CN218824616U - 一种锂电池状态监测传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池状态监测传感器，包括主体和传感器模块，传感器模块设置在主体内，主体包括上盖和外壳；传感器模块包括温度传感器、压力传感器、颗粒物传感器、单片机控制器以及PCB电路板；温度传感器、压力传感器、颗粒物传感器、单片机控制器设于PCB电路板上；单片机控制器分别与温度传感器、压力传感器、颗粒物传感器电气连接。本实用新型的一种锂电池状态监测传感器，通过改进传感器装置的结构构造，提供了一种三合一的多方面监测传感器，利用传感器内部单片机控制器算法有效判断是否发生热失控，颗粒物，温度，压力组合监测，可以提高相应的监测速度。

Description

一种锂电池状态监测传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种锂电池状态监测传感器。

背景技术

随着新能源汽车的推广，电池的应用越来越广泛，其中锂离子电池具有能量密度高的特点，但其电极电势最负，锂是包括放射性元素的已知元素中金属活动性最强的，所以锂离子电池因为其物理和化学性质，有着其他电池无法比拟的优势，同时也存在不小的安全隐患。在使用过程中，需要提防热失控现象的出现。热失控现象及其强度，与电池的大小、配置和电池单元的数量有关。导致的原因可能是过充电、过放电、短路、高温、挤压、碰撞等。这个传播过程是极其迅速的，热失控极易引发的电池包起火，甚至爆炸、自然，直接威胁到了人员的生命安全。

目前一般的监测方式有电压、烟雾、温度、压力，膨胀力。其中，利用压力监测方式相对成熟。因为在热失控过程中，压力信号特征非常明显。当有单节电池发生热失控时，伴随着温度上升，温度喷发，整个电池包内压力会急剧升高，当包内压力大于外界压力到一定值时，电池包防爆阀会瞬间打开，释放内部压力，防止严重的爆炸事故发生。但目前现有方案，压力传感器均布置在电池包防爆阀附近，当发生电芯热失控时，最开始出现热失控的电芯是随机的，布置的传感器过远会影响监测的速度，且误差较大，精度不高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本本实用新型提供一种锂电池状态监测传感器，通过改进传感器装置的结构构造，实现颗粒物，温度，压力组合监测，进而提高相应的监测速度。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种锂电池状态监测传感器，包括主体和传感器模块，所述传感器模块设置在所述主体内，所述主体包括上盖和外壳；

所述传感器模块包括用于实时监测电池组内部颗粒物浓度变化的颗粒物传感器、用于实时监测电池组内部压力变化的压力传感器、用于实时监测电池组内部温度变化的温度传感器、单片机控制器以及PCB电路板；所述颗粒物传感器、压力传感器、温度传感器、单片机控制器设于所述PCB电路板上；所述单片机控制器分别与所述颗粒物传感器、压力传感器、温度传感器电气连接。

在一些实施例中，所述颗粒物传感器设置于所述PCB电路板的一侧，所述压力传感器、温度传感器、单片机控制器设置于所述PCB电路板的另一侧。

在一些实施例中，所述颗粒物传感器包括支架，所述支架上两侧分别设置有光电二极管和光电接收器。

在一些实施例中，所述光电二极管和光电接收器之间装设有第一透镜和第二透镜。

在一些实施例中，所述颗粒物传感器还包括第一遮光板，所述第一遮光板与所述光电二极管对应设置。

在一些实施例中，所述颗粒物传感器还包括第二遮光板，所述第二遮光板与所述光电接收器对应设置。

在一些实施例中，所述支架的一端还设置有接口

在一些实施例中，所述上盖开设有第一气孔。

在一些实施例中，所述外壳开设有第二气孔。

与现有技术相比，本实用新型的锂电池状态监测传感器，通过改进传感器装置的结构构造，提供了一种三合一的多方面监测传感器，利用传感器内部单片机控制器算法有效判断是否发生热失控，颗粒物，温度，压力组合监测，可以提高相应的监测速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图进行说明。

