CN219203255U - 一种集合电池温度和安全阀检测的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池信息检测领域，尤其是一种集合电池温度和安全阀检测的检测装置，该装置设置在电池安全阀的外侧，包括：由绝缘材料制成的衬底，衬底朝向安全阀的那侧设置有检测区域，检测区域内延伸设置有由导体材料制成的第一检测条和第二检测条，第一检测条和第二检测条至少部分暴露在衬底表面，并且两者之间具有电位差，在安全阀开阀时，电解液污染检测区域，使第一检测条和第二检测条电位差和/或电流改变；衬底还具有向电池的极柱延伸并设置在极柱外侧的延伸部，延伸部上设置有对极柱温度进行检测的温度传感器。本实用新型在对电解液进行快速而准确检测的同时能对电池的温度进行检测，更全面的反映电池工作状态，提高检测结果的可靠性。

Description

一种集合电池温度和安全阀检测的检测装置

技术领域

本实用新型涉及电池信息检测领域，尤其是一种集合电池温度和安全阀检测的检测装置。

背景技术

新能源行业的快速发展，使锂离子电池、钠离子电池、铅酸蓄电池等电化学电池大量被应用。电动汽车、储能电站等环境均需要采用大量的电池并联和/或串联组成高压电池组。电池本身设计工艺、滥用等各种原因导致的安全问题，再加上电池数量巨多，使电池的安全问题日益突出。其中，在电池使用过程中，操作不当或其他某些原因，导致出现安全问题，如严重过充的情况下，导致电池内部温度以及压力持续不断升高，当超过其本身的安全阈值时，便会爆炸；其他如电池短路、严重过温、热失控、撞击或挤压变形以及刺穿等问题也可能会引起电池爆炸。

电池安全阀是电池本身最后一道防爆屏障，当电池内部压力达到安全阀的开阀阈值（比如某些锂离子电池安全阀的开阀阈值为600~800KPa）时，为避免爆炸，电池安全阀被冲开进行泄气减压。此时，电池内部的气体向外大量排出，同时电池内部电解液也会随压力的释放喷出。虽然安全阀开启避免了爆炸，但随气体一同泄露的电池内部化学物质在高温条件下，也存在与空气中氧气发生化学反应后起火的可能。同时，问题电池也影响着周边电池的安全，需要被及时告警进行干预，以及后续替换等等，否则将严重影响系统整体安全运行。

现有技术中，为了保证电池安全有效地运行，主要通过电池管理模块对电池的状态进行检测、管理。目前的电池管理模块主要检测电池的电压、温度、充放电电流和对系统做绝缘监测等，由于安全阀本身不具备可监测的物理量，目前电池管理模块没有对电池安全阀的监测，少量的一些资料公开如采用开阀声音信号、气压信号等手段进行监测。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种集合电池温度和安全阀检测的检测装置，该检测装置位于安全阀的外侧，一旦安全阀开启，就能对向外喷出的电解液进行检测，以快速且准确的获知电池安全阀是否开启，此外该装置还同时对电池极柱的温度进行检测，通过温度信息的变化也能部分反映电池内部压力变化，从而更加准确的获知电池工作状态。

为本实用新型的目的，采用以下技术方案予以实施：

一种集合电池温度和安全阀检测的检测装置，检测装置设置在电池安全阀的外侧，检测装置包括：由绝缘材料制成的衬底，衬底朝向安全阀的那侧设置有检测区域，检测区域内延伸设置有由导体材料制成的第一检测条和第二检测条，第一检测条和第二检测条至少部分暴露在衬底表面，并且两者之间具有电位差，在安全阀开阀时，电解液污染检测区域，使第一检测条和第二检测条电位差和/或电流改变；衬底还具有向电池的极柱延伸并设置在极柱外侧的延伸部，延伸部上设置有对极柱温度进行检测的温度传感器。通过在检测区域中设置第一检测条和第二检测条，使得电解液从安全阀中喷出时，电解液将第一检测条和第二检测条导通，引起两者的电位差和/或电流变化，从而判断电池安全阀开启，此外通过在电池的极柱上设置温度传感器，对极柱的温度进行检测，更准确的反映电池的工作状态，并且提高电解液检测结果的准确性。

