CN208226018U - 一种圆柱形锂离子电池及其温度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种圆柱形锂离子电池，包括测温点、钢壳、以及设于钢壳内部的卷芯，在卷芯的中心位置设置内部测温点，在钢壳外侧中部设置外部测温点，在钢壳上设置通孔。本实用新型还提供了一种圆柱形锂离子电池温度测试装置，包括上述圆柱形锂离子电池，还包括测温线和温度测试仪。本实用新型中测温点和开孔的位置不会对电池的组装和充放电循环过程造成影响；温度测试装置能够对圆柱形锂离子电池的内部温度和外部温度进行实时监控和准确测量。

Description

一种圆柱形锂离子电池及其温度测试装置

技术领域

本实用新型属于锂离子电池测试领域，具体涉及一种圆柱形锂离子电池及其温度测试装置。

背景技术

锂离子电池在充放电过程中伴随着多种电化学反应和物质传输过程，在此过程中容易产生热量，如果热量长时间积累，可能会导致电池产生过热问题，影响电池的正常使用，甚至带来安全问题。因此，对于电池工作过程中温度的实时监控和准确测量可以为电池设计和安全使用提供必要的理论依据。

目前的电芯温度测试大多数停留在电芯表面温度的测试程度，即使有电芯内部测温装置，也与电芯实际工作过程中的压力状态、热扩散状态相差较远，同时这些装置测量过程中步骤较为繁琐费时，并且不能装配电池包里进行使用，因此无法进行真正的温度测试来收集电芯的吸热和产热状态。如果能在电池包充放电过程中对电芯内部和外部进行准确的温度标定，那么在电池包热管理系统设计、BMS设计等方面将能够有更大的帮助。

实用新型内容

为了解决所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于在电池包充放电过程中能够对电池电芯内部和外部进行准确温度标定的圆柱形锂离子电池，包括测温点、钢壳、以及设于钢壳内部的卷芯，在卷芯的中心位置设置内部测温点，在钢壳外侧中部设置外部测温点，在钢壳上设置通孔。本实用新型还提供了一种圆柱形锂离子电池温度测试装置，包括上述圆柱形锂离子电池，还包括测温线和温度测试仪。本实用新型中测温点和开孔的位置不会对电池的组装和充放电循环过程造成影响；温度测试装置能够对圆柱形锂离子电池的内部温度和外部温度进行实时监控和准确测量。

本实用新型所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本实用新型提供了一种圆柱形锂离子电池，包括测温点、钢壳、设于钢壳内部的卷芯；

所述测温点包括内部测温点和外部测温点；所述钢壳外侧设有通孔。

进一步地，所述内部测温点位于卷芯的中心位置。通过测温线和温度测试仪来实时监控和准确测量锂离子电池内部的实际温度。

进一步地，所述外部测温点位于钢壳外侧的中部。与内部测温点位置相对应，外部测温点位于钢壳外侧，与钢壳顶部的距离为钢壳长度的45%-55%。通过测温线和温度测试仪来实时监控和准确测量锂离子电池外部的实际温度。

进一步地，所述通孔距离钢壳底部0.5-4mm；所述通孔直径为0.5-2mm。在钢壳外侧开通孔能够完成电池的正常组装，并且不会对电池的充放电循环过程造成破坏。通孔的直径设定需确保测温线的正常穿过，同时通孔直径不宜过大，直径过大不利于通孔的密封。

本实用新型还提供了一种圆柱形锂离子电池温度测试装置，包括上述圆柱形锂离子电池，还包括测温线和温度测试仪。

进一步地，所述测温线包括内部测温线和外部测温线。内部测温线和外部测温线分别与上述内部测温点和外部测温线相对应。

进一步地，所述内部测温线一端设于圆柱形锂离子电池内部测温点位置，另一端经由钢壳外侧的通孔，与温度测试仪相连。将内部测温线穿过通孔伸入钢壳内部，将上述内部测温线手动放置于卷芯的中心位置，内部测温线留在钢壳外的部分长度在5-30cm；将上述插入内部测温线的电芯进行正常的底焊、滚槽、焊接帽盖工序；然后在上述通孔上填充密封胶进行密封处理，优选UV胶进行密封处理，密封后在紫外烘箱中固化；将上述固化后的电芯进行注液和封口，内部测温线与电解液相接触，得到内置测温线的圆柱形锂离子电池；将上述内置测温线的圆柱形锂离子电池在室温下静置24-30h，待电解液与电极材料充分浸润后，将内部测温线另一端与温度测试仪相连。内部测温线用于探测锂离子电池卷芯中心位置的温度；内部测温线另一端包括正负极引线，引线与温度测试仪相连，用于显示锂离子电池内部的实际温度。

