CN112670661A - 析气补液管理式大容量钛酸锂电池 - Google Patents

析气补液管理式大容量钛酸锂电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种析气补液管理式大容量钛酸锂电池，包括安装在电池封闭壳体上的排气管，排气管上安装有排气控制阀，排气控制阀连接有控制器，电池封闭壳体上安装有第一压力传感器，第一压力传感器与控制器连接；电池封闭壳体上还安装有补液管，补液管上安装有补液控制阀，补液控制阀与控制器连接，排气管上安装有排气流量计，排气流量计与控制器连接；根据第一压力传感器的检测数据，当电池内部压力过大时，控制器开启排气控制阀，将电池封闭壳体内的气体排放出来；能够自动调节电池内的气压，防止电池出现因为析气而内部压力过大导致的安全问题，还能够根据电池内电解液的缺失自动补充因析气而丢失的电解液成分，维持电池正常工作。

Description

析气补液管理式大容量钛酸锂电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池结构技术领域，特别是一种析气补液管理式钛酸锂电池。
背景技术
尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12)是一种具有潜力的新型负极材料，其安全性能好、循环寿命长、倍率性好。一系列的优点引起了研究者们的广泛的关注，已成为目前关注的热点。特别对于场地空间要求不高的储能电站和电动公交汽车领域具有广阔的应用前景。
由于钛酸锂电池在充放电过程中存在析气和胀气问题，尤其是高温胀气的问题严重限制了钛酸锂电池作为动力电池和储能电池市场化的进程。目前解决钛酸锂负极电池的胀气问题主要有两种方法，一是采用高强度外壳限制胀气产生电池外壳变形，通过析出气体的压强降低析气反应；二是更改电解液降低负极催化析气反应。采用高强度外壳的钛酸锂电池的缺点是会产生1MPa以上的内部压强，不仅存在爆炸隐患，还会使电池单体容量不能做的很大。改变电解液的方法目前还没有取得市场应用。因此胀气问题限制了钛酸锂电池容量的发挥，当在电池充电过程中出现胀气压力过大时，必须通过安全阀泄放内部气体，防止电芯内部压力过大而爆炸。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电池内部压力可控的析气补液管理式大容量钛酸锂电池。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：析气补液管理式大容量钛酸锂电池，包括安装在电池封闭壳体上并与电池内腔连通的排气管，所述排气管上安装有排气控制阀，所述排气控制阀的控制端连接有控制器，所述电池封闭壳体上安装有感应探头位于所述电池封闭壳体内部的第一压力传感器，所述第一压力传感器的出线端与所述控制器连接；
所述电池封闭壳体上还安装有与所述电池内腔连通的补液管，所述补液管上安装有补液控制阀，所述补液控制阀与所述控制器连接，所述排气管上安装有排气流量计，所述排气流量计与所述控制器连接。
作为一种优选的技术方案，所述排气管连接有气体回收罐，所述气体回收罐内安装有第二压力传感器，所述气体回收罐上设置有与所述第二压力传感器连接的压力显示装置。
作为一种优选的技术方案，所述补液管连接有电解液补充罐。
作为一种优选的技术方案，所述补液控制阀为电磁阀并与所述控制器连接。
作为一种优选的技术方案，所述补液管上安装有补液流量计，所述补液流量计与所述控制器连接。
作为一种优选的技术方案，所述电池封闭壳体上安装有感应探头伸入所述电池封闭壳体内部的温度传感器，所述温度传感器与所述控制器连接，所述控制器连接有安装在所述电池封闭壳体外部、用于显示所述电池封闭壳体内压力信息和温度信息的显示屏，所述控制器与电池的充放电开关连接。
作为一种优选的技术方案，所述排气控制阀为电磁阀。