图1是本实用新型实施例提供的一种锂电池状态监测传感器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种锂电池状态监测传感器的另一结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种锂电池状态监测传感器的爆炸示意图。

附图标记：

1、外壳；101、第二气孔；2、传感器模块；21、支架；22、PCB电路板；201、光电二极管；202、第一透镜；203、第二透镜；204、光电接收器；205、第一遮光板；206、第二遮光板；207、接口；208、温度传感器；209、压力传感器；210、单片机控制器；3、上盖；301、第一气孔。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例中的“第一”、“第二”等术语，仅为区别相关技术特征，不表示先后顺序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。

电动车电池包发生热失控，其单颗电芯内部会产生大量的热量和气体，在密封的电池包空间内，随着热量和大量逸出的气体不断累积，内部压力随之不断增加，最终导致电池包外壳破裂，大量的热量和气体随之迸发出来，相邻的电芯也会被迅速感染，相继出现热失控。这个传播过程是极其迅速，热失控极易引发的电池包起火，甚至爆炸，直接威胁到了人员的生命安全。解决锂电池的安全问题，可对汽车的安全性有非常大的提升，确保在危险发生之前提供可靠的报警信号。一般的监测方式有电压、烟雾、温度、压力。其中，利用压力监测方式相对成熟。因为在热失控过程中，压力信号特征非常明显。当有单节电池发生热失控时，伴随着温度上升，气体喷发，整个电池包内压力会急剧升高，当包内压力大于外界压力到一定值时，电池包防爆阀会瞬间打开，释放内部压力，防止严重的爆炸事故发生。

现有的监测方式有电压、烟雾、温度、压力，膨胀力。其中，利用压力监测方式相对成熟。因为在热失控过程中，压力信号特征非常明显。当有单节电池发生热失控时，伴随着温度上升，气体喷发，整个电池包内压力会急剧升高，当包内压力大于外界压力到一定值时，电池包防爆阀会瞬间打开，释放内部压力，防止严重的爆炸事故发生。但目前现有方案，压力传感器均布置在电池包防爆阀附近，当发生电芯热失控时，最开始出现热失控的电芯是随机的，布置的传感器过远会影响监测的速度，且误差较大，精度不高。并且，单一监测原理，存在误报的风险，且容易受到环境的干扰。

本实用新型具体实施方式旨在解决以上问题中的一个或者多个。

实施例

本实用新型实施例提供一种锂电池状态监测传感器，如图1-3所示，锂电池状态监测传感器包括主体和传感器模块2，传感器模块2设置在主体内，主体包括上盖3和外壳1；

传感器模块2包括用于实时监测电池组内部颗粒物浓度变化的颗粒物传感器、用于实时监测电池组内部压力变化的压力传感器209、用于实时监测电池组内部温度变化的温度传感器208、单片机控制器210以及PCB电路板22；颗粒物传感器、压力传感器209、温度传感器208、单片机控制器210设于PCB电路板22上；单片机控制器210分别与颗粒物传感器、压力传感器209、温度传感器208电气连接。

传感器电路模块可以检测电池组内的压力、温度变化，通过单片机控制器210内置算法判断颗粒物浓度、压力、温度变化情况，一旦触发预先设定的条件，就会通过中断向外部BMS(Battery Management System，中文：电池管理系统)给出报警信号。

当发生热失控时，电芯温度骤升，内部发生气体逸散，有烟雾产生，同时导致电池组内部压力会急剧增加，位于电池包内部的多合一传感器可以快速监测电池组温度升高、气体浓度变化以及压力异变，依靠单片机控制器210内部算法判断是否发生热失控，利用多次热失控实验测试数据，采用深度学习的方式训练单片机控制器210，使得融合结合多个物理传感器的数据，有助于减少感知过程中的不确定性，减少误报率，一旦触发前期预设的程序条件，就会向BMS给出报警信号，对组内单节电池热失控进行及时有效的监控。

