CN113418651A - 基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构 - Google Patents

基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构 Download PDF

Info

Publication number
CN113418651A
CN113418651A CN202110553201.4A CN202110553201A CN113418651A CN 113418651 A CN113418651 A CN 113418651A CN 202110553201 A CN202110553201 A CN 202110553201A CN 113418651 A CN113418651 A CN 113418651A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric ceramic
battery
ceramic sensor
ion power
power battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110553201.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113418651B (zh
Inventor
魏学哲
陈思琦
戴海峰
张广续
徐雅慧
张少哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN202110553201.4A priority Critical patent/CN113418651B/zh
Publication of CN113418651A publication Critical patent/CN113418651A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113418651B publication Critical patent/CN113418651B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/378—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构，该方法包括以下步骤：1)将压电陶瓷传感器布置在软包卷芯或内部片层材料之间，并使压电陶瓷传感器被软包卷芯或内部片层材料夹紧；2)将布设有压电陶瓷传感器的电池组放入封装壳体后收拢，并布置压电陶瓷传感器线路；3)安装电池封装端盖，采用泡沫胶与耐高温绝缘密封胶进行端盖边缘及压电陶瓷传感器线路密封；4)将所组装电池放置在干燥房内自然放置24小时，待密封胶全部固化；5)将电池和传感器线路与相应仪器仪表相连，进行测试与现有技术相比，本发明能够对锂离子动力电池内部反应过程压力变化和产气状态的实时精确检测。

