CN220569732U - 基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置，将柔性传感器分别打印在电池模组箱体顶部、两侧以及底部。打印在电池模组箱体底部的柔性传感器包含感温区域和感压区域，可监测电池热失控期间电池表面温度与压力的变化。打印在电池模组箱体两侧的柔性传感器可监测高温电池热辐射所引起的模组箱体空间温度的变化。同时，当电池内部压力达到一定程度时，电池内部的各种特征气体以及高温气化电解液可从电池安全阀喷出，电池模组箱体顶部温度升高。打印在电池模组箱体顶部的柔性传感器包含感温区域与感气区域，可监测电池喷发后的各种特征气体以及高温喷发产物所造成的温度突变。

Description

基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置，属于电池控制技术领域。

背景技术

“碳达峰”和“碳中和”是保护环境、低碳发展和应对全球变暖的长期政策。不可再生资源的稀缺与严重的环境污染都迫使人们寻找满足发展需求且环境友好的清洁能源。锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率等优点，广泛应用于电子设备、新能源汽车、储能电站、民用航空等领域。目前，锂离子电池已成为新一代的主流清洁能源。然而，锂离子电池具有不可避免的安全问题，其热失控所引起的火灾、爆炸将导致人们的生命财产安全无法得到保障。

随着电池老化加剧，电池的安全状态和健康状态会逐渐下降。在此过程中，电极材料的结构会发生不同程度的损伤、隔膜孔隙率下降、电极与电解液导电率降低、电池内阻增大。电池在不同的滥用条件下，内部会发生复杂的化学反应，产生大量的热量与气体，进而诱发电池热失控。电池喷发的高温电解液与空气中氧接触会产生火焰，导致电池燃烧、爆炸，进而导致整个电池系统的火灾事故。为了实现电池运行过程中的安全监测，避免电池热失控带来的危害，开发锂离子电池热失控预警系统已成为工业界和学术界共同奋斗的方向。

现有的锂离子电池热失控预警装置，主要是集成电池热失控过程中的多种参数信号实现电池的热失控预警。例如，电压、温度、压力、气体、烟雾、火焰等都是电池热失控的特征信号。通过选用所需热失控特征信号对应的传感器，可实时监测电池热失控过程中各种特征参数的变化，建立基于多参数融合的预警系统。然而，现有的各类传感器在使用过程中由于其体积、精度、线束复杂度以及使用寿命等问题，并不能满足电池热失控的长期高精度监测以及低空间占用率的需求。目前，温度传感器一般采用热电偶、热电阻、热敏电阻，其具有与电池贴合性差、易脱落、精度低、安装过程复杂等缺点。常用的气体传感器具有体积大、难集成、寿命短、不利于大范围应用等问题。当前，针对锂离子电池热失控所引发的火灾、爆炸事故，还急需一种高精度、高可靠性、易集成的热失控预警装置来实现电池的安全预警。

专利申请号：202210601887.4提供一种内部集成柔性温度监测传感器的锂电池，该内部集成传感器的方法具有较高的工艺难度，成本较高。同时，内置的传感器对于电池来说始终是一个异物，极有可能会对电池的性能造成影响。此外，在电池内部集成的柔性薄膜温度传感器需要通过数据连接线实现信号的传输，对于大型的电池模组，想要实现电池的温度监测，连接线的排布方式也是一大难题。

专利申请号：202111354050.6提供一种动力电池热失控检测与预警系统，该系统将大量的传感器都至于电池箱内，极大的增加了电池箱的空间占用率。同时，大量的传感器的也会带来复杂的线束问题，增加电池系统的复杂度。电池管理系统将记录并处理大量传感器所传输的庞大数据量，这对电池管理系统的开发提出了更高的要求。

实用新型内容

针对现有存在的技术，本实用新型提供了一种基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置，将柔性传感器分别打印在电池模组箱体顶部、两侧以及底部。打印在电池模组箱体底部的柔性传感器包含感温区域和感压区域，可监测电池热失控期间电池表面温度与压力的变化。打印在电池模组箱体两侧的柔性传感器可监测高温电池热辐射所引起的模组箱体空间温度的变化。同时，当电池内部压力达到一定程度时，电池内部的各种特征气体以及高温气化电解液可从电池安全阀喷出，电池模组箱体顶部温度升高。打印在电池模组箱体顶部的柔性传感器依靠感温区域与感气区域，可监测电池喷发后的各种特征气体以及高温喷发产物所造成的温度突变。

