CN219086048U - 一种锂离子电池智能监测系统及智能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种锂离子电池智能监测系统及智能电池，监测系统包括目标测试电池、集成传感器组件、隔膜和单片机，集成传感器组件经隔膜包裹后内置于目标测试电池中，还包括：引出组件；引出组件包括FPC软排线、焊接部和连通针，沿FPC软排线的长度方向上设置有多个焊接部，每个焊接部上焊接有两个连通针；温度传感器、压力传感器和电位传感器均设有引出电极，每个引出电极上设有与连通针适配的连接孔，连通针插入连接孔后与引出电极电性连接；FPC软排线贴附在目标测试电池的壳体上，壳体上还设有排线引出口。该系统走线结构简单紧凑，有利于提高传感器信号采集的稳定性。

Description

一种锂离子电池智能监测系统及智能电池

技术领域

本实用新型涉及电池的监控技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池智能监测系统及智能电池。

背景技术

锂离子电池经历不断的发展，截止目前为止，锂离子电池无论在比能量、比功率、工作电压及使用寿命等方面，均优于传统的铅酸电池、镍氢电池，逐步成为动力电池发展的主流方向。随着锂离子电池在安全性能、低温耐受性能的改进，以锂离子电池作为动力包的电动汽车越来越多，展现出非常广阔的应用前景。

但是锂离子电池作为化学电源，在充放电时伴随着复杂的物理传质过程、化学与电化学反应，这些反应一方面产生可观的热量导致电池内部的温度产生周期性的变化；另一方面锂离子在活性材料表面的嵌入脱出使得电池内部卷芯间的压力也会出现波动。

外界环境产生的温度和压力变化都会对电池性能产生影响，温度会对电池的工作状态、安全性能、循环效率、一致性、容量和功率造成影响，电芯在大倍率充放电时会产生大量的热量，当温度超过安全边界后可能会产生严重的热失控等问题；另外卷芯在化成时受外界环境或者自身体积膨胀等原因导致的压力变化也会对电池的容量与自放电等问题造成影响，高压力值时，可能会产生较严重的自放电等问题，导致容量降低。

另一方面，为了提升充电效率，快充策略应运而生，但安全快充前期是负极电位不能低于析锂电位，否则可能会导致析锂问题的发生，而析锂产生的锂枝晶可能会刺穿隔膜，导致电池局部内短路，进而产生热失控导致电池起火或发生爆炸等安全问题。

现有技术中，一般在电池内部内置集成传感器，通过信号采集装置采集集成传感器测的数据的方式对车载动力电池进行安全监测，集成传感器和信号采集装置一般采用有线连接，存在走线杂乱，造成传感器信号采集稳定性较差的缺点。

实用新型内容

本实用新型提供一种锂离子电池智能监测系统及智能电池，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种锂离子电池智能监测系统，包括：目标测试电池、集成传感器组件、隔膜和单片机，所述集成传感器组件经所述隔膜包裹后内置于所述目标测试电池中，所述集成传感器组件连接至所述单片机，所述集成传感器组件包括温度传感器、压力传感器和电位传感器，还包括：引出组件；

所述引出组件包括FPC软排线、焊接部和连通针，沿所述FPC软排线的长度方向上设置有多个所述焊接部，每个所述焊接部上焊接有两个所述连通针；所述温度传感器、所述压力传感器和所述电位传感器均设有引出电极，每个所述引出电极上设有与所述连通针适配的连接孔，所述连通针插入所述连接孔后与所述引出电极电性连接；所述FPC软排线贴附在所述目标测试电池的壳体上，所述壳体上还设有供所述FPC软排线引出的排线引出口，以便于各个所述引出电极通过所述FPC软排线集中从所述目标测试电池内部引出。

可选的，所述引出组件还包括连接板，所述连接板上设有多个焊脚，所述FPC软排线的引出端设有与所述焊脚适配的焊接孔，所述焊脚的一端插入所述焊接孔并进行焊接固定，所述焊脚的另一端贯穿所述连接板，所述连接板与所述壳体可拆卸绝缘连接。