Description

基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池技术与内部测量领域，尤其是涉及一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构。
背景技术
传统化石燃料大量消耗的能源危机、与大气污染的双重压力，促使电动化逐渐成为汽车发展的主流方向，汽车动力系统电动化的主要特征之一便是电能代替化学能作为主要的能量供给形式，锂离子动力电池凭借高能量密度和长循环寿命等优势，作为电动汽车主要动力来源。
然而锂离子动力电池电源系统的应用易受到环境、工况等因素限制，低温、快充等极端工作环境、工作状况会导致老化、热失控等一系列问题，外在表现为胀气鼓包，甚至起火、爆炸，这些问题对锂离子动力电池组/电池包的性能、使用寿命甚至是安全性有着重大影响，因此，对锂离子动力电池在各工作环境、各工况下的使用过程进行机理性研究对锂离子动力电池的宏观调控、管理起着十分重要的指导作用。
目前，对锂离子动力电池在各工作、失效状态下的内部机理研究、测量方式较为单一，多为外部物理测量，电流、电压及阻抗测量，但实际锂离子动力电池内外性能参量相差较大，内部电化学反应及产生的气体、气压、应力应变单靠外在物理测量有着较大的误差与滞后性，由现有的外部物理检测手段所构建的机理模型与实际内部机理相比存在着较大的差距。
因此，随着续航里程的要求不断提高，锂离子动力电池的能量密度、功率密度和容量不断攀升，这一趋势给极端工况下工作的锂离子动力电池组安全性提出了重大挑战，探究准确、贴合实际的内部反应参量机理模型和检测手段将成为锂离子动力电池包安全性取得实质提升的必然选择。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法，包括以下步骤：
1)将压电陶瓷传感器布置在软包卷芯或内部片层材料之间，并使压电陶瓷传感器被软包卷芯或内部片层材料夹紧；
2)将布设有压电陶瓷传感器的电池组放入封装壳体后收拢，并布置压电陶瓷传感器线路；
3)安装电池封装端盖，采用泡沫胶与耐高温绝缘密封胶进行端盖边缘及压电陶瓷传感器线路密封；
4)将所组装电池放置在干燥房内自然放置24小时，待密封胶全部固化；
5)将电池和传感器线路与相应仪器仪表相连，进行测试，具体为：
当压电陶瓷传感器的工作端面受到压力时，压电陶瓷传感器产生电压，外部的测试系统的仪器仪表对该电压信号进行放大后转换成压力、加速度、机械冲击和振动物理量。
所述的步骤1)中，对于由软包电芯组成的大容量电池，其结构中至少包含两个软包电芯，且每个软包电芯具有相同的热特性、几何结构、材料和容量。
所述的步骤1)中，压电陶瓷传感器为毫米级尺寸以下的压电陶瓷传感器，且与所夹软包电芯或内部片层材料紧贴处理。
所述的步骤1)中，压电陶瓷传感器表面包覆有聚酰亚胺胶带，用于减小压电陶瓷传感器的热电偶与软包卷芯或内部片层材料表面摩擦，防止出现内短路，同时避免电解液对压电陶瓷传感器的腐蚀。
所述的步骤2)中，封装壳体采用硬质耐热金属壳体。
所述的步骤3)中，压电陶瓷传感器线路通过电池封装端盖中部泄压阀部位所设孔拉出，并采用泡沫胶与耐高温绝缘密封胶封住保证电池密封性。
一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测结构，该结构包括封装壳体、电池封装端盖以及设置在封装壳体内部的多个软包卷芯以及分别设置在相邻两个软包卷芯之间的多个压电陶瓷传感器。
所述的电池封装端盖用以将封装壳体封装，并且在电池封装端盖与封装壳体之间通过耐高温绝缘密封胶进行密封。
所述的电池封装端盖中部设有安装泄压阀的孔，用以穿出压电陶瓷传感器线路，各压电陶瓷传感器线路之间不重叠，压电陶瓷传感器数量与布置位置根据实际测试需求进行调节和增减。
所述的压电陶瓷传感器表面包覆有聚酰亚胺胶带。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用高精度接触式检测元件(压电陶瓷传感器)，可准确监测行车过程中各工况下大容量锂离子动力电池内部反应、失效过程压力变化及振动情况。
2、本发明可用于对大容量锂离子动力电池内部反应产气过压状态进行精确检测，可用于实际车载锂离子动力电池包的鼓包、热失控等异常状态的提前预判及报警。
3、微型压电陶瓷薄片具有体积小、质量轻等优点，植入软包卷芯间对电池包质量及整车功耗的影响较小。
4、本发明基于正压电效应频率响应快、灵敏度高等特点，可实现内部压力状况的实时监测。
5、本发明所用传感、检测技术无须外加电源、不发热、无噪声，可同时满足商用车对电池管理系统噪声、能耗和安全性等方面的需求。
6、本发明可实现对现有锂离子动力电池内部反应压力、产气参量和机理模型的修正与完善，为锂离子动力电池的设计和电池组/包的管理、防护提供理论支持。
附图说明
图1为采用本发明进行内部压力检测的流程图。
图2为本发明实施例中大容量锂离子动力电池内部压力检测结构示意图。
图中标记说明：
1、电池封装壳体，2、软包卷芯，3、压电陶瓷传感器，4、电池封装端盖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
为使本专业领域技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细阐述。
如图1所示，本发明提供一种基于压电传感的大容量锂离子动力电池内部压力检测方法及结构，该方法包括以下步骤：
第一步，布置压电陶瓷传感器于软包卷芯或内部片层材料之间，使其被软包卷芯或内部片层材料夹紧；
第二步，将夹有压电陶瓷传感器的电池组放入封装壳体，并收拢、布置好线路；
第三步，装上电池端盖，采用泡沫胶与耐高温绝缘密封胶进行端盖边缘、传感器线路密封；
第四步，将所组装电池放置于干燥房内自然放置24小时，待密封胶全部固化；
第五步，将电池、传感器线路与相应仪器、仪表相连，开展测试。