作为优选，在检测区域内，第一检测条和第二检测条不导通。两者不导通，从而使得两者之间具有电位差，进而当电解液喷溅在第一检测条和第二检测条上后，能将两者导通，引起电位差和/或电流变化。

作为优选，第一检测条和第二检测条隔开一段距离。通过隔开的方式使得两者不导通，便于第一检测条和第二检测条的设置。

作为优选，第一检测条和第二检测条并排延伸，并且覆盖检测区域大部分表面。并排延伸的方式使得第一检测条和第二检测条各处的间隔相等，并且覆盖检测区域大部分表面，从而无论电解液喷溅在检测区域的何处，都能将第一检测条和第二检测条连接在一起，使得两者的电位差和/或电流改变。

作为优选，检测区域中还设置有朝安全阀所在位置开口的孔穴，孔穴密集的分布在第一检测条和第二检测条之间；在检测区域内，第一检测条、第二检测条和孔穴均呈螺旋形排列。通过设置孔穴，使得喷溅出来的电解液能保持在孔穴中，从而将孔穴两侧的第一检测条和第二检测条导通。螺旋形的排列方式，使得第一检测条和第二检测条能最大化的覆盖检测区域，从而有利于提高检测的灵敏度，防止漏检。

作为优选，孔穴的孔径为0.2~1mm，相邻的孔穴的圆心之间的距离为0.4~1.5mm；较小的孔穴直径和较小的孔穴间距，使得孔穴能密集分覆盖检测区域；

作为优选，全部或部分所述的孔穴贯穿衬底上下表面，使得从安全阀中排出的气体能从孔穴中排出，避免气体堆积。衬底背离安全阀的表面设置有保护层，保护层覆盖在孔穴的外端，保护层厚度为5~20um。通过设置保护层，使得孔穴的外端被封闭，从而将第一检测条和第二检测条与外界空气隔绝，避免第一检测条和第二检测条氧化，延长检测装置的使用周期。

作为优选，衬底为片状结构，厚度为0.2~1mm；第一检测条和第二检测条的厚度为50~200um，宽度约为0.2~1mm，第一检测条和第二检测条为铜箔或铝箔；第一检测条和第二检测条通过刻蚀的方式设置在衬底上；第一检测条和第二检测条设置在衬底的下表面。衬底片状的外形使得检测装置安装到电池上后，不会引起电池整体结构的变化；第一检测条和第二检测条的尺寸使得其能覆盖检测区域的大部分表面，铜箔和铝箔都具有良好的导电性能，以更快速和灵敏的对电解液进行检测；第一检测条和第二检测条位于衬底的下表面，使得第一检测条和第二检测条能最大化的与喷溅出来的电解液接触。

作为优选，延伸部上设置有安装部，所述的温度传感器设置在安装部内，温度传感器包括导热引脚、设置在导热引脚上的热敏电阻，与热敏电阻连接的第一温度信号引脚，以及与导热引脚连接的第二温度信号引脚。通过设置安装部，以便于温度传感器的安装，使得检测装置能标准化制造。