可选的，所述焊接部的数量至少设有三个。

可选的，所述排线引出口用PU胶或硅胶进行密封。

可选的，所述锂离子电池智能监测系统还包括：报警装置；

所述报警装置连接至所述单片机。

可选的，所述锂离子电池智能监测系统还包括：上位机和通信模块；

所述单片机通过所述通信模块连接至所述上位机。

可选的，所述通信模块包括有线传输端口和无线传输组件；

所述有线传输端口包括RS485、usb、以太网口中的一种或多种；

所述无线传输组件为蓝牙、wifi、4G通信组件中的一种或多种。

可选的，所述温度传感器采用负温度系数的热敏电阻，内置于所述目标测试电池的卷芯和壳体之间；

所述压力传感器采用由聚酯薄膜、高导电材料和纳米级压力敏感材料组成的柔性薄膜压力传感器，所述柔性薄膜压力传感器内置于所述目标测试电池的卷芯和壳体之间；

所述电位传感器内置于电池卷芯的正负极片之间，所述电位传感器包括基底和涂敷在所述基底外的敏感材料，所述基底采用柔性绝缘基底，所述柔性绝缘基底一侧涂覆有金属导电涂层，所述金属导电涂层上涂覆所述敏感材料，其中，所述柔性绝缘基底采用聚乙烯或聚丙烯，所述敏感材料包括活性材料，所述活性材料包括钛酸锂和/或磷酸铁锂。

可选的，所述温度传感器采用K型、T型或NTC型的薄膜温度传感器，所述隔膜与所述目标测试电池型号相同。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种智能电池，所述智能电池包括如第一方面任一技术方案所述的锂离子电池智能监测系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

该监测系统采用温度传感器，压力传感器和电位传感器同时对目标测试电池的电芯的温度值，卷芯与壳体间的压力值以及电池内部的电位变化实时监测，并通过引出组件的将三种传感器的各个引出电极通过FPC软排线集中从目标测试电池内部引出，使得系统走线更加简单紧凑，无需再额外设置连接导线，有利于减少走线长度和复杂度，进而有利于提高系统传感器信号采集的稳定性。

本实用新型实施例的创新点包括：

1、通过设置引出组件将三种传感器的各个引出电极通过FPC软排线集中从目标测试电池内部引出，使得系统走线更加简单紧凑，无需再额外设置连接导线，有利于减少走线长度和复杂度，进而有利于提高系统传感器信号采集的稳定性，是本实用新型实施例的创新点之一。

2、引出组件还包括连接板，通过连接板将FPC软排线伸出目标测试电池外的引出端部分固定在电池壳体上，并在连接板上设有连接至FPC软排线的焊脚，方便外界连接使用，可以避免使用过程中FPC软排线伸出目标测试电池外后来回晃动，影响排线使用寿命，造成焊点松动，减小对系统传感器信号采集的稳定性的影响，是本实用新型实施例的创新点之一。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一个实施例的一种锂离子电池智能监测系统的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的隔膜和电位传感器的位置关系示意图；

图3为本实用新型一个实施例引出组件的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例的锂离子电池智能监测系统的又一种结构示意图；

图5为对一组电池做动态充放电循环测试时的电池内部数据变化图。

图标：

1、目标测试电池；2、集成传感器组件；3、隔膜；201、温度传感器；202、压力传感器；203、电位传感器；4、单片机；5、引出组件；501、FPC软排线；502、焊接部；503、连通针；504、连接板；505、焊脚；506、焊接孔；507、螺栓；6、报警装置；7、上位机；8、通信模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付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。

需要说明的是，本实用新型实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本说明书实施例公开了一种锂离子电池智能监测系统及智能电池，以下分别进行详细说明。

图1为本实用新型一个实施例的一种锂离子电池智能监测系统的结构示意图。如图1所示，一种锂离子电池智能监测系统，包括：目标测试电池1、集成传感器组件2、隔膜3和单片机4，所述集成传感器组件2经所述隔膜3包裹后内置于所述目标测试电池1中，所述集成传感器组件2连接至所述单片机4，所述集成传感器组件2包括温度传感器201、压力传感器202和电位传感器203，还包括：引出组件5；

所述引出组件5包括FPC软排线501、焊接部502和连通针503，沿所述FPC软排线501的长度方向上设置有多个所述焊接部502，每个所述焊接部502上焊接有两个所述连通针503；所述温度传感器201、所述压力传感器202和所述电位传感器203均设有引出电极，每个所述引出电极上设有与所述连通针503适配的连接孔，所述连通针503插入所述连接孔后与所述引出电极电性连接；所述FPC软排线501贴附在所述目标测试电池1的壳体上，所述壳体上还设有供所述FPC软排线501引出的排线引出口，以便于各个所述引出电极通过所述FPC软排线501集中从所述目标测试电池1内部引出。

目标测试电池1为锂离子电池，比如，目标测试电池1为方壳型电池，该锂离子电池智能监测系统包含三个独立测试模块，分别是温度传感器201采集模块，压力传感器202采集模块和电位传感器203采集模块，三个传感器采集模块可以同时对电芯的温度值，卷芯与壳体间的压力值以及电池内部的电位变化实时监测，及时了解电池的工作状态，对电池的真实状态做到多方位的监测，一旦其中一组测试数据偏离正常值，就可以对电池做到安全预警，从而规避后期可能出现的安全风险。

