CN209217146U - 目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及锂离子电芯寿命识别装置技术领域，尤其涉及一种目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池；目视识别锂离子电芯寿命的装置包括电连接在锂离子电芯正极和负极之间的多个呈并联设置的寿命显示熔断电阻，各所述寿命显示熔断电阻的阻值呈递减或递增设置。本实用新型所公开的目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池，通过设置寿命显示熔断电阻，当所述寿命显示熔断电阻逐一熔断后，通过肉眼就能识别锂离子电芯的寿命，识别方式简单，只需要目视，无需复杂专业知识。

Description

目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池
技术领域
本实用新型涉及锂离子电芯寿命识别装置技术领域，尤其涉及一种目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池。
背景技术
自1991年全球第一只商业化锂离子电池由日本索尼推向市场以来，锂离子电池产业发展已走到其第27个年头。经过近年的发展，锂离子电池市场规模从无到有，先后超越镍镉电池、镍氢电池等其他二次电池而发展成为仅次于铅酸电池的第二大二次电池产品。从1990年至2012年间，锂离子电池产量从0.5万kWh快速发展到3233.47万kWh，年均复合增长率高达49％，仅次于铅酸电池的3.26亿kWh。2000年之前10年的锂离子电池市场规模的年均复合增长率高达70.8％，之后10年为年均27.1％。从2010年至2015年，比传统功能手机更耗电的智能手机以及平板电脑、电动汽车等新兴市场的崛起，推动了锂离子电池市场的快速发展和市场普及。到2015年全球锂离子电池产量快速发展到7921.7万kWh，是2010年的3倍多。在全球经济总体处于低谷徘徊的情况下，如此高速增长尤为难得。
在锂电池的使用过程中，对其寿命的估计一直是一个比较困难的问题，因为锂电池作为化学二次能源，其寿命由其中化学成分的活性、状态、结构、浓度等多方面共同决定。一般对其寿命的定义是：在标准环境及标准工况下，其放出的电量比上出厂时的电量，获得一个比率，一般此比率低于80％时，认为寿命结束。通过上文对寿命的定义，想显示寿命，需要1标准环境、2标准工况(放电电流/电压)、3完整充放电循环、4电量计量、5知晓初始电量。作为一些便携锂电设备，是不具备测试寿命的条件的。大家可以回忆一下，低头看一下我们的手机、手电、遥控玩具等锂电设备时，都只能查看剩余电量，却无法获得关于其寿命的信息。在我们平时使用时无法准确评估何时该更换电池，只能凭借感觉，有很多场景都带来不便。
对于目前的一些大型锂电设备，如动力电池等，由于其引入了复杂的管理系统，能够对电池的寿命进行估计，但也是近似的估计。此类大型锂电应用设备，由于成本高，锂电用量大，都不会进行直接报废，需要拆解、筛选、再循环使用，在这一过程中又需要对锂电进行标准寿命标定，或者采用复杂设备进行综合筛选，整个过程耗时、耗力，成本较高。
因此，为了解决上述问题，急需发明一种新的目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池。
发明内容
本实用新型的目的在于：提供一种目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池，能够不使用任何辅助设备，直接通过目视来识别锂离子电池寿命是否达到终点的装置，该装置结构简单，成本低廉，可帮助用户快速识别产品状态，提高效率。
本实用新型提供了下述方案：
一种目视识别锂离子电芯寿命的装置，包括电连接在锂离子电芯正极和负极之间的多个呈并联设置的寿命显示熔断电阻，各所述寿命显示熔断电阻的阻值呈递减或递增设置。
优选地，所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置还包括一端电连接在锂离子电芯的正极上的通断自动控制模块，该通断自动控制模块的另一端分别电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端，各所述寿命显示熔断电阻的第二连接端均与锂离子电芯的负极电连接。
优选地，所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述低温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述低温门限开关的另一端与所述高温门限开关的一端电连接，所述高温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。
优选地，所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述高温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述高温门限开关的另一端与所述低温门限开关的一端电连接，所述低温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。
优选地，所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置还包括一端电连接在锂离子电芯的负极上的通断自动控制模块，该通断自动控制模块的另一端分别电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端，各所述寿命显示熔断电阻的第二连接端均与锂离子电芯的正极电连接。