在本实施例中，颗粒物传感器设置于PCB电路板22的一侧，压力传感器209、温度传感器208、单片机控制器210设置于PCB电路板22的另一侧。这样，温度传感器208位于传感器模块2的内部，处于传感器模块2电路板背面，且有设置为孤岛PCB板模式减少其他环境条件对传感器干扰。温度传感器208中的温度传感器208原理结构具有多样性，可以为NTC温度传感器208、热电堆温度传感器208、热释电温度传感器208。

压力传感器209位于传感器模块2的内部，处于传感器模块2电路板背面，且下壳上有气孔与传感器相通。压力传感器209中的压力传感器209原理结构具有多样性，可以为压阻式压力传感器209、电容式压力传感器209、谐振式压力传感器209。

PCB电路板22将各个电子元器件进行电气连接，实现相应的电路转换以及信号输出。单片机控制器210依靠内部的算法来判断是否发生热失控。

在本实施例中，颗粒物传感器包括支架21，支架21上两侧分别设置有光电二极管201和光电接收器204。

支架21的一端还设置有接口207，不局限于六芯接口207，也可以为四芯，六芯。

在本实施例中，光电二极管201和光电接收器204之间装设有第一透镜202和第二透镜203。

在本实施例中，颗粒物传感器还包括第一遮光板205，第一遮光板205与光电二极管201对应设置。

在本实施例中，颗粒物传感器还包括第二遮光板206，第二遮光板206与光电接收器204对应设置。

传感器整体结构应与所使用的电芯型号尺寸相匹配。

在本实施例中，上盖3开设有第一气孔301，外壳1开设有第二气孔101。这样，颗粒物传感器位于传感器模块2的内部，处于传感器模块2电路板上面，且外壳1上有气孔与传感器相通。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的锂电池状态监测传感器，过改进传感器装置的结构构造，提供了一种三合一的多方面监测传感器，利用传感器内部单片机控制器算法有效判断是否发生热失控，颗粒物，温度，压力组合监测，可以提高相应的监测速度。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种锂电池状态监测传感器，其特征在于，包括主体和传感器模块(2)，所述传感器模块(2)设置在所述主体内，所述主体包括上盖(3)和外壳(1)；

所述传感器模块(2)包括用于实时监测电池组内部颗粒物浓度变化的颗粒物传感器、用于实时监测电池组内部压力变化的压力传感器(209)、用于实时监测电池组内部温度变化的温度传感器(208)、单片机控制器(210)以及PCB电路板(22)；所述颗粒物传感器、压力传感器(209)、温度传感器(208)、单片机控制器(210)设于所述PCB电路板(22)上；所述单片机控制器(210)分别与所述颗粒物传感器、压力传感器(209)、温度传感器(208)电气连接。

2.根据权利要求1所述的锂电池状态监测传感器，其特征在于，所述颗粒物传感器设置于所述PCB电路板(22)的一侧，所述压力传感器(209)、温度传感器(208)、单片机控制器(210)设置于所述PCB电路板(22)的另一侧。

3.根据权利要求1或2所述的锂电池状态监测传感器，其特征在于，所述颗粒物传感器包括支架(21)，所述支架(21)上两侧分别设置有光电二极管(201)和光电接收器(204)。

4.根据权利要求3所述的锂电池状态监测传感器，其特征在于，所述光电二极管(201)和光电接收器(204)之间装设有第一透镜(202)和第二透镜(203)。

5.根据权利要求4所述的锂电池状态监测传感器，其特征在于，所述颗粒物传感器还包括第一遮光板(205)，所述第一遮光板(205)与所述光电二极管(201)对应设置。

6.根据权利要求5所述的锂电池状态监测传感器，其特征在于，所述颗粒物传感器还包括第二遮光板(206)，所述第二遮光板(206)与所述光电接收器(204)对应设置。

7.根据权利要求3所述的锂电池状态监测传感器，其特征在于，所述支架(21)的一端还设置有接口(207)。

8.根据权利要求1或2所述的锂电池状态监测传感器，其特征在于，所述上盖(3)开设有第一气孔(301)。

9.根据权利要求1或2所述的锂电池状态监测传感器，其特征在于，所述外壳(1)开设有第二气孔(101)。

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