以上温度传感器201，压力传感器202和电位传感器203均包裹于隔膜3中，优选与待测电池同型号的隔膜3，防止传感器与卷芯直接接触，隔膜3和传感器的位置关系如附图2所示，图2为本实用新型一个实施例的隔膜3和电位传感器203的位置关系示意图。电位传感器203植于电池电芯内部，与工作电极组成回路；温度传感器201和压力传感器202植于电芯和电池壳体之间特定区域；将电位传感器203、温度传感器201和压力传感器202的引出电极通过引出组件5进行集成，集成后统一通过FPC软排线501集中从所述目标测试电池1内部引出，并与信号采集系统连接，信号采集系统包括单片机4。单片机4用于采集不同传感器两端的电信号输出信息，通过有线传输，WIFI或蓝牙无线传输的方式，与上位机7完成信息交互。

图3为本实用新型一个实施例引出组件5的结构示意图。引出组件5包括FPC软排线501、焊接部502和连通针503，焊接部502设置在FPC软排线501主体上，焊接在焊接部502上得连通针503的一端与FPC软排线501连同，另一端用于连通引出电极，具体的，温度传感器201和压力传感器202分别设有两个引出电极，电位传感器203设有三个引出电极，FPC软排线501至少具有七个通道，七个引出电极分别连接至FPC软排线501的七个通道。连通针503插入与引出电极上设有的连接孔后，连通针503和连接孔可以过盈配合，连通针503与引出电极抵触连接，从而实现引出电极连接至FPC软排线501。

该监测系统采用温度传感器201，压力传感器202和电位传感器203同时对目标测试电池1的电芯的温度值，卷芯与壳体间的压力值以及电池内部的电位变化实时监测，并通过引出组件5的将三种传感器的各个引出电极通过FPC软排线501集中从目标测试电池1内部引出，使得系统走线更加简单紧凑，无需再额外设置连接导线，有利于减少走线长度和复杂度，进而有利于提高系统传感器信号采集的稳定性。

该监测系统以电池内植集成式传感器实时监测目标电池负极电位、温度和压力的变化趋势，可以实时在线监测目标电池内部的环境安全状态，有利于协助开发目标电池无析锂安全快充的MAP策略。

通过设置引出组件5将三种传感器的各个引出电极通过FPC软排线501集中从目标测试电池1内部引出，使得系统走线更加简单紧凑，无需再额外设置连接导线，有利于减少走线长度和复杂度，进而有利于提高系统传感器信号采集的稳定性，是本实用新型实施例的创新点之一。

为了防止使用过程中FPC软排线501伸出目标测试电池1外后来回晃动，影响排线使用寿命，造成焊点松动，减小对系统传感器信号采集的稳定性的影响，一种实现方式中，所述引出组件5还包括连接板504，所述连接板504上设有多个焊脚505，所述FPC软排线501的引出端设有与所述焊脚505适配的焊接孔506，所述焊脚505的一端插入所述焊接孔506并进行焊接固定，所述焊脚505的另一端贯穿所述连接板504，所述连接板504与所述壳体可拆卸绝缘连接。

外界(比如信号采集系统或单片机4)通过连接焊脚505实现传感器的数据采集，焊脚505设置在连接板504上，连接板504固定在电池的壳体上，更加稳固，不会随着FPC软排线501来回晃动，焊点更不易松动，是本实用新型的创新点之一。连接板504上通过螺栓507与壳体可拆卸绝缘连接。

一种实现方式中，所述焊接部502数量至少设有三个。

一种实现方式中，所述排线引出口用PU胶或硅胶进行密封。

图为本实用新型一个实施例的锂离子电池智能监测系统的又一种结构示意图，如图4所示，为了及时预警，一种实现方式中，所述锂离子电池智能监测系统还包括：报警装置6；

所述报警装置6连接至所述单片机4。

所述单片机4根据传感器的输出信号来控制报警装置6的开闭。

一种实现方式中，所述锂离子电池智能监测系统还包括：上位机7和通信模块8；

所述单片机4通过所述通信模块8连接至所述上位机7。

一种实现方式中，所述通信模块8包括有线传输端口和无线传输组件；

所述有线传输端口包括RS485、usb、以太网口中的一种或多种；

所述无线传输组件为蓝牙、wifi、4G通信组件中的一种或多种。

一种实现方式中，所述温度传感器201采用负温度系数的热敏电阻，内置于所述目标测试电池1的卷芯和壳体之间；

比如，温度传感器201可以采用NTC型热敏电阻，25℃对应的阻值为10KΩ。

所述压力传感器202采用由聚酯薄膜、高导电材料和纳米级压力敏感材料组成的柔性薄膜压力传感器202，所述柔性薄膜压力传感器202内置于所述目标测试电池1的卷芯和壳体之间；