所述外部测温线一端与圆柱形锂离子电池外部测温点固定连接，另一端与温度测试仪相连。外部测温线在外部测温点位置处与钢壳直接接触，外部测温线另一端包括正负极引线，引线与温度测试仪相连，用于显示锂离子电池外部的实际温度。

进一步地，所述测温线直径为0.2-0.4mm。测温线最宽处为0.4mm，与上述通孔的直径相匹配，能够正常穿过上述通孔。

进一步地，所述测温线为热电偶，优选为K型热电偶或N型热电偶。热电偶是常用的测温元件，能够直接测量温度，把温度信号转换成电动势信号。热电偶由热电极、绝缘套、保护管和接线盒组成，和温度测试仪配套使用，能直观的测量和监控被测介质的温度状况。

锂离子电池内外部温度一般在1000℃以下，从温度区间上选择K型热电偶后N型热电偶为宜。进一步优选，所述测温线为K型热电偶，K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和，K型热电偶热电动势大、灵敏度高、稳定性好、抗氧化能力强、价格便宜。

进一步地，所述温度测试仪为安捷伦温度测试仪。上述K型热电偶的金属丝材料正极为镍铬合金、负极为镍铝合金；正极与安捷伦测温仪插线板其中一个端口的H端相连，负极与同一端口的L端相连。

本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型中圆柱形锂离子电池制作过程简单，除了测温线和密封胶，不需要其他附件。

2.本实用新型中K型热电偶热电动势大、灵敏度高、稳定性好、抗氧化能力强、价格便宜。

3.本实用新型中测温附件不会影响电芯本身的性能。

4.本实用新型的测温装置能够在电池进行充放电过程中对电池内外部温度进行实时监控和准确测量。

附图说明

图1为本实用新型中圆柱形锂离子电池温度测试装置结构示意图。

图2为本实用新型中圆柱形锂离子电池预充阶段的温升曲线。

图3为本实用新型中圆柱形锂离子电池0.5C条件下充电时的温升曲线。

图4为本实用新型中圆柱形锂离子电池0.5C条件下放电时的温升曲线。

图5为本实用新型中圆柱形锂离子电池1.0C条件下放电时的温升曲线。

附图符号说明：1、钢壳；2、卷芯；3、外部测温线；4、内部测温线；5、温度测试仪；101、通孔；102、外部测温点；201、内部测温点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型中圆柱形锂离子电池温度测试装置结构示意图如图1所示，圆柱形锂离子电池温度测试装置包括钢壳1，卷芯2，设于钢壳外侧的通孔101，位于钢壳外侧中部的外部测温点102，位于卷芯中心位置的内部测温点201，还包括用于探测锂离子电池外部温度的外部测温线3，用于探测锂离子电池内部温度的内部测温线4，以及用于显示和输出内外部温度的温度测试仪5。所述通孔101距离钢壳底部0.5-4mm，所述通孔直径为0.5-2mm。其中，上述内部测温线和外部测温线为K型热电偶，K型热电偶直径为0.2-0.4mm。所述外部测温线3一端在外部测温点102位置处与钢壳直接接触，另一端与温度测试仪相连；所述内部测温线4一端设于圆柱形锂离子电池内部测温点201位置，另一端经由钢壳外侧的通孔101，与温度测试仪5相连，上述温度测试仪为安捷伦温度测试仪，K型热电偶的正极与安捷伦测温仪插线板其中一个端口的H端相连，负极与同一端口的L端相连。所述通孔101用UV胶进行密封处理。

实施例1

1.圆柱形锂离子电池的制备

S01，在距离钢壳底部1mm处开一个直径为0.5mm的通孔，将K型热电偶穿过通孔，将K型热电偶插入卷芯的中心位置，留在钢壳外部的测温线长度为20cm。

S02，将上述插入K型热电偶的电芯进行正常的底焊、滚槽、焊接帽盖工序；将S01中的通孔用UV胶进行密封处理，然后在紫外烘烤箱中进行固化，直至UV胶完全凝固。

S03，将S02中密封好的电芯进行注液和封口，将上述K型热电偶与电解液相接触，得到内置K型热电偶的圆柱形锂离子电池；将上述内置K型热电偶的圆柱形锂离子电池在室温下静置24h，待电解液与电极材料充分浸润后，将K型热电偶另一端与安捷伦温度测试仪相连。

