CN213238767U

CN213238767U - 一种基于应变测量的动力锂离子电池火灾预警探测装置

Info

Publication number: CN213238767U
Application number: CN202022398076.8U
Authority: CN
Inventors: 吴小川; 李小白; 刘晓鹏
Original assignee: Shenyang Fire Research Institute of MEM
Current assignee: Shenyang Fire Research Institute of MEM
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2030-10-26

Abstract

本实用新型提供一种基于应变测量的动力锂离子电池火灾预警探测装置，涉及检测技术领域。该系统包括应变测量电路、热敏电阻测温电路，应变测量电路包括电压基准源电路、惠斯登电桥电路、差分放大电路；其中电压基准源电路包括电容C14、电容C15、电容C16，电阻R3，可调稳压芯片TL431；差分放大电路包括电阻R13、R14、R15、R18、R21、R22、R7、R16，电位器R11，运算放大器TP09；热敏电阻测温电路包括电阻R39、R36，电容C38、C36，NTC热敏电阻R35；可以实现动力锂离子电池发生热失控的早期探测，降低由于动力锂离子电池热失控发生火灾的风险，对提高动力锂离子电池的安全性能。

Description

一种基于应变测量的动力锂离子电池火灾预警探测装置

技术领域

本实用新型涉及检测技术领域，尤其涉及一种基于应变测量的动力锂离子电池火灾预警探测装置。

背景技术

锂离子电池以其能量密度高、无记忆效应、生命周期长等优异性能成为新能源汽车的主要动力源。但是能量越高意味着热稳定性越差，机械损伤、短路、过充等因素或者某些极端滥用条件下可能会发生起火爆炸。从某一角度来说，不管是过充、碰撞还是短路引发的起火爆炸等安全事故都可以归结于热失控的问题——蓄电池内放热反应引起不可控温升的现象。解决锂离子电池热失控问题，提高锂离子电池安全性能，是锂离子电池在新能源领域进一步推广与应用需要攻克的关键难题。

现有技术根据锂离子发生电池热失控时释放气体，环境温度升高的特征，提出了采用一氧化碳和温度复合探测技术，研制了一氧化碳和感温复合型火灾探测装置，在热失控发生的中早期实现火灾探测报警，但报警时间略晚。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于应变测量的动力锂离子电池火灾预警探测装置。本实用新型通过对锂离子电池热失控特征进行分析，提出采用测量电池形变的方法，实现锂离子电池热失控早期火灾预警的方法，设计了测量分析电路，在热失控早期实现火灾探测报警，提早报警时间。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种基于应变测量的动力锂离子电池火灾预警探测装置，包括应变测量电路、热敏电阻测温电路；

所述应变测量电路包括电压基准源电路、惠斯登电桥电路、差分放大电路；

所述电压基准源电路包括电容C14、电容C15、电容C16，电阻R3，可调稳压芯片TL431；电容C14与电容C15并联，电容C14的正极连接5V电源输入的正极，电容C14的负极连接地。电源正极连接电阻R3，电阻R3的另一端连接可调稳压芯片TL431的管脚1，可调稳压芯片TL431的管脚1与管脚2短接后与电容C16的一端连接，电容C16的另一端连接地，可调稳压芯片TL431的管脚3与地连接，可调稳压芯片TL431的管脚2输出2.5V基准电压；

所述惠斯登电桥电路包括电阻R9、电阻R10、电阻R17和端子P4，端子P4连接测量应变片，电阻R9与测量应变片P4串联后与电阻R10、电阻R17的串联支路并联，在电阻R9与P4的公共连接点及电阻R15与电阻R17的公共连接点取出测量差分电压信号进行放大测量；

所述差分放大电路包括电阻R13、R14、R15、R18、R21、R22、R7、R16，电位器R11，运算放大器TP09；差分电压输入信号分别连接电阻R14、R15的一端，R14连接运算放大器TP09的5脚，R15的另一端连接运算放大器TP09的6脚，运算放大器TP09的5脚同时连接电阻R13，电阻R13的另一端连接地，TP09的6脚与7脚连接电阻R18，TP09的7脚同时连接电阻R21，R21的另一端分别连接TP09的2脚和R22的一端，R22的另一端连接TP09的1脚，TP09的1脚连接电阻R16的一端，R16的另一端连接电容C20的一端，C20的另一端连接地，电阻R7的一端接入2.5V电源的正极，R7的另一端连接电位器R11的进线端，电位器R11的出线端接入地，电位器R11的调节端接入TP09的3脚，TP09的4脚接入地。差分测量电压信号经放大后在R16与C20的公共连接端输出；

所述热敏电阻测温电路包括电阻R39、R36，电容C38、C36，NTC热敏电阻R35；热敏电阻R35的一端与3.3V电源的正极连接，R35的另一端分别连接电阻R39和R36的一端，电阻R39的另一端连接地，电阻R36的另一端连接电容C36的一端，电容C36的另一端接地，电容C38与电阻R39并联，温度测量电压信号在电阻R36与电容C36的公共连接端输出。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本实用新型提供一种基于应变测量的动力锂离子电池火灾预警探测装置，实现提早动力锂离子电池的火灾探测报警时间，可以实现动力锂离子电池发生热失控的早期探测，降低由于动力锂离子电池热失控发生火灾的风险，对提高动力锂离子电池的安全性能，促进新能源汽车产业的发展具有重要作用。