由于采用了上述技术方案，析气补液管理式大容量钛酸锂电池，包括安装在电池封闭壳体上并与电池内腔连通的排气管，所述排气管上安装有排气控制阀，所述排气控制阀的控制端连接有控制器，所述电池封闭壳体上安装有感应探头位于所述电池封闭壳体内部的第一压力传感器，所述第一压力传感器的出线端与所述控制器连接；所述电池封闭壳体上还安装有与所述电池内腔连通的补液管，所述补液管上安装有补液控制阀，所述补液控制阀与所述控制器连接，所述排气管上安装有排气流量计，所述排气流量计与所述控制器连接；当电池封闭壳体内的气压因为析气升高到设定的气压上限值时，控制器启动排气控制阀，将电池封闭壳体内的气体通过排气管排放出来，当第一压力传感器检测到的气压达到设定的气压下限值时，控制器关闭排气控制阀，气压下限值要大于标准大气压，防止空气进入到电池封闭壳体内；能够自动调整电池封闭壳体内的气压，防止电池出现因为析气而内部压力过大导致的安全问题。根据电池内电解液的缺失自动补充因析气而丢失的电解液成分，维持电池正常工作。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例一组电池的结构示意图；
图2是本发明实施例的俯视图；
图3是本发明实施例多组电池的结构示意图；
图中：1-电池封闭壳体；21-排气管；22-排气控制阀；23-第一压力传感器；24-气体回收罐；31-补液管；32-补液控制阀；33-电解液补充罐；34-补液流量计；4-温度传感器；5-排气流量计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1、图2和图3所示，析气补液管理式大容量钛酸锂电池，包括安装在电池封闭壳体1上并与电池内腔连通的排气管21，所述排气管21设置在电池的负极附近，所述排气管21上安装有排气控制阀22，所述排气控制阀22为电磁阀。所述排气控制阀22的控制端连接有控制器(图中未示出)，所述电池封闭壳体1上安装有感应探头位于所述电池封闭壳体1内部的第一压力传感器23，所述第一压力传感器23的控制端与所述控制器连接；
所述电池封闭壳体1上还安装有与所述电池内腔连通的补液管31，所述补液管31设置在所述电池的正极附近，所述补液管31上安装有补液控制阀32，所述补液控制阀32与所述控制器连接，所述排气管21上安装有排气流量计5，所述排气流量计5与所述控制器连接。所述补液管31连接有电解液补充罐33。所述排气流量计5采用现有技术中成熟的产品，对于其内部结构和工作原理，这里不再赘述。
如图3所示，所述排气管21连接有气体回收罐24，所述气体回收罐24内安装有第二压力传感器(图中未示出)，所述气体回收罐24上设置有与所述第二压力传感器连接的压力显示装置，压力显示装置包括与所述第二压力传感器连接的单片机(图中未示出)，所述单片机连接有压力显示器(图中未示出)，通过压力显示器，可以直观地观察气体回收罐24内的压力值，根据压力显示器上的压力值来判断是否对气体回收罐24内的气体进行集中处理；当气体回收罐24内的气体达到一定的量时，将气体回收罐24内的气体进行无害化处理并排放。
排气管31上的排气流量计5用于检测电池封闭壳体1内排出的气体量，并将监测数据传送给控制器，当排气管31排出的气体量达到一定的数值后，控制器控制补液控制阀32开启，通过补液管31向电池封闭壳体1内补入相应体积的电解液；开启补液控制阀32相对应的排放气体量可以根据电池的容量、规格等参数进行设置，每次补液的体积根据电池的容量、规格和排放的气体量等参数进行设置，通过控制补液控制阀32的开启时间来控制补入的电解液体积。根据电池内电解液的缺失自动补充因析气而排放的电解液成分，维持电池正常工作。也可以在所述补液管31上设置补液流量计34，所述补液流量计34与控制器连接，通过补液流量计34来计算补入的电解液的体积。
作为另一种具体实施方式，电解液的补充也可以通过液位来实现自动补充，在电池封闭壳体1内设置液位传感器(图中未示出)，液位传感器的信号输出端与控制器连接，补液控制阀32采用电磁阀，补液控制阀32的控制端与控制器连接，预先设置电解液的上限值和下限值，当电解液的液位降低到液位下限值后，控制器控制补液控制阀32打开，向电池封闭壳体1内补充电解液，当电解液的液位达到上限值时，停止向电池封闭壳体1内补充电解液。
