CN220138407U - 单体电池及电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单体电池及电池模组，属于动力电池技术领域。单体电池包括电池外壳和监测组件，电池外壳内部容纳有电解液；监测组件包括多个传感器，传感器嵌设于电池外壳，传感器监测电池外壳内部的气体，传感器与外部的电池管理系统电连接。本实用新型的单体电池及电池模组，能够对产气量和产气成分进行实时监测，分析产气量和产气成分的变化过程，有助于建立单体电池安全预警体系，防止由于单体电池内部急剧产气而出现的安全问题以及单体电池的容量寿命衰减问题，能够根据产气机理用于指导电池安全设计。

Description

单体电池及电池模组

技术领域

本实用新型涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种单体电池及电池模组。

背景技术

电池在正常使用过程中，由于电解液分解或发生副反应而产生气体，造成电池的容量寿命的衰减。当电池出现如发生过充、短路、挤压等滥用时，电池内部发生结构变化，会出现内短路，电池内部物质发生化学反应，电池内部会急剧产气，导致出现安全问题以及电池的容量寿命衰减。

现有技术中，电池外部设有监测装置，通过电池滥用手段，电池内部产生的气体排出电池外部时，依托于电池外部的监测装置对电池的产气成分和产气量进行监测，通过对气体的流量和成分分析，得出电池滥用时的衰减机理。

然而，上述监测装置不能用于分析电池正常使用时的衰减机理，并且也不能对安全事故进行预警，降低了电池的安全性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单体电池及电池模组，能够对产气量和产气成分进行实时监测，分析产气量和产气成分的变化过程，有助于建立单体电池安全预警体系，提高安全性，防止由于单体电池内部急剧产气而出现的安全问题以及单体电池的容量寿命衰减问题，以及能够根据产气机理用于指导电池安全设计。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一方面，提供一种单体电池，包括：

电池外壳，所述电池外壳内部容纳有电解液；

监测组件，所述监测组件包括多个传感器，所述传感器嵌设于所述电池外壳，所述传感器监测所述电池外壳内部的气体，所述传感器与外部的电池管理系统电连接。

在一些可能的实施方式中，所述电池外壳包括壳本体和盖板组件，所述壳本体和所述盖板组件形成用于容纳所述电解液的容纳空间；

所述壳本体上设有所述传感器，和/或所述盖板组件上设有所述传感器。

在一些可能的实施方式中，所述壳本体上设有所述传感器时，所述壳本体包括侧壁和底壁，所述传感器设于所述底壁和/或所述侧壁的中部。

在一些可能的实施方式中，所述监测组件包括电化学气体传感器和热导式气体传感器中的一种或两种。

在一些可能的实施方式中，所述盖板组件设有所述传感器时，所述盖板组件上设有泄压阀，所述泄压阀的周围设有所述传感器。

在一些可能的实施方式中，所述盖板组件包括盖板本体和与所述盖板本体连接的下塑胶，所述下塑胶朝向所述容纳空间，所述泄压阀设于所述盖板本体，所述传感器嵌设于所述下塑胶，所述泄压阀的下方设有所述传感器。

在一些可能的实施方式中，所述监测组件包括应变式传感器、压电式传感器及压阻式传感器中的一种或多种。

在一些可能的实施方式中，所述单体电池包括连接于所述电池外壳的极柱，所述监测组件和所述极柱电连接，所述极柱与外部的电池管理系统电连接。

另一方面，提供一种电池模组，包括上述的单体电池。

在一些可能的实施方式中，还包括电池管理系统，监测组件与所述电池管理系统电连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的一种单体电池及电池模组，单体电池使用过程中有气体产生时，传感器的电导率等物理性质变化产生电信号，将电信号传输到电池管理系统。分析评估电池在正常使用和滥用时，能够对单体电池在反应过程中的产气成分和产气量进行监测，分析产气量和产气成分的变化过程，分析单体电池在使用过程中的产气机理，能够用于后期指导单体电池安全设计。当产气量达到预设值时，能够及时采取措施，有助于建立单体电池安全预警体系，防止由于单体电池内部急剧产气而出现的安全问题以及单体电池的容量寿命衰减问题。