其中，针对软包电芯组成的大容量电池，所述结构中至少包含两个软包电芯，且所选软包电芯具有相同的热特性、几何结构、材料及容量。
所选压电陶瓷传感器为毫米级尺寸以下，且与所夹软包电芯或内部片层材料紧贴处理。
压电陶瓷传感器表面需包覆聚酰亚胺胶带，用于减小热电偶与卷芯或内部片层材料表面的摩擦防止内短路。同时可有效避免电解液对传感器的腐蚀。
所选封装壳体采用硬质耐热金属壳体。
压电陶瓷传感器线通过电池端盖中部泄压阀部位所设孔拉出，采用泡沫胶与耐高温绝缘密封胶封住保证电池密封性。
需作出解释的是，本实施例中的压电陶瓷传感器利用锆钛酸铅固溶体的压电效应，将机械能转换成电能，当压电陶瓷传感器的工作端面受到(冲击)压力时，传感器会产生电荷(或电压)，测试系统对这一电荷(或电压)进行放大，然后转换成压力、加速度、机械冲击和振动等物理量。
电池端盖中部泄压阀部位所设孔处通过泡沫胶与耐高温绝缘密封胶进行封装固定，压电陶瓷传感器线之间为不重叠分布，传感器数量与布置位置也可根据实际测试需求进行调节和增减。
具体实现方面，锂离子动力电池封壳成型前，需将不同传感器分布位置与数据记录仪通道编号对应后再进行封装、烘干、注液化成等后续工序。
本发明能够实时准确地检测大容量锂离子动力电池内部压力参量与气体产生情况，对车用锂离子动力电池机理模型构建和安全性提升有着十分重要的意义。
以上所述仅为本发明的具体实施方法而已，并不能限制本发明，凡是在本发明的精神与原则之内，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将压电陶瓷传感器布置在软包卷芯或内部片层材料之间，并使压电陶瓷传感器被软包卷芯或内部片层材料夹紧；
2)将布设有压电陶瓷传感器的电池组放入封装壳体后收拢，并布置压电陶瓷传感器线路；
3)安装电池封装端盖，采用泡沫胶与耐高温绝缘密封胶进行端盖边缘及压电陶瓷传感器线路密封；
4)将所组装电池放置在干燥房内自然放置24小时，待密封胶全部固化；
5)将电池和传感器线路与相应仪器仪表相连，进行测试，具体为：
当压电陶瓷传感器的工作端面受到压力时，压电陶瓷传感器产生电压，外部的测试系统的仪器仪表对该电压信号进行放大后转换成压力、加速度、机械冲击和振动物理量。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，对于由软包电芯组成的大容量电池，其结构中至少包含两个软包电芯，且每个软包电芯具有相同的热特性、几何结构、材料和容量。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，压电陶瓷传感器为毫米级尺寸以下的压电陶瓷传感器，且与所夹软包电芯或内部片层材料紧贴处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，压电陶瓷传感器表面包覆有聚酰亚胺胶带，用于减小压电陶瓷传感器的热电偶与软包卷芯或内部片层材料表面摩擦，防止出现内短路，同时避免电解液对压电陶瓷传感器的腐蚀。
5.根据权利要求1所述的一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法，其特征在于，所述的步骤2)中，封装壳体采用硬质耐热金属壳体。
6.根据权利要求1所述的一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法，其特征在于，所述的步骤3)中，压电陶瓷传感器线路通过电池封装端盖中部泄压阀部位所设孔拉出，并采用泡沫胶与耐高温绝缘密封胶封住保证电池密封性。
7.一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测结构，其特征在于，该结构包括封装壳体(1)、电池封装端盖(4)以及设置在封装壳体(1)内部的多个软包卷芯(3)以及分别设置在相邻两个软包卷芯(3)之间的多个压电陶瓷传感器(4)。
8.根据权利要求7所述的一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测结构，其特征在于，所述的电池封装端盖(4)用以将封装壳体(1)封装，并且在电池封装端盖(4)与封装壳体(1)之间通过耐高温绝缘密封胶进行密封。
9.根据权利要求7所述的一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测结构，其特征在于，所述的电池封装端盖(4)中部设有安装泄压阀的孔，用以穿出压电陶瓷传感器线路，各压电陶瓷传感器线路之间不重叠，压电陶瓷传感器数量与布置位置根据实际测试需求进行调节和增减。
10.根据权利要求7所述的一种基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测结构，其特征在于，所述的压电陶瓷传感器(4)表面包覆有聚酰亚胺胶带。
CN202110553201.4A 2021-05-20 2021-05-20 基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构 Active CN113418651B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110553201.4A CN113418651B (zh) 2021-05-20 2021-05-20 基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110553201.4A CN113418651B (zh) 2021-05-20 2021-05-20 基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113418651A true CN113418651A (zh) 2021-09-21
CN113418651B CN113418651B (zh) 2022-12-16