所述电位传感器203内置于电池卷芯的正负极片之间，所述电位传感器203包括基底和涂敷在所述基底外的敏感材料，所述基底采用柔性绝缘基底，所述柔性绝缘基底一侧涂覆有金属导电涂层，所述金属导电涂层上涂覆所述敏感材料，其中，所述柔性绝缘基底采用聚乙烯或聚丙烯，所述敏感材料包括活性材料，所述活性材料包括钛酸锂和/或磷酸铁锂。

一种实现方式中，所述温度传感器201采用K型、T型或NTC型的薄膜温度传感器201，所述隔膜3与所述目标测试电池1型号相同。

在本实用新型又一个实施例中，还提供了一种智能电池，所述智能电池包括如上述任一实施例所述的锂离子电池智能监测系统。

举例说明，图5为对一组电池做动态充放电循环测试时的电池内部数据变化图，参阅图5，对一组电池做动态充放电循环测试时，其内部的温度、压力，RE/Anode间电压及端电压采集数据的变化曲线，根据图5可以看出，随着电池充放电的进行，电池内部的温度，压力以及RE与Anode间电压采集数据都有明显的波动周期。通过集成传感器采集到的电池内部实时环境数据，可以清晰的观察电池安全状态。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

最后应说明的是：以上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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池智能监测系统，包括：目标测试电池(1)、集成传感器组件(2)、隔膜(3)和单片机(4)，所述集成传感器组件(2)经所述隔膜(3)包裹后内置于所述目标测试电池(1)中，所述集成传感器组件(2)连接至所述单片机(4)，所述集成传感器组件(2)包括温度传感器(201)、压力传感器(202)和电位传感器(203)，其特征在于，还包括：引出组件(5)；

所述引出组件(5)包括FPC软排线(501)、焊接部(502)和连通针(503)，沿所述FPC软排线(501)的长度方向上设置有多个所述焊接部(502)，每个所述焊接部(502)上焊接有两个所述连通针(503)；所述温度传感器(201)、所述压力传感器(202)和所述电位传感器(203)均设有引出电极，每个所述引出电极上设有与所述连通针(503)适配的连接孔，所述连通针(503)插入所述连接孔后与所述引出电极电性连接；所述FPC软排线(501)贴附在所述目标测试电池(1)的壳体上，所述壳体上还设有供所述FPC软排线(501)引出的排线引出口，以便于各个所述引出电极通过所述FPC软排线(501)集中从所述目标测试电池(1)内部引出。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池智能监测系统，其特征在于，所述引出组件(5)还包括连接板(504)，所述连接板(504)上设有多个焊脚(505)，所述FPC软排线(501)的引出端设有与所述焊脚(505)适配的焊接孔(506)，所述焊脚(505)的一端插入所述焊接孔(506)并进行焊接固定，所述焊脚(505)的另一端贯穿所述连接板(504)，所述连接板(504)与所述壳体可拆卸绝缘连接。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池智能监测系统，其特征在于，所述焊接部(502)的数量至少设有三个。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池智能监测系统，其特征在于，所述排线引出口用PU胶或硅胶进行密封。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池智能监测系统，其特征在于，还包括：报警装置(6)；

所述报警装置(6)连接至所述单片机(4)。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池智能监测系统，其特征在于，还包括：上位机(7)和通信模块(8)；

所述单片机(4)通过所述通信模块(8)连接至所述上位机(7)。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池智能监测系统，其特征在于，所述通信模块(8)包括有线传输端口和无线传输组件；

所述有线传输端口包括RS485、usb、以太网口中的一种或多种；

所述无线传输组件为蓝牙、wifi、4G通信组件中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池智能监测系统，其特征在于，所述温度传感器(201)采用负温度系数的热敏电阻，内置于所述目标测试电池(1)的卷芯和壳体之间；

所述压力传感器(202)采用由聚酯薄膜、高导电材料和纳米级压力敏感材料组成的柔性薄膜压力传感器(202)，所述柔性薄膜压力传感器(202)内置于所述目标测试电池(1)的卷芯和壳体之间；

所述电位传感器(203)内置于电池卷芯的正负极片之间，所述电位传感器(203)包括基底和涂敷在所述基底外的敏感材料，所述基底采用柔性绝缘基底，所述柔性绝缘基底一侧涂覆有金属导电涂层，所述金属导电涂层上涂覆所述敏感材料，其中，所述柔性绝缘基底采用聚乙烯或聚丙烯，所述敏感材料包括活性材料。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池智能监测系统，其特征在于，所述温度传感器(201)采用K型、T型或NTC型的薄膜温度传感器，所述隔膜(3)与所述目标测试电池(1)型号相同。

10.一种智能电池，其特征在于，包括如权利要求1至9任一所述的锂离子电池智能监测系统。

Images