作为优选，安装部为镂空的通孔，所述的导热引脚位于安装部内。导热引脚能直接与被测物体接触，从而更准确的反映被检测物体的温度。

综上所述，本实用新型的有益效果是：在对电解液进行快速而准确检测的同时能对电池的温度进行检测，以更全面的反映电池的工作状态，并且提高安全阀打开检测结果的可靠性。

附图说明

图1为某一种电池的剖视图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3为检测装置的立体图。

图4为检测装置的俯视图。

图5为温度传感器的俯视图。

图6为温度传感器的侧视图。

图7为检测装置安装在电池组上的示意图。

具体实施方式

如图1所示，电池10包括壳体11以及设置在壳体11顶部开口处的盖板12，壳体11内部设置有电池本身的电解液和气体，盖板12上设置有两个极性相反的极柱13，14，并且两个极柱均向外凸出到电池外部（或与电池盖板持平）。盖板12的中部设置有一个贯穿上下表面的安装口121，安装口121的内设置有安全阀15，当电池10处于正常工作状态时，电池10内部的气压低于安全阀15的开阀阈值，安全阀15处于关闭状态；当电池10处于非正常状态时（例如过充、过放、过热等滥用、操作不当或者其他某些原因等），电池10内部的气压不断升高，当气压超过安全阀15的阈值（比如某些锂离子电池安全阀的开阀阈值为600~800KPa）时，安全阀15被打开，电池10内部的气体向外喷出，同时还会携带一部分电解液一起向外喷出。需要说明的是，安全阀15的结构为本领域公知常识，在此不再赘述，并且安全阀15通常是一次性的，即一旦打开，则无法再将其关闭。因此，在安全阀15打开后，需要及时对电池10进行维修或更换。

由上述内容可知，为了对电池10的工作状态进行检测，其中一种可选的方式是对安全阀15是否开启进行检测，而安全阀15开启的同时势必带出少量的电解液，因而可以选择对电解液进行检测，以反映电池的工作状态。此外，注意到电池10内部压力增大的其中一个原因是电池10内部温度升高，因此在对电解液检测的同时对温度进行检测，可以更准确的反映电池的工作状态。为此，本申请提供一种集合电池温度和安全阀检测的检测装置，下文中有时也简称为检测装置20。

如图1所示，检测装置20设置在盖板12上，并且完全覆盖安装口121，即检测装置20位于安全阀15的外侧，一旦安全阀15打开，则电池10内部的气体将携带着部分电解液一起向外喷出，并喷溅在检测装置20的底面上。需要说明的是，当内部气体向外排出时，至少能使得检测装置20的一部分被冲破、撕开甚至断裂，抑或在检测装置20中预留供气体排出的通道，使得气体能继续向外释放，防止气体继续聚集在电池10内部，造成电池10内部结构毁坏。

如图2、3和4所示，检测装置20包括衬底21，在本实施例中，衬底21为片状结构，厚度为0.2~1mm，优选为0.5mm，使得整个检测装置20的厚度保持在较小的范围内，当检测装置20设置在盖板12上之后，不会影响电池10的整体外观，保证电池10在正常工作空间内继续使用，不需要额外扩大电池10的安装空间。另外，衬底21为绝缘材料，可以为硬质材料，也可以为柔性材料，但优选为薄膜，尤其是聚酰亚胺膜。还需要说明的是，衬底21可以是单层结构也可以是两层及以上的复合结构。此外，为方便的将衬底21固定在盖板12上，可以采用粘贴的方式，例如通过密封胶将衬底21粘贴在盖板12的外表面上。

如图3所示，衬底21的底面上有检测区域211，检测区域211的外形略小于安装口121的外形，安装时，检测区域211与安装口121对应设置，并且检测区域211完全覆盖安装口121。在本实施例中，检测区域211为圆形，但不排除采用其它的几何形状，可以根据实际安装口121和安全阀的外形适应性调整。

如图3所示，衬底21下表面设置有第一检测条22和第二检测条23，第一检测条22和第二检测条23之间被衬底21相互隔开，使得两者不接触，并且第一检测条22和第二检测条23均为导体材料，例如金属材料、半导体材料以及导电性能良好的非金属材料，但优选为铜箔或铝箔。由上述结构可知，在正常状态下，第一检测条22和第二检测条23之间的电阻值为无穷大。并且从图中还可以看出，第一检测条22和第二检测条23主要在检测区域211内延伸，并且第一检测条22和第二检测条23暴露在检测区域211内，从而当安全阀15开启时，内部气体携带的电解液喷溅在衬底21的下表面，从而将第一检测条22和第二检测条23连接在一起，而电解液具有导电能力，因此第一检测条22和第二检测条23之间导通，使得第一检测条22和第二检测条23之间的电阻发生变化，由原先的无穷大变为较小的值，从而通过检测第一检测条22和第二检测条23之间的电阻值，就能实现电解液的检测。