Family

ID=77712638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110553201.4A Active CN113418651B (zh) 2021-05-20 2021-05-20 基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113418651B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115326248A (zh) * 2022-08-19 2022-11-11 同济大学 柔性传感器、具有自加热与压力感应功能的锂电池及其制作工艺
CN117855641A (zh) * 2024-03-05 2024-04-09 厦门海辰储能科技股份有限公司 储能装置及用电设备

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090246607A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-01 Sanyo Electric Co., Ltd. Laminate type battery and battery module incorporating the laminate type battery
JPWO2015145615A1 (ja) * 2014-03-26 2017-04-13 日産自動車株式会社 インピーダンス測定装置及びインピーダンス測定方法
CN108336436A (zh) * 2017-01-20 2018-07-27 北京小米移动软件有限公司 电池膨胀提示方法及装置
CN108417741A (zh) * 2018-02-05 2018-08-17 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种能够检测锂电池壳体内部压力的新型壳体材料结构
CN109216772A (zh) * 2017-07-07 2019-01-15 潘永东 一种用于监测锂电池内部状态的封装结构及封装方法
CN208805290U (zh) * 2018-10-17 2019-04-30 上海熊猫线缆股份有限公司 一种智能机器人感官用传感皮肤
CN110261781A (zh) * 2019-06-12 2019-09-20 天津市捷威动力工业有限公司 一种电池热失控的预警方法
CN110867622A (zh) * 2019-11-11 2020-03-06 电子科技大学 一种锂离子电池及其制备方法、压力检测方法
CN112290107A (zh) * 2020-09-14 2021-01-29 侯晓华 一种智能锂离子电池封装结构

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090246607A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-01 Sanyo Electric Co., Ltd. Laminate type battery and battery module incorporating the laminate type battery
JPWO2015145615A1 (ja) * 2014-03-26 2017-04-13 日産自動車株式会社 インピーダンス測定装置及びインピーダンス測定方法
CN108336436A (zh) * 2017-01-20 2018-07-27 北京小米移动软件有限公司 电池膨胀提示方法及装置
CN109216772A (zh) * 2017-07-07 2019-01-15 潘永东 一种用于监测锂电池内部状态的封装结构及封装方法
CN108417741A (zh) * 2018-02-05 2018-08-17 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种能够检测锂电池壳体内部压力的新型壳体材料结构
CN208805290U (zh) * 2018-10-17 2019-04-30 上海熊猫线缆股份有限公司 一种智能机器人感官用传感皮肤
CN110261781A (zh) * 2019-06-12 2019-09-20 天津市捷威动力工业有限公司 一种电池热失控的预警方法
CN110867622A (zh) * 2019-11-11 2020-03-06 电子科技大学 一种锂离子电池及其制备方法、压力检测方法
CN112290107A (zh) * 2020-09-14 2021-01-29 侯晓华 一种智能锂离子电池封装结构

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115326248A (zh) * 2022-08-19 2022-11-11 同济大学 柔性传感器、具有自加热与压力感应功能的锂电池及其制作工艺
CN117855641A (zh) * 2024-03-05 2024-04-09 厦门海辰储能科技股份有限公司 储能装置及用电设备
CN117855641B (zh) * 2024-03-05 2024-05-28 厦门海辰储能科技股份有限公司 储能装置及用电设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN113418651B (zh) 2022-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113418651B (zh) 基于压电传感的锂离子动力电池内部压力检测方法及结构
CN113471555B (zh) 智能电芯、电池系统以及电动汽车
CN109799261B (zh) 一种圆柱电池热参数准稳态测定方法与测试装置
CN109613055B (zh) 一种圆柱电池径向导热系数的稳态测定方法与测定装置
CN110838604B (zh) 一种基于光纤布拉格光栅的动力电池及其监测系统和方法
WO2011088325A1 (en) Methods and systems for measuring state of charge
CN106768567A (zh) 锂离子电池内应力的检测装置和测量方法
CN115472941A (zh) 一种单体锂电池植入式氢气检测装置及方法
CN112350003A (zh) 单体电池及其膨胀测试方法
CN201266657Y (zh) 内置压力感应器的蓄电池
CN114914516A (zh) 电芯内部集成柔性压力监测传感器的锂电池
CN114914566A (zh) 电芯内部集成柔性温度监测传感器的锂电池
Chen et al. Detection of jelly roll pressure evolution in large-format Li-ion batteries via in situ thin film flexible pressure sensors
CN116773616B (zh) 气体传感器、电池、用电装置和气体浓度检测方法
CN110987210A (zh) 一种锂离子电池内部温度的检测方法
KR20210136253A (ko) 스트레인 게이지를 이용한 리튬 이차전지의 가스 발생 거동 평가방법
CN112433166A (zh) 一种锂离子动力电池内部失效反应多维度检测方法与结构
CN112510277A (zh) 一种软包电池及其制作方法
CN116818851B (zh) 气体传感器、电池单体、电池和气体浓度检测方法
CN219037885U (zh) 圆柱电芯膨胀检测装置
CN219873677U (zh) 保护膜、电池单体、电池及用电设备
CN220341299U (zh) 电池
CN115219549B (zh) 一种方形壳体锂离子电池内芯膨胀率的原位测试评估方法
CN219321478U (zh) 电芯顶盖、电芯及电池
CN219038234U (zh) 圆柱电芯的膨胀检测装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant