。所述活性材 料层181可以为正极片、负极片、隔膜等结构。将两个活性材料层181分开可 以避免影响正极片和负极片之间的电连接关系，因此能够将对所述电芯180的 影响降到最低。

在所述步骤S33中，使用所述引导棒120将所述温度传感器160从所述切 口110带入所述容纳空间，并使得所述温度传感器160停留在所述电芯180内 部的指定位置。可以理解，所述指定位置可以为所述铝塑膜电池100内部的中 心位置。

在一个实施例中，所述引导棒120的直径小于所述温度传感器160的直径。 在一个实施例中，所述温度传感器160为直径0.8mm的K型温度传感器160。所 述引导棒120的直径为0.6mm。当所述温度传感器160和所述引导棒120进入所 述铝塑膜电池100内后，所述温度传感器160的直径较大。因此由所述温度传 感器160撑开的路径的空间的截面相对较大。由于所述引导棒120的直径小于 所述温度传感器160的直径，因此所述路径的空间截面大于所述引导棒120的 直径。在抽出所述引导棒120时，所述引导棒120在原路返回的过程中不会碰 到所述铝塑膜电池100内部结构，可以减少所述引导棒120抽出所述铝塑膜电 池100的阻力。

请参见图3，在一个实施例中，在所述步骤S31之前，还包括：

S301，在所述温度传感器160的探测头表面包覆绝缘材料170。

所述绝缘材料170可以为耐高温绝缘材料170。在一个实施例中，所述绝缘 材料170可以为聚酰亚胺胶带。所述温度传感器160的感测头一般为金属材质。 利用所述绝缘材料170包覆所述感测头可以避免金属材质在所述铝塑膜电池100 内部造成电路的隐患，因此需要对所述温度传感器160的感测头进行绝缘防护。

在一个实施例中，所述步骤S50中，通过高温密封胶190密封所述切口110。 利用高温密封胶190密封所述切口110，可以避免当所述铝塑膜电池100工作时 发热使得胶体熔化，造成所述铝塑膜电池100结构被破坏的情况。

在一个实施例中，所述高温密封胶190的熔点大于铝塑膜电池100的热失 控触发温度。在一个实施例中，可以使用熔点为305℃的所述高温密封胶190。 所述铝塑膜电池100的热失控温度一般在300℃以下。因此通过使用熔点为 305℃的所述高温密封胶190，可以避免在所述铝塑膜电池100热失控之前先熔 化，造成所述铝塑膜电池100结构的破坏。

待所述高温密封胶190完全凝固后，即得到具备内置温度传感器160的所 述铝塑膜电池100。所述高温密封胶190凝固后，所述温度传感器160与所述聚 酰亚胺胶带被固定在所述活性材料区域141内部。

在一个实施例中，所述切口110的长度为0.8mm至10mm。所述切口110在 该范围既可以便于所述温度传感器160和所述引导棒120进出所述铝塑膜电池 100，又可以避免对所述铝塑膜电池100的表面造成较大的破坏。

请参见图4，图4为在所述铝塑膜电池100置入所述温度传感器160前后充 放电曲线对比曲线图。可以看到，温度传感器160置入所述铝塑膜电池100前 后的充放电曲线高度重合，充、放电的电量基本一致。因此本方法对所述铝塑 膜电池100的电化学性能影响很小，可用来评估改造前所述铝塑膜电池100的 热失控危险程度。

请参见图5，图5所示为将所述温度传感器160置入所述铝塑膜电池100内 部测得的所述铝塑膜电池100绝热热失控过程中的内外温度曲线。可以看到， 在绝热热失控过程中，对于所述铝塑膜电池100，其外表面温度与内部温度相差 了500摄氏度以上。如果仅仅通过所述铝塑膜电池100的外表面温度判断所述 铝塑膜电池100的热失控情况准确率不高，因此，通过利用设置在所述铝塑膜 电池100内部的所述温度传感器160测量测量的温度作为判断所述铝塑膜电池 100热失控的依据，可以较为准确地评估电池热失控的危害。因此本实施例提供 的电池内部温度测量方法能够准确指导电池包内相邻的所述铝塑膜电池100之 间隔热，避免所述铝塑膜电池100热失控后热量扩散造成的热蔓延连锁反应。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通 技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要 求为准。

Claims (12)

1.一种电池内部温度测量方法，其特征在于，所述方法包括：

S10,提供一铝塑膜电池(100)，所述铝塑膜电池(100)包括电芯(180)和包覆在所述电芯(180)表面的铝塑膜(140)；

S20,在所述铝塑膜的(140)表面形成切口(110)；

S30,利用引导棒(120)引导温度传感器(160)经过所述切口(110)进入所述电芯(180)的内部；

S40,将所述引导棒(120)从所述铝塑膜电池(100)内取出并使所述温度传感器(160)留在所述铝塑膜电池(100)内部；

S50,将所述切口(110)密封；

S60，对所述铝塑膜电池(100)加热至热失控状态，利用所述温度传感器(160)监测所述电芯(180)的温度。

2.如权利要求1所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，所述铝塑膜电池(100)的一端间隔设置有两个极耳(130)，所述两个极耳(130)从所述铝塑膜(140)伸出，所述S20包括：

S21，在所述两个极耳(130)之间的所述铝塑膜(140)的表面选定切割区(150)；

S22，在所述切割区(150)切割所述铝塑膜(140)形成所述切口(110)。

3.如权利要求2所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，所述S22中，

所述铝塑膜(140)的表面包括活性材料区域(141)和围绕在所述活性材料区域(141)边缘的铝塑膜封边区(142)，在所述切割区(150)内，所述切口(110)位于所述铝塑膜封边区(142)靠近所述活性材料区域(141)的边缘。

4.如权利要求2所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，在S22中，通过陶瓷刀切割所述铝塑膜(140)形成所述切口(110)。

5.如权利要求2所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，在所述S22之前还包括：

S211，通过电子电脑断层扫描透射铝塑膜电池(100)内部情况，以确定所述切口(110)在所述述切割区(150)的位置。

6.如权利要求1所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，所述电芯(180)包括多个层叠设置的活性材料层(181)，所述S30包括：

S31，将所述引导棒(120)和所述温度传感器(160)固定；

S32，将相邻的两个所述活性材料层(181)分开；

S33，通过引导棒(120)将所述温度传感器(160)通过所述切口(110)带入分开的所述两个所述活性材料层(181)之间。

7.如权利要求6所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，所述引导棒(120)的直径小于所述温度传感器(160)的直径。

8.如权利要求6所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，在所述步骤S31之前，还包括：

S301，在所述温度传感器(160)的探测头表面包覆绝缘材料(170)。

9.如权利要求1所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，所述S50包括：

S51，提供高温密封胶(190)

S52，通过所述高温密封胶(190)密封所述切口(110)。

10.如权利要求9所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，所述高温密封胶(190)的熔点大于铝塑膜电池(100)的热失控触发温度。

11.如权利要求7所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，所述温度传感器(160)为直径0.8mm的K型温度传感器(160)，所述引导棒(120)的直径为0.6mm。

12.如权利要求1所述的电池内部温度测量方法，其特征在于，所述切口(110)的长度为6mm至10mm。