附图说明

图1是本实用新型的具体实施方式提供的单体电池的透视示意图。

图中：

1、电池外壳；11、壳本体；111、侧壁；112、底壁；12、盖板组件；121、盖板本体；122、下塑胶；

2、监测组件；21、传感器；

3、极柱；

4、泄压阀；

5、注液孔。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案做进一步的详细描述，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，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供了一种单体电池，如图1所示，包括电池外壳1和监测组件2，电池外壳1内部容纳有电解液。监测组件2包括多个传感器21，传感器21嵌设于电池外壳1，传感器21监测所述电池外壳1内部的气体，所述传感器21与外部的电池管理系统电连接。传感器21包括探头，探头裸露或伸至电池外壳1内部。

单体电池组装阶段或电池外壳1制作阶段，将传感器21嵌设在电池外壳1内部，传感器21的探头裸露出来或伸出来。单体电池使用过程中有气体产生时，与气体接触后的探头的电导率等物理性质变化产生电信号，将电信号传输到电池管理系统。分析评估电池在正常使用和滥用时，能够对单体电池在反应过程中的产气成分和产气量进行监测，分析产气量和产气成分的变化过程，分析单体电池在使用过程中的产气机理，能够用于后期指导单体电池安全设计。当产气量达到预设值时，能够及时采取措施，有助于建立单体电池安全预警体系，防止由于单体电池内部急剧产气而出现的安全问题以及单体电池的容量寿命衰减问题。

传感器21监测的原理在于：传感器21的探头表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用(化学作用或生物作用，或者是物理吸附)，使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以获得准确的反应气体浓度的变化值。

电池外壳1包括壳本体11和盖板组件12，壳本体11和盖板组件12形成用于容纳电解液的容纳空间。第一种实施例中，仅在壳本体11上设有传感器21，第二种实施例中，仅在盖板组件12上设有传感器21；第三种实施例中，壳本体11和盖板组件12上均设有传感器21。由于壳本体11内部产气主要来源于电解液的分解，因此传感器21设于电解液集中的壳本体11的中下位置，有利于对气体成分和产气量进行实时监测。同时，在产生气体后，气体主要游离在盖板组件12下方的位置，因此在电池盖板下侧布置传感器21，能够更加准确地实现对电池外壳1内部产生的气体成分和产气量进行实时监测。

壳本体11上设有传感器21时，壳本体11包括侧壁111和底壁112，传感器21设于底壁112和/或侧壁111的中部，即将传感器21设于电解液集中的位置。进一步地，壳本体11为方形壳体时，传感器21可以设于四周的侧壁111，或者也可以对称设于其中两个侧壁111，不作限定。传感器21设于底壁112时可以对称设置，提高监测可靠性。不同的位置均保证能实现监测即可，数量不作限定。示例性地，监测点分布，如图1所示，两个侧壁111上各设有三个传感器21，底壁112中间位置设有一个传感器21，两侧各设三个。其他实施例中，也可以根据试验或者仿真计算等布置监测点的位置及个数。

壳本体11为铝壳，传感器21嵌设于铝壳，在铝壳制作过程中，即将传感器21嵌入至铝壳内部，二者可通过注塑等方式一体成型，安装可靠性好，避免后续组装。传感器21的探头之外的其他位置设有包覆层，包覆层具体材料及结构不作限定，只要能够保护传感器21的探头之外的其他位置耐受铝壳塑性压力即可，从而避免传感器21内部由于挤压而失效。

壳本体11上设有传感器21时，监测组件2包括电化学气体传感器和热导式气体传感器中的一种或两种，或者也可以是其他类型传感器21，不作限定，只要能够监测产气成分、重量、含量、压强、浓度等即可。

盖板组件12设有传感器21时，盖板组件12上设有泄压阀4，传感器21设于泄压阀4的周围。在产生气体后，气体主要游离在盖板组件12下方的位置，通过在电池盖板泄压阀4周围布置传感器21，可以直接对外壳内的气体进行监测。

盖板组件12包括盖板本体121和与盖板本体121连接的下塑胶122，下塑胶122朝向容纳空间，泄压阀4设于盖板本体121，传感器21嵌设于下塑胶122，泄压阀4的下方设有传感器21。电池外壳1内气体压强达到一定程度之后，气体会从盖板组件12的泄压阀4处排出，从而实现了对单体电池泄压阀4开阀瞬间的气体从泄压阀4处排出的含量及速率进行监测，进一步收集了数据，以便于后续做进一步分析，指导安全设计及事故预警等。在盖板组件12生产过程中，即可将传感器21嵌入盖板本体121下方的下塑胶122，二者可通过注塑等方式一体成型，安装可靠性好，避免后续组装。