S04，在上述锂离子电池钢壳外侧中间位置布置相同的K型热电偶，K型热电偶与钢壳直接接触，将K型热电偶另一端与安捷伦温度测试仪相连。K型热电偶中正极与安捷伦测温仪插线板其中一个端口的H端相连，负极与同一端口的L端相连。

2.圆柱形锂离子电池预充电

将上述圆柱形锂离子电池在0.2C(550mA)的电流下恒流预充至4.2V，然后恒压预充至0.01C(27.5mA)，预充阶段同步测试电池内部和外部温度，温升曲线如图2所示。由图2可知，预充过程中，内部和外部温度变化都是先升后降，最大温差为内部温度比外部温度高1℃左右。预充电实验结果表明，通过本实用新型中的温度测试方法可以快捷准确地测得锂离子电池内部和外部的温度，实时地监控锂离子电池内部和外部的温度变化，同时不影响锂离子电池的正常预充电。

3.充放电实验

将上述预充完毕的圆柱形锂离子电池进行0.5C(1375mA)充电，实验过程中检测锂离子电池内外温度，锂离子电池的温升曲线如图3所示。由图3可知，整个充电过程中，内部温度高于外部温度。锂离子电池充电起始阶段温升迅速，说明产热量大于散热量；随后温升平缓，说明产热量和散热量相当；然后温度再次上升，内外温差达到最大值0.65℃；随后温度下降，说明产热量小于散热量。

实施例2

实施例2中圆柱形锂离子电池的制备和预充电与实施例1相同，不同点为预充完毕的锂离子电池进行0.5C(1375mA)放电，实验过程中检测锂离子电池内外温度，锂离子电池的温升曲线如图4所示。由图4可知，锂离子电池在放电的起始阶段，温升较快；在放电的中间部分，温度变化不大，说明产热量与散热量基本相当；在放电的末梢，温度迅速上升，内外温差达到最高值1.54℃，随后温度又迅速下降。

实施例3

实施例3中圆柱形锂离子电池的制备和预充电与实施例1相同，不同点为预充完毕的锂离子电池进行1C(2750mA)放电，实验过程中检测锂离子电池内外温度，锂离子电池的温升曲线如图5所示。由图5可知，锂离子电池在放电过程中温升明显，在放电的末梢，温度迅速上升，内外温差达到最高值2.98℃，随后温度又迅速下降。

由实施例可见，本实用新型中圆柱形锂离子电池制备过程简单，除了测温线和密封胶，不需要其他附件；同时测温附件不会影响电池本身的性能。本实用新型中圆柱形锂离子电池温度测试装置，能够在电池进行充放电过程中对电池内外部温度进行准确的测量，实时监控电池内外部温度的变化。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型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实用新型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实用新型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实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种圆柱形锂离子电池，其特征在于：包括测温点、钢壳、设于钢壳内部的卷芯；

所述测温点包括内部测温点和外部测温点；

所述钢壳外侧设有通孔；

所述内部测温点位于卷芯的中心位置；

所述外部测温点位于钢壳外侧的中部。

2.如权利要求1所述圆柱形锂离子电池，其特征在于：所述通孔距离钢壳底部0.5-4mm；所述通孔直径为0.5-2mm。

3.一种圆柱形锂离子电池温度测试装置，其特征在于：包括如权利要求1-2任一所述圆柱形锂离子电池，还包括测温线、温度测试仪；

所述测温线包括内部测温线和外部测温线。

4.如权利要求3所述圆柱形锂离子电池温度测试装置，其特征在于：所述内部测温线一端设于圆柱形锂离子电池内部测温点位置，另一端经由钢壳外侧的通孔，与温度测试仪相连；所述外部测温线一端与圆柱形锂离子电池外部测温点固定连接，另一端与温度测试仪相连。

5.如权利要求3所述圆柱形锂离子电池温度测试装置，其特征在于：所述通孔上填充密封胶。

6.如权利要求3所述圆柱形锂离子电池温度测试装置，其特征在于：所述测温线直径为0.2-0.4mm。

7.如权利要求3所述圆柱形锂离子电池温度测试装置，其特征在于：所述测温线为热电偶。

8.如权利要求3所述圆柱形锂离子电池温度测试装置，其特征在于：所述测温线为K型热电偶或N型热电偶。