附图说明

图1为本实用新型实施例应变测量电路示意图；

图2为本实用新型实施例热敏电阻测温电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式加以详细的说明。

一种基于应变测量的动力锂离子电池火灾预警探测装置，如图1所示，包括应变测量电路、热敏电阻测温电路；

所述热敏电阻测温电路包括电阻R39、R36，电容C38、C36，NTC热敏电阻R35，如图2所示；热敏电阻R35的一端与3.3V电源的正极连接，R35的另一端分别连接电阻R39和R36的一端，电阻R39的另一端连接地，电阻R36的另一端连接电容C36的一端，电容C36的另一端接地，电容C38与电阻R39并联，温度测量电压信号在电阻R36与电容C36的公共连接端输出。

本实施例中电路中的U5采用TL431可控精密稳压源芯片，与电阻R3、电容C14、C15、C16组成了2.5V的精密稳压电路，为惠斯登电桥供电。

电路中的P4连接检测应变片，与电阻R9、R10、R17组成了惠斯登电桥电路。应变片的型号为BF350-3AA，稳态工作电阻为350Ω，R9、R10、R17选取精度为1％的348Ω电阻。设应变片的电阻为R，应变片桥臂的输出电压为U1，电阻桥臂的输出电压为U2，则U1、U2的输出值如式(1)、式(2)所示。

U2＝1.25V…………………………………………(2)

U7为运算放大器，型号为TP09。电阻R14、R15、R13、R18和TP09的第2路运放组成了差分放大电路，对惠斯登电桥的输出电压进行放大。根据运算放大器的“虚短”、“虚断”，设TP09第二路运放的输出为Uo，Uo与U1、U2的关系如式(3)所示。

电路中，R13、R18选取精度为1％的348kΩ电阻，R14、R15选取精度为1％的6.98kΩ的电阻，代入式(3)，整理后得出式(4)。

TP09的第一路运放和电阻R21、R22、R7，可调电阻R11组成了加减法运算放大电路。其中，通过调节R11的阻值，可以调节运放正向输入端的电压Uadj，设TP09的第一路输出为Uo2，Uo和Uo2的关系如式(5)所示。

R21选取精度为1％的8.66kΩ，R22选取精度为1％的348kΩ电阻，整理后得出式(6)。

Uo2＝41.18Uadj-40.18×(U1-U2)…………………(6)

电路采用单电源5V的供电方式，Uo2的变化范围为0～5V，通过调节R11，可以调节电路的零点。

所述热敏电阻测温电路，此电路用于测量应变片的环境温度。通过测量的环境温度对应变片测量电路的测量数据进行温度补偿。

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权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种基于应变测量的动力锂离子电池火灾预警探测装置，其特征在于：包括应变测量电路以及热敏电阻测温电路；

所述应变测量电路包括电压基准源电路、惠斯登电桥电路、差分放大电路；所述热敏电阻测温电路包括电阻R39、R36，电容C38、C36，NTC热敏电阻R35；热敏电阻R35的一端与3.3V电源的正极连接，R35的另一端分别连接电阻R39和R36的一端，电阻R39的另一端连接地，电阻R36的另一端连接电容C36的一端，电容C36的另一端接地，电容C38与电阻R39并联，温度测量电压信号在电阻R36与电容C36的公共连接端输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于应变测量的动力锂离子电池火灾预警探测装置，其特征在于，所述电压基准源电路包括电容C14、电容C15、电容C16，电阻R3，可调稳压芯片TL431；电容C14与电容C15并联，电容C14的正极连接5V电源输入的正极，电容C14的负极连接地；电源正极连接电阻R3，电阻R3的另一端连接可调稳压芯片TL431的管脚1，可调稳压芯片TL431的管脚1与管脚2短接后与电容C16的一端连接，电容C16的另一端连接地，可调稳压芯片TL431的管脚3与地连接，可调稳压芯片TL431的管脚2输出2.5V基准电压；

所述差分放大电路包括电阻R13、R14、R15、R18、R21、R22、R7、R16，电位器R11，运算放大器TP09；差分电压输入信号分别连接电阻R14、R15的一端，R14连接运算放大器TP09的5脚，R15的另一端连接运算放大器TP09的6脚，运算放大器TP09的5脚同时连接电阻R13，电阻R13的另一端连接地，TP09的6脚与7脚连接电阻R18，TP09的7脚同时连接电阻R21，R21的另一端分别连接TP09的2脚和R22的一端，R22的另一端连接TP09的1脚，TP09的1脚连接电阻R16的一端，R16的另一端连接电容C20的一端，C20的另一端连接地，电阻R7的一端接入2.5V电源的正极，R7的另一端连接电位器R11的进线端，电位器R11的出线端接入地，电位器R11的调节端接入TP09的3脚，TP09的4脚接入地，差分测量电压信号经放大后在R16与C20的公共连接端输出。