如图1所示，部分传感器21位于泄压阀4下方，示例性地，五个传感器21均匀间隔布置在泄压阀4下方。另一部分传感器21围设在泄压阀4的四周的位置，示例性地，泄压阀4两侧各设有一个传感器21。盖板组件12上设有注液孔5，传感器21避开注液孔5，以防止影响注液。

盖板组件12上设有传感器21时，监测组件2包括应变式传感器、压电式传感器及压阻式传感器中的一种或多种，或者也可以是其他类型传感器21，不作限定，只要能够监测产气成分、重量、含量、压强、浓度等即可。

单体电池包括连接于电池外壳1的极柱3，正、负极的极柱3具体是安装在盖板组件12上，监测组件2和极柱3电连接，极柱3与外部的电池管理系统电连接，通过极柱3实现了监测组件2与外部的电池管理系统电连接。进一步地，通过电池外壳1内壁布线使监测组件2与极柱3电连接，具体布线方式参照现有技术即可，不再赘述。

单体电池还包括设于电池外壳1内的电芯，电芯与极柱3连接，极柱3及电芯的具体结构及连接方式等均参照现有技术，不再赘述。

本实施例还提供了一种电池模组，包括如上述的单体电池，通过解决单体电池安全问题和容量寿命衰减问题，从而提高电池模组安全性和容量寿命。电池模组还包括电池管理系统，监测组件2与电池管理系统电连接，通过将产气成分和产气量与安全问题联动，通过将滥用时，单体电池发生安全问题的产气量和产气成分预设输入电池管理系统，在出现安全问题时，电池管理系统提前对安全问题进行预警。

本实施例还提供了一种如车辆等设备，设备包括上述电池模组，通过提高电池模组安全性和容量寿命，进而提高设备的安全性，延长续航时间。设备还包括报警系统，报警系统与电池管理系统电连接。当出现安全问题时，报警系统报警，提示用户及时采取措施，提高安全性。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单体电池，其特征在于，包括：

电池外壳(1)，所述电池外壳(1)内部容纳有电解液；

监测组件(2)，所述监测组件(2)包括多个传感器(21)，所述传感器(21)嵌设于所述电池外壳(1)，所述传感器(21)监测所述电池外壳(1)内部的气体，所述传感器(21)与外部的电池管理系统电连接。

2.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，所述电池外壳(1)包括壳本体(11)和盖板组件(12)，所述壳本体(11)和所述盖板组件(12)形成用于容纳所述电解液的容纳空间；

所述壳本体(11)上设有所述传感器(21)，和/或所述盖板组件(12)上设有所述传感器(21)。

3.根据权利要求2所述的单体电池，其特征在于，所述壳本体(11)上设有所述传感器(21)时，所述壳本体(11)包括侧壁(111)和底壁(112)，所述传感器(21)设于所述底壁(112)和/或所述侧壁(111)的中部。

4.根据权利要求3所述的单体电池，其特征在于，所述监测组件(2)包括电化学气体传感器和热导式气体传感器中的一种或两种。

5.根据权利要求2所述的单体电池，其特征在于，所述盖板组件(12)设有所述传感器(21)时，所述盖板组件(12)上设有泄压阀(4)，所述泄压阀(4)的周围设有所述传感器(21)。

6.根据权利要求5所述的单体电池，其特征在于，所述盖板组件(12)包括盖板本体(121)和与所述盖板本体(121)连接的下塑胶(122)，所述下塑胶(122)朝向所述容纳空间，所述泄压阀(4)设于所述盖板本体(121)，所述传感器(21)嵌设于所述下塑胶(122)，所述泄压阀(4)的下方设有所述传感器(21)。

7.根据权利要求5所述的单体电池，其特征在于，所述监测组件(2)包括应变式传感器、压电式传感器及压阻式传感器中的一种或多种。

8.根据权利要求1-7任一项所述的单体电池，其特征在于，所述单体电池包括连接于所述电池外壳(1)的极柱(3)，所述监测组件(2)和所述极柱(3)电连接，所述极柱(3)与外部的电池管理系统电连接。

9.一种电池模组，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的单体电池。

10.根据权利要求9所述的电池模组，其特征在于，还包括电池管理系统，监测组件(2)与所述电池管理系统电连接。