优选地，所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述低温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述低温门限开关的另一端与所述高温门限开关的一端电连接，所述高温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。
优选地，所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述高温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述高温门限开关的另一端与所述低温门限开关的一端电连接，所述低温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。
优选地，所述通断自动控制模块和各所述寿命显示熔断电阻呈PCB板一体化封装。
优选地，所述PCB板上设有用于与锂离子电芯并联的导线。
进一步地，本实用新型还提供了一种方型锂离子电池，包括多个锂离子电芯和连接在各所述锂离子电芯上的所述目视识别锂离子电芯寿命的装置。
本实用新型产生的有益效果：
1、本实用新型所公开的目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池，包括电连接在锂离子电芯正极和负极之间的多个呈并联设置的寿命显示熔断电阻，各所述寿命显示熔断电阻的阻值呈递减或递增设置；所述寿命显示模块包括多个并联设置的寿命显示熔断电阻；通过设置寿命显示熔断电阻，当所述寿命显示熔断电阻逐一熔断后，通过肉眼就能识别锂离子电芯的寿命，识别方式简单，只需要目视，无需复杂专业知识；同时，采用的识别原理具有理论支持，有较高可靠性。
2、所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述高温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述高温门限开关的另一端与所述低温门限开关的一端电连接，所述低温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端；成本低廉，使用的材料为温度记忆金属(目前很多反复使用的保险丝即为该材质)和标准熔断电阻，器件全部集中到一小块PCB板上，类似手机电池的PACK保护板，适用电池类型范围广泛，目前的便携式和动力型的锂电池都适用。
附图说明
图1为本实用新型的目视识别锂离子电芯寿命的装置的一种电路图；
图2为本实用新型的目视识别锂离子电芯寿命的装置的又一种电路图；
图3为本实用新型的目视识别锂离子电芯寿命的装置的另一种电路图；
图4为本实用新型的目视识别锂离子电芯寿命的装置的原理图；
图5为本实用新型的目视识别锂离子电芯寿命的装置的结构示意图；
图6为本实用新型的温度自适应通断开关的结构示意图(常温)；
图7为本实用新型的温度自适应通断开关的结构示意图(变温)。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
参见图1和5所示，一种目视识别锂离子电芯寿命的装置，包括电连接在锂离子电芯正极和负极之间的多个呈并联设置的寿命显示熔断电阻1，各所述寿命显示熔断电阻的阻值呈递减或递增设置。
参见图2和5所示，所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置还包括一端电连接在锂离子电芯的正极上的通断自动控制模块，该通断自动控制模块的另一端分别电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端，各所述寿命显示熔断电阻的第二连接端均与锂离子电芯的负极电连接。所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述低温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述低温门限开关的另一端与所述高温门限开关的一端电连接，所述高温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。具体实施时，还可以为，所述通断自动控制模块包括低温门限开关2和高温门限开关3，其中，所述高温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述高温门限开关的另一端与所述低温门限开关的一端电连接，所述低温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。其他情况类似，在此不再累述，图中也未表示。