所述电池封闭壳体1上安装有感应探头伸入所述电池封闭壳体1内部的温度传感器4，所述温度传感器4与所述控制器连接，所述控制器连接有安装在所述电池封闭壳体1外部、用于显示所述电池封闭壳体1内压力信息和温度信息的显示屏(图中未示出)，所述控制器与电池的充放电开关连接。
本析气补液管理式大容量钛酸锂电池解决了现有技术中钛酸锂电池存在的因析气导致电池密封壳体1内压力增大的问题，改善了钛酸锂电池的循环性能，主要技术方法如下：
1、在钛酸锂电池封闭壳体内，设置排气管21、补液管31、第一压力传感器23和温度传感器4，排气管21与排气控制阀22联接，补液管31与补液控制阀32联接。
2、在钛酸锂电池内部设置压力传感器，当电池内部压力超过设定压力上限时，启动排气控制阀22；当电池内部压力低于设定的下限压力时，关闭排气控制阀22，下限压力大于常温大气压，以防止空气混入电池内部。
2、通过密闭管道连接排气控制阀22，收集排出的气体。
3、由于电池长期析气而出现电解液缺失，通过补液控制阀32及时向电池内部补充电解液，维持电池容量不变。
4、设置温度传感器4，当电池内部温度过高时，及时切断充放电开关，防止因过充或外部短路造成的电池升温问题。
通过以上技术方法，解决了钛酸锂电池在充放电过程中，因高温析气导致的电池内部压力过大的问题，可有效的发挥钛酸锂电池特性，在较低控制气压条件下可大幅提高电池单体容量，同时提高了电池在使用过程中的安全性。
在电池循环使用过程中，通过第一压力传感器23实时检测电池内部压力，当电池内部压力大于第一压力传感器23设定的上限压力时，打开排气控制阀22，释放电池内部析出的气体，当压力达到第一压力传感器23下限时，关闭排气控制阀22。应保证第一压力传感器23下限压力大于标准大气压，防止空气混入电池内部，并设置相应回收管道，将电池排出的气体回收。对电池内部析出的气体进行排放并调节电池内部压力的过程中，不需要打开电池封闭壳体，整个电池内部压力调节过程自动完成，压力调节精度高，非常安全。
由于电池析气排气造成的电解液缺失问题，通过补液控制阀32及时向电池内部补充电解液，维持电池容量不变。
通过温度传感器4实时检测电池内部温度，当电池内部温度过高时，及时切断充放电开关，防止因过充或外部短路造成的电池升温问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.析气补液管理式大容量钛酸锂电池，其特征在于：包括安装在电池封闭壳体上并与电池内腔连通的排气管，所述排气管上安装有排气控制阀，所述排气控制阀的控制端连接有控制器，所述电池封闭壳体上安装有感应探头位于所述电池封闭壳体内部的第一压力传感器，所述第一压力传感器的出线端与所述控制器连接；
所述电池封闭壳体上还安装有与所述电池内腔连通的补液管，所述补液管上安装有补液控制阀，所述补液控制阀与所述控制器连接，所述排气管上安装有排气流量计，所述排气流量计与所述控制器连接。
2.如权利要求1所述的析气补液管理式大容量钛酸锂电池，其特征在于：所述排气管连接有气体回收罐，所述气体回收罐内安装有第二压力传感器，所述气体回收罐上设置有与所述第二压力传感器连接的压力显示装置。
3.如权利要求1所述的析气补液管理式大容量钛酸锂电池，其特征在于：所述补液管连接有电解液补充罐。
4.如权利要求1所述的析气补液管理式大容量钛酸锂电池，其特征在于：所述补液控制阀为电磁阀并与所述控制器连接。
5.如权利要求1所述的析气补液管理式大容量钛酸锂电池，其特征在于：所述补液管上安装有补液流量计，所述补液流量计与所述控制器连接。
6.如权利要求1所述的析气补液管理式大容量钛酸锂电池，其特征在于：所述电池封闭壳体上安装有感应探头伸入所述电池封闭壳体内部的温度传感器，所述温度传感器与所述控制器连接，所述控制器连接有安装在所述电池封闭壳体外部、用于显示所述电池封闭壳体内压力信息和温度信息的显示屏，所述控制器与电池的充放电开关连接。
7.如权利要求1至6任一权利要求所述的析气补液管理式大容量钛酸锂电池，其特征在于：所述排气控制阀为电磁阀。
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