需要说明的是，第一检测条22和第二检测条23也可以不设置在衬底21的下表面，而设置在衬底21内部，例如衬底21为多层复合结构时，第一检测条22和第二检测条23可以设置在相邻两层之间，但此时需要在衬底21的下表面预留供电解液喷溅进内部的孔或通道，即第一检测条22和第二检测条23需要暴露在衬底21上检测区域211的表面。

为了提高检测结果的准确性，第一检测条22和第二检测条23并排延伸且隔开一段较小的距离，例如隔开0.2~1mm，第一检测条22和第二检测条23的厚度为50~200um，宽度约为0.2~1mm，并且第一检测条22和第二检测条23需要覆盖检测区域211的大部分面积。在本实施例中，第一检测条22和第二检测条23都呈螺旋形排列，以最大化的覆盖检测区域211。

除此之外，如图4所示，还可以在检测区域211内设置若干个孔穴212，孔穴212朝向下方的安装口121设置，并且孔穴212的孔径在0.2~1mm之间，相邻的两个孔穴212的圆心之间的距离为0.4~1.5mm，使得孔穴212密集的分布在检测区域211内，从而无论气体从安全阀15的哪个位置排出，都能保证有相应的孔穴212能与电解液接触，并且能将部分电解液保持在孔穴212内，上文中的第一检测条22和第二检测条23分布在孔穴212的周边，从而只要有少量的电解液喷出，就能被孔穴212收集，并将该孔穴212两侧的第一检测条22和第二检测条23连接，提高了检测的灵敏度。作为优选，孔穴212也呈螺旋形排列，并位于第一检测条22和第二检测条23之间，使得孔穴212也能覆盖检测区域211的大部分面积。但在其它实施例中也可以采用矩形或圆形阵列的方式进行分布。为了便于气体的排出，部分或者全部孔穴212贯穿衬底21内外表面，使得气体能从这些贯穿的空穴212中直接向外排出。

上述孔穴212以及第一检测条22和第二检测条23螺旋形的延伸方式，能良好的覆盖检测区域211的大部分面积，从而无论安全阀从哪个位置开启，气体和电解液从哪个位置喷出，都能与对应位置的第一检测条22和第二检测条23接触，并且由于第一检测条22和第二检测条23之间各个方向上的间距都很小，从而只需非常小的泄漏量，就能将第一检测条22和第二检测条23导通，即该装置通过监控第一检测条22和第二检测条23的电阻值，就能精准的检测电解液是否泄漏，从而判断安全阀是否打开。

为了将第一检测条22和第二检测条23稳固的安装在衬底21上，第一检测条22和第二检测条23可以采用刻蚀的方式进行设置。

注意到在设置上述贯穿衬底21上下表面的孔穴212后，外界的空气可以通过孔穴212进入衬底21的底部，从而可能导致第一检测条22和第二检测条23氧化，影响装置的检测结果，因此为了保证检测装置20能长期使用，需要对第一检测条22和第二检测条23进行必要的防护。通常的，可以在衬底21的外表面设置有一层保护层24，保护层24至少覆盖在检测区域211的外侧，并且将所有的孔穴212的外端（针对贯穿的孔穴212而言，半封闭的孔穴212本身不存在外端）封闭，从而将外界空气与第一检测条22和第二检测条23隔开，避免第一检测条22和第二检测条23氧化。