具体的技术方案为：

基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置，包括电池模组箱体上盖板，电池模组箱体上盖板下表面设有顶部感温区域、顶部感气区域，顶部感温区域、顶部感气区域均设有顶部柔性传感器；顶部感温区域、顶部感气区域均是顶部柔性传感器的监测点；

还包括模组箱体，模组箱体内设有电池；

模组箱体内部侧壁设有侧壁感温区域，侧壁柔性传感器设在侧壁感温区域，侧壁感温区域均是侧壁柔性传感器的监测点，侧壁感温区域与电池表面有间隔。打印在电池模组箱体两侧的柔性传感器通过感温区域可监测热失控电池热辐射所引起的空间温度变化，可为电池预警提供重要的温度信号。

所述的模组箱体底部设有底部柔性传感器；底部柔性传感器与电池底部表面接触，底部柔性传感器包括感压传感器和感温传感器；电池底部中间为底部感压区域，底部感压区域处为感压传感器，底部感压区域两侧为底部感温区域，底部感温区域采用感温传感器。打印在电池模组箱体底部的柔性传感器可与电池底面贴合，在电池热失控过程中，通过感温区域与感压区域可实现电池表面温度与压力的高精度监测，可有效提高热失控预警准确性以及提前预警时间。

各个传感器的引脚均与控制单元连接，传输检测数据；还包括报警灯，报警灯连接控制单元，控制单元依据各个柔性传感器采集的数据控制报警灯灯光。

所述的模组箱体与电池模组箱体上盖板之间通过螺丝进行固定。

所述的顶部感温区域、顶部感气区域交错排列。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型采用高精度、高灵敏度的柔性传感器可监测温度、压力、气体等多种电池热失控特征信号，为电池热失控预警提供了更为详细的参数信息，使得控制单元能够精确的判断电池的真实情况，从而能够有效提高预警准确性。

(2)本实用新型将柔性传感器直接打印在电池模组箱体顶部、两侧和底部，几乎不占用模组箱体空间，没有复杂的线束排布，极大地降低了电池热失控预警系统的复杂度。

(3)本实用新型实现了传感器与电池模组箱体的集成，为电池热失控预警装置提出了一种全新的构造设计。

(4)本实用新型中的柔性温度传感器对每块电池都有感温区域，依据各位点感温区域所反映的温差，还可实现热失控电池的精准定位。

(5)本实用新型采用多参数融合的方式实现电池的热失控预警，极大地提前了预警时间，降低了电池燃烧爆炸的几率。参数包括：电池表面温度信号、压力信号、模组箱体空间温度信号以及特征气体信号。

附图说明

图1为本实用新型的整体内部结构示意图；

图2为本实用新型的左视图；

图3为本实用新型的前视图；

图4为本实用新型的电池模组箱体底部视图；

图5为本实用新型的电池模组箱体上盖板俯视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例子仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，此外，下面描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1到图5所示，基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置，包括电池模组箱体上盖板1，电池模组箱体上盖板1下表面设有顶部感温区域31、顶部感气区域41，顶部感温区域31、顶部感气区域41均设有顶部柔性传感器2；顶部感温区域31、顶部感气区域41均是顶部柔性传感器2的监测点；

还包括模组箱体6，模组箱体6内设有电池5；

模组箱体6内部侧壁设有侧壁感温区域32，侧壁柔性传感器9设在侧壁感温区域32，侧壁感温区域32均是侧壁柔性传感器9的监测点，侧壁感温区域32与电池5表面有间隔。

所述的模组箱体6底部设有底部柔性传感器10；底部柔性传感器10与电池5底部表面接触，底部柔性传感器10包括感压传感器和感温传感器；电池5底部中间为底部感压区域11，底部感压区域11处为感压传感器，底部感压区域11两侧为底部感温区域33，底部感温区域33采用感温传感器。

各个传感器的引脚12均与控制单元7连接，传输检测数据；还包括报警灯8，报警灯8连接控制单元7，控制单元7依据各个柔性传感器采集的数据控制报警灯8灯光。报警灯8可发出绿、蓝、黄、红等4种颜色的光对应电池热失控不同预警级别。

所述的模组箱体6与电池模组箱体上盖板1之间通过螺丝13进行固定。

所述的顶部感温区域31、顶部感气区域41交错排列。

该装置工作时，底部柔性传感器10的底部感温区域33与底部感压区域11开始实时监测电池热失控过程的表面温度以及压力变化。侧壁柔性传感器9的侧壁感温区域32开始监测高温电池热辐射所造成的模组箱体6空间温度变化。顶部柔性传感器2的顶部感温区域31可监测高温电池热辐射所造成的模组箱体6空间温度变化以及电池喷发产物所造成的温度突变；其顶部感气区域41可监测电池热失控过程中释放的特征气体。通过各个柔性传感器采集的电池表面温度信号、压力信号、模组箱体6空间温度信号以及特征气体信号都被控制单元7所接收、处理以及进行预警评估，最后使用报警灯8的不同灯光表示电池热失控的不同预警等级。其中，绿色表示电池安全，未发生热失控；蓝色表示三级预警，电池温度达到80℃，开始进入热失控阶段；黄色表示二级预警，电池温度较高、电池膨胀、特征产气浓度达到设定阙值；红色表示一级预警，电池温度快速升高，电池具有燃烧爆炸风险。

此外，模组箱体6中的每块电池5底部都对应有两个底部感温区域33，依据同一电池两个底部感温区域33的温差以及这两个底部感温区域33与其他位点感温区域的温差，还可实现电池模组中热失控电池的精准定位，降低误报率与漏报率。本实用新型将电池热失控过程中四种不同信号融合实现电池的热失控预警，具有较高的准确性和可靠性。

本实施例中，所述电池模组箱体6可依据柔性传感器不同的打印方式以及箱体的大小，可选择整体式箱体或组装式箱体。组装式箱体是先将柔性传感器打印在箱体各平面，之后再将各平面组装成电池模组箱体6。

本实施例中，所述电池5使用方形电池，但不限于方形电池，可根据实际情况进行选择。

本实施例中，所述顶部柔性传感器2的顶部感气区域41的监测气体可依据电池热失控的产气种类自行选择，可选用检测H₂、CO、CO₂的感气区域41。

本实施例中，所述柔性传感器的打印位置，可依据电池热失控现象进行设计，可以打印在电池模组箱体6的其他位置，也可直接打印在电池5上。

本实施例中，所述柔性传感器的各种敏感区域的数量可依据电池模组箱体6大小以及箱体内部的电池5数量决定。

本实施例中，所述报警灯8的预警灯光不限于上述划分方法，可依据电池热失控的实际情况合理划分即可。

Claims (5)

1.基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置，其特征在于，包括电池模组箱体上盖板(1)，电池模组箱体上盖板(1)下表面设有顶部感温区域(31)、顶部感气区域(41)，顶部感温区域(31)、顶部感气区域(41)均设有顶部柔性传感器(2)；顶部感温区域(31)、顶部感气区域(41)均是顶部柔性传感器(2)的监测点；

还包括模组箱体(6)，模组箱体(6)内设有电池(5)；

模组箱体(6)内部侧壁设有侧壁感温区域(32)，侧壁柔性传感器(9)设在侧壁感温区域(32),侧壁感温区域(32)均是侧壁柔性传感器(9)的监测点，侧壁感温区域(32)与电池(5)表面有间隔。

2.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置，其特征在于，所述的模组箱体(6)底部设有底部柔性传感器(10)；底部柔性传感器(10)与电池(5)底部表面接触，底部柔性传感器(10)包括感压传感器和感温传感器；电池(5)底部中间为底部感压区域(11)，底部感压区域(11)处为感压传感器，底部感压区域(11)两侧为底部感温区域(33)，底部感温区域(33)采用感温传感器。

3.根据权利要求1或2所述的基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置，其特征在于，各个传感器的引脚(12)均与控制单元(7)连接，传输检测数据；还包括报警灯(8)，报警灯(8)连接控制单元(7)，控制单元(7)依据各个柔性传感器采集的数据控制报警灯(8)灯光。

4.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置，其特征在于，所述的模组箱体(6)与电池模组箱体上盖板(1)之间通过螺丝(13)进行固定。

5.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的电池多参数融合热失控预警装置，其特征在于，所述的顶部感温区域(31)、顶部感气区域(41)交错排列。