参见图3和5所示，所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置还包括一端电连接在锂离子电芯的负极上的通断自动控制模块，该通断自动控制模块的另一端分别电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端，各所述寿命显示熔断电阻的第二连接端均与锂离子电芯的正极电连接。所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述高温门限开关的一端与锂离子电芯的负极电连接，所述高温门限开关的另一端与所述低温门限开关的一端电连接，所述低温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。具体实施时，还可以为，所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述低温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述低温门限开关的另一端与所述高温门限开关的一端电连接，所述高温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。其他情况类似，在此不再累述，图中也未表示。
参见图5所示，所述通断自动控制模块和各所述寿命显示熔断电阻呈PCB板4一体化封装。所述寿命显示熔断电阻上设有用于增加醒目效果的颜色涂层；对于颜色涂层的具体结构，图中未表示，为现有公知技术，在此不再累述。所述低温门限开关2和所述高温门限开关均采用温度记忆金属6制成，所述温度记忆金属设置在基层5上，温度变化前后的结构参见图6和图7所示。所述PCB板上设有用于与锂离子电芯并联的导线。
本实施例中还提供了一种锂离子电芯寿命的目视识别方法，基于所述目视识别锂离子电芯寿命的装置实现；首先，将所述目视识别锂离子电芯寿命的装置电连接于锂离子电芯的正极和负极之间；经操作人员观测，所述寿命显示熔断电阻由阻值低的向阻值高的依次熔断，直至阻值最高的所述寿命显示熔断电阻熔断，则判断锂离子电芯的寿命终止。此外，当工作温度低于正常工作的温度，则所述低温门限开关断开，所述目视识别锂离子电芯寿命的装置停止工作；当工作温度高于正常工作的温度，则所述高温门限开关断开，所述目视识别锂离子电芯寿命的装置停止工作；当工作温度正常时，所述低温门限开关和所述高温门限开关均闭合，所述目视识别锂离子电芯寿命的装置正常工作。
本实施例中还提供了一种方型锂离子电池，包括多个锂离子电芯和连接在各所述锂离子电芯上的所述目视识别锂离子电芯寿命的装置。
本实用新型所公开的目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池，包括电连接在锂离子电芯正极和负极之间的多个呈并联设置的寿命显示熔断电阻，各所述寿命显示熔断电阻的阻值呈递减或递增设置；所述寿命显示模块包括多个并联设置的寿命显示熔断电阻；通过设置寿命显示熔断电阻，当所述寿命显示熔断电阻逐一熔断后，通过肉眼就能识别锂离子电芯的寿命，识别方式简单，只需要目视，无需复杂专业知识；同时，采用的识别原理具有理论支持，有较高可靠性。
本实用新型所公开的目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池，所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述高温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述高温门限开关的另一端与所述低温门限开关的一端电连接，所述低温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端；成本低廉，使用的材料为温度记忆金属(目前很多反复使用的保险丝即为该材质)和标准熔断电阻，器件全部集中到一小块PCB板上，类似手机电池的PACK保护板，适用电池类型范围广泛，目前的便携式和动力型的锂电池都适用，圆柱、软包或方型电池也都可以轻易加装。
本实施例中所述目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池的原理为：对于一部分锂电池寿命综合测试仪，锂电池的内阻是重要评估指标，在锂离子电池的使用过程中，内阻会不断变大(正负极结构的损坏增大内阻，电解液活性的降低增大内阻，SEI膜的反复成膜增大内阻)。根据以往经验数据，在锂电池循环寿命结束时(容量降至80％)，内阻可以增大至2倍以上，所以本实用新型监测的核心内容，即电池内阻的变化。通过简单电阻元器件的使用，达到对电芯内阻的监测和可视化效果。参见图4和图5所示，其中Rcold为低温门限开关的电阻，Rheat为高温门限开关的电阻，Rlife1，Rlife2，Rlife3均为寿命显示熔断电阻的电阻，Rbattery为锂离子电芯的内阻。该装置采用电阻元件集成至PCB板的方式实现，由两部分组成：通断自动控制模块，寿命显示模块。通断自动控制模块第一个元件是冷记忆金属(即在温度较低的情况下会发生弯曲，断开回路，温度恢复后重新恢复直线形态)，该元件的作用在于锂离子电池在低温环境下，电阻会变大，此时如果不断开回路会使寿命显示装置发生误判，即避免该装置在低温环境下工作。第二个元件是热记忆金属(即在其本身通过电流时间较长，温度变高的情况下会发生弯曲，断开回路，温度恢复后重新恢复直线形态)，该元件的作用在于寿命显示旁路了电流会消耗电芯的额外能量(小于1％)，所以不宜长期处在工作状态，监测完成后就应该断开。在电流通过寿命显示模块一定时间后(小于30s)，由于电流流过导体发热，使整个回路断开，避免继续损耗能量。寿命显示模块，可以由多个阻值不同的保险丝组成(阻值由低到高)，整个装置与电芯并联，当电芯内阻增大时，相应的流过保险丝的电流会增大，则烧断保险丝，通过高低不同的保险丝烧断的情况，可以判断电芯寿命处在哪一阶段。例如，充电过程总电压为U，电池内阻为Rb，寿命显示保险丝电阻为Rlife＝100Rb(此时即旁路了总电流的0.91％)。