优选的，保护层24为为薄膜结构，例如PE薄膜或聚对二甲苯膜。保护层24可以通过粘贴的方式进行固定，但由于本实施例中内部的空气需要通过孔穴212向外排出，因此保护层24的厚度不宜太大，优选为5~20um，这样当安全阀15开启时，释放出来的气体可以穿过孔穴212把保护层24冲开或冲破，进而释放压力。

如图3所示，衬底21的右侧设置有延伸部213，延伸部213上设置有第一连接端2131和第二连接端2132，第一检测条22和第二检测条23的端部延伸到延伸部213上并分别连接在第一连接端2131和第二连接端2132上，第一连接端2131和第二连接端2132至少部分位于检测装置20的外表面，以便于后续对电阻检测时的接线。常见的，第一连接端2131和第二连接端2132为焊盘，以便于后续导线焊接在第一连接端2131和第二连接端2132上。

需要说明的是，第一检测条22和第二检测条23的右侧朝向第一连接端2131和第二连接端2132延伸的部分通常设置在衬底21的内部，而不必暴露的衬底21的表面，以避免这些位置的第一检测条22和第二检测条23与外界的水或者其它液体接触，进而被导通，影响检测结果的准确性。

第一连接端2131和第二连接端2132延伸方向也可根据电池与电池管理模块实际的设计进行合理设计，如延伸方向分别向电池极柱一端，或者分别向电池极柱两端。

如图1所示，检测装置20在安装时，延伸部213与其中一个极柱连接，并且如图3和4所示，延伸部213上还可以设置一个用于安装温度传感器40的安装部214，将温度传感器40安装在安装部214上后，能对极柱的温度进行检测，从而更准确的判断电池10的工作状态，利用温度传感器40能进一步提升对电解液检测的可靠性，同时还能对电池热失控进行检测，使得检测更加全面。

如图5和图6所示，本实施例中的温度传感器40包括导热引脚41，设置在导热引脚41上的热敏电阻42，以及第一温度信号引脚43和第二温度信号引脚44，第一温度信号引脚43通过导线连接在热敏电阻42一端上，第二信号引脚44通过导线连接在导热引脚41上，即热敏电阻42另一端，导热引脚41、热敏电阻42、第一温度信号引脚43和第二温度信号引脚44之间封装有树脂45。温度传感器40的工作原理是导热引脚41与被测物体接触，从而改变温度，进而使得连接在导热引脚41上的热敏电阻42的温度改变，由于热敏电阻42温度的改变会引起电阻的变化，从而只要检测第一温度信号引脚43和第二温度信号引脚44之间的电阻，就能得知热敏电阻42此时对应的温度。

如图3所示，在本实施例中，为了保证温度传感器40能直接与极柱的表面接触，安装部214为镂空的通孔，温度传感器40设置在通孔内，从而温度传感器40的导热引脚41能直接连接在极柱的顶面上，或者如图7所示，当多节电池10串联、并联或混联时，导热引脚41能直接连接在金属排30上（一般在连接极柱的金属排正上方），以快速并准确的反映极柱的实际温度。此外，安装部214的一侧设置有第三连接端2141和第四连接端2142，温度传感器40的第一温度信号引脚43和第二温度信号引脚44通过激光焊接或超声波焊接的方式分别固定在第三连接端2141和第四连接端2142上。

如图7所示，检测装置20安装温度传感器40后，在采集电解液信息的同时能采集极柱的温度信息，更准确和全面的反映电池10的工作状态。

检测装置20具体使用过程如下：

将衬底21通过粘贴的方式固定在盖板12的外表面上，并且使得检测区域211完全覆盖安装口121，进而第一检测条22和第二检测条23暴露在安全阀15的外侧。之后将温度传感器40粘贴到极柱上，使得温度传感器40直接与极柱接触。当电池10处于正常状态时，第一检测条22和第二检测条23之间不接触，两者之间的电阻值为无穷大。当电池10处于非正常状态时，电池10内部压力不断增大，当压力超过安全阀15的阈值时，安全阀15被打开，电池10内部的气体携带着电解液向外喷出，并冲开保护层24，向外释放，而电解液将喷溅在衬底21的底面上以及孔穴212内，从而将第一检测条22和第二检测条23导通，这时第一检测条22和第二检测条23之间的电阻将缩小，从而采集第一连接端2131和第二连接端2132上的电位差和/或电流，就能判断电解液是否泄漏，即判断电池的工作状态。检测装置20的优点是结构简单、制作成本低、检测及时性高、检测结果可靠。