在寿命为100％时，Ib＝U/Rb，Ilife＝U/Rlife＝U/100Rb＝001Ib，此时流经寿显电阻的电流为Ilife；在寿命为0％时，电池内阻变为2Rb,在电流Ib维持不变的情况下，电压变为2U，此时流经寿显电阻的电流变为增大了1倍，可以熔断电阻，通过肉眼直接观察，即可观察到视觉上的变化(该电阻可以采用有色设计，熔断后色块消失，非常明显)。同理针对不同的寿命显示，可以分别选择熔断电流为标准的1.2倍，1.5倍，2倍，即实现了对不同寿命阶段的显示。以实际产品举例。某方型电芯，出厂内阻为10mΩ，标准使用下最大电流为20A。通过测试，其使用寿命分别达到20％、50％、100％时，对应的内阻为12mΩ、15mΩ、20mΩ。对应的对其配备阻值为，1.2Ω、1.5Ω、2Ω的熔断电阻，对应的熔断电流为240mA、300mA、400mA。在使用过程中，随着其电芯老化，内部阻抗逐渐增大，对应的寿命显示熔断电阻，分别断开，代表其寿命逐渐终结。
本实施例中所述目视识别锂离子电芯寿命的装置及方型锂离子电池，成本低廉，使用的材料为温度记忆金属(目前很多反复使用的保险丝即为该材质)和标准熔断电阻，器件全部集中到一小块PCB板上，类似手机电池的PACK保护板；适用电池类型范围广泛，目前的便携式和动力型的锂电池都适用；识别方式简单，只需要目视，无需复杂专业知识；采用的识别原理具有理论支持，有较高可靠性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种目视识别锂离子电芯寿命的装置，其特征在于：包括电连接在锂离子电芯正极和负极之间的多个呈并联设置的寿命显示熔断电阻，各所述寿命显示熔断电阻的阻值呈递减或递增设置。
2.根据权利要求1所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置，其特征在于：还包括一端电连接在锂离子电芯的正极上的通断自动控制模块，该通断自动控制模块的另一端分别电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端，各所述寿命显示熔断电阻的第二连接端均与锂离子电芯的负极电连接。
3.根据权利要求2所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置，其特征在于：所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述低温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述低温门限开关的另一端与所述高温门限开关的一端电连接，所述高温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。
4.根据权利要求2所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置，其特征在于：所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述高温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述高温门限开关的另一端与所述低温门限开关的一端电连接，所述低温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。
5.根据权利要求1所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置，其特征在于：还包括一端电连接在锂离子电芯的负极上的通断自动控制模块，该通断自动控制模块的另一端分别电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端，各所述寿命显示熔断电阻的第二连接端均与锂离子电芯的正极电连接。
6.根据权利要求5所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置，其特征在于：所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述低温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述低温门限开关的另一端与所述高温门限开关的一端电连接，所述高温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。
7.根据权利要求5所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置，其特征在于：所述通断自动控制模块包括低温门限开关和高温门限开关，其中，所述高温门限开关的一端与锂离子电芯的正极电连接，所述高温门限开关的另一端与所述低温门限开关的一端电连接，所述低温门限开关的另一端电连接各所述寿命显示熔断电阻的第一连接端。
8.根据权利要求2或5所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置，其特征在于：所述通断自动控制模块和各所述寿命显示熔断电阻呈PCB板一体化封装。
9.根据权利要求8所述的目视识别锂离子电芯寿命的装置，其特征在于：所述PCB板上设有用于与锂离子电芯并联的导线。
10.一种方型锂离子电池，其特征在于，包括多个锂离子电芯和连接在各所述锂离子电芯上的如权利要求1-8中任一所述目视识别锂离子电芯寿命的装置。
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