以上为对本实用新型实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种集合电池温度和安全阀检测的检测装置，其特征在于，检测装置设置在电池安全阀的外侧，检测装置包括：由绝缘材料制成的衬底（21），衬底（21）朝向安全阀的那侧设置有检测区域（211），检测区域（211）内延伸设置有由导体材料制成的第一检测条（22）和第二检测条（23），第一检测条（22）和第二检测条（23）至少部分暴露在衬底（21）表面，并且两者之间具有电位差，在安全阀开阀时，电解液污染检测区域（211），使第一检测条（22）和第二检测条（23）电位差和/或电流改变；衬底（21）还具有向电池的极柱延伸并设置在极柱外侧的延伸部（213），延伸部（213）上设置有对极柱温度进行检测的温度传感器（40）。

2.根据权利要求1所述的集合电池温度和安全阀检测的检测装置，其特征在于，在检测区域（211）内，第一检测条（22）和第二检测条（23）不导通。

3.根据权利要求2所述的集合电池温度和安全阀检测的检测装置，其特征在于，第一检测条（22）和第二检测条（23）隔开一段距离。

4.根据权利要求3所述的集合电池温度和安全阀检测的检测装置，其特征在于，第一检测条（22）和第二检测条（23）并排延伸，并且覆盖检测区域（211）大部分表面。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的集合电池温度和安全阀检测的检测装置，其特征在于，检测区域（211）中还设置有朝安全阀所在位置开口的孔穴（212），孔穴（212）密集的分布在第一检测条（22）和第二检测条（23）之间；在检测区域（211）内，第一检测条（22）、第二检测条（23）和孔穴（212）均呈螺旋形排列。

6.根据权利要求5所述的集合电池温度和安全阀检测的检测装置，其特征在于，孔穴（212）的孔径为0.2~1mm，相邻的孔穴（212）的圆心之间的距离为0.4~1.5mm。

7.根据权利要求5所述的集合电池温度和安全阀检测的检测装置，其特征在于，全部或部分所述的孔穴（212）贯穿衬底（21）上下表面；衬底（21）背离安全阀的表面设置有保护层（24），保护层（24）覆盖在所有孔穴（212）的外端，保护层（24）厚度为5~20um。

8.根据权利要求1所述的集合电池温度和安全阀检测的检测装置，其特征在于，衬底（21）为片状结构，厚度为0.2~1mm；第一检测条（22）和第二检测条（23）的厚度为50~200um，宽度为0.2~1mm，第一检测条（22）和第二检测条（23）为铜箔或铝箔；第一检测条（22）和第二检测条（23）通过刻蚀的方式设置在衬底（21）上；第一检测条（22）和第二检测条（23）设置在衬底（21）的下表面。

9.根据权利要求1所述的集合电池温度和安全阀检测的检测装置，其特征在于，延伸部（213）上设置有安装部（214），所述的温度传感器（40）设置在安装部（214）内，温度传感器（40）包括导热引脚（41）、设置在导热引脚（41）上的热敏电阻（42），与热敏电阻（42）连接的第一温度信号引脚（43），以及与导热引脚（41）连接的第二温度信号引脚（44）。

10.根据权利要求9所述的集合电池温度和安全阀检测的检测装置，其特征在于，安装部（214）为镂空的通孔，所述的导热引脚（41）位于安装部（214）内。

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