CN111628210A - 一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池及制作方法,通过预埋在电池极片上的热电偶探头实现了电池内部温度的原位测量,在电池使用的过程中能够精确的对电池内部温度变化进行高精度动态测量,解决了现有技术难以避免的测温固有误差问题,对于提高电池运行安全具有显著效果;同时制作方法简便易实现。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,尤其涉及一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池及制作方法。
背景技术
目前汽车行业主要动力来源仍然还是化石燃料,所排放的多是挥发性有机物和温室气体,交通业的巨大负荷导致污染问题也逐年加重,对人体健康和环境都造成了极大的挑战。不仅如此,随着社会经济以及工业技术水平的不断发展,其他各种各样的工业排放污染也在导致自然环境的不断恶化,同时化石燃料资源也在不断减少,人类所面临的能源短缺和环境恶化问题日益艰巨。
目前,世界各国对于化石能源的匮乏以及污染等现象,主要采取了两个方面的措施:其一是转变能源依赖方式,逐渐完成从依靠化石能源转化为依靠可持续发展能源,其二是转变交通运输行业动力驱动方式,从使用内燃机驱动的交通方式转变为使用电力驱动的交通方式。其中,电动汽车(Electric Vehicle)因为其低耗能低排放的显著优点,近年来逐渐走进了人们的视野,发展态势迅猛。与此同时,各国对于燃油车的排放标准日渐严格,某些国家已将淘汰传统的燃油车提上了议程,在此大形势下,各方对于电动汽车技术的研究也便陆续开展起来。三电技术是电动汽车发展的核心技术,其中动力电池系统作为电动汽车的储能装置,也一直是各国研究的热点。目前,电动汽车在动力性能,续航性能以及安全性能方面和传统汽车仍存在很大差距,未来动力电池在高容量,高功率,高可靠性等方面大有可为。
电池的温度会显著影响电池系统各个性能指标,在工作过程中,内部所进行的电化学进程会显著影响系统温度的变化,进而对电池输出的功率、效率和寿命等指标以及安全性能产生重要影响。电池在高温条件下会面临着热失控的风险,同时低温情况下充放电性能也会明显下降,因此电池温度的监控就显得尤为重要。
目前大多数电池系统的温度监控都采用在电池外壳表面粘贴设置热电偶的方式,这种测温方法虽然方便且成本低廉,但外部测量的温度不能完全反映电池内部的瞬态温度场,存在测温固有误差,这种误差会直接影响使用者对电池安全状态的判断,可能会导致电池热失控而爆炸等严重后果。不仅是在电动汽车领域,在数码设备领域等但凡需要用到电池,都需要快速准确地测量电池温度。因此,工业界迫切需要一种兼备快速性和准确性的原位测量电池内部温度的方法。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明提出一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池及制作方法,通过将热电偶探头内置于电池极片上的方法实现对电池内部温度及其变化率的原位测量,从而更加精确的监测电池内部的安全状态,避免出现电池热失控爆炸等严重后果。
为实现以上目的,本发明所采用的技术方案包括:
一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池,其特征在于,包括至少一片热电偶探头极片,所述热电偶探头极片为预埋有至少一根热电偶探头的正极片或负极片。
进一步地,所述热电偶探头为线径小于100微米的T型热电偶或K型热电偶,所述极片的厚度大于等于100微米。
进一步地,所述极片的几何中心位置预埋有一根热电偶探头。
进一步地,所述热电偶探头极片预埋有两根以上数量的热电偶探头,所述两根以上数量的热电偶探头在极片上以极片的几何中心对称预埋。
进一步地,与所述热电偶探头相对应的热电偶端子作为测量测量端子用于连接至电池热管理系统,和/或,测量端子连接至外部数据采集仪。
一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池制作方法,其特征在于,包括以下制备预埋热电偶探头极片的步骤:
在集流体上固定热电偶探头,再将电极浆料涂覆于固定有热电偶探头的集流体上,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型;
或,在集流体上涂覆电极浆料,在电极浆料干燥前插入固定热电偶探头,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型。
进一步地,当极片厚度为100至120微米,采用在集流体上固定热电偶探头,再将电极浆料涂覆于固定有热电偶探头的集流体上,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型的方法制备预埋热电偶探头极片;当极片厚度大于120微米,采用在集流体上涂覆电极浆料,在电极浆料干燥前插入固定热电偶探头,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型的方法制备预埋热电偶探头极片。
进一步地,所述方法还包括在集流体上对应极片几何中心位置固定一根热电偶探头,再将电极浆料涂覆于固定有热电偶探头的集流体上,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型;
或,在集流体上涂覆电极浆料,在电极浆料干燥前在对应极片几何中心位置插入固定一根热电偶探头,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型。
进一步地,所述方法还包括在集流体上对应极片特定位置固定两根以上数量热电偶探头,再将电极浆料涂覆于固定有热电偶探头的集流体上,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型;
或,在集流体上涂覆电极浆料,在电极浆料干燥前在对应极片特定位置插入固定两根以上数量的热电偶探头,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型。
如进一步地,所述方法还包括制备完成的预埋热电偶探头极片依照正常锂离子电池生产工艺流程进行装配。
本发明的有益效果为:
目前电池系统温度采集一般都使用电池壳表面贴热电偶的方式,虽然方法简单,但是外部测量动态响应慢,无法反映电池真实温度情况。采用本发明所述支持原位测量电池内部温度的锂离子电池,通过预埋在电池极片上的热电偶探头实现了电池内部温度的原位测量,构建热电偶探头极片,只预埋热电偶探头,热电偶端子即测量端子被引出,可以通过外部数据采集仪直接检测热电偶的信号,在电池使用的过程中能够精确快速的对电池内部温度及其变化率进行高精度动态测量,从而监测电池内部的安全状态,解决了现有技术难以避免的测温固有误差问题,以避免出现电池热失控爆炸等严重后果,对于提高电池运行安全具有显著效果。本发明还涉及一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池制作方法,只需在现有锂离子电池制作方法的基础上增加电池极片预埋热电偶探头的步骤即可制备出支持原位测量的锂离子电池,简便易实现;同时根据实际需要,可以选择预埋热电偶探头的数量。
附图说明
图1为本发明预埋热电偶探头极片示意图。
图2为本发明支持原位测量电池内部温度的锂离子电池实施例示意图。
附图编号说明:1-热电偶探头极片、11-正极片、12-负极片、2-热电偶探头、21-测量端子、3-隔膜、41-铝箔、42-铜箔。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明的内容,将结合附图和实施例详细说明。
本发明涉及一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池,包括至少一片热电偶探头极片,该热电偶探头极片为预埋有至少一根热电偶探头的正极片或负极片。如图1所示为本发明预埋热电偶探头极片示意图,包括热电偶探头极片1以及预埋于热电偶探头极片1内的热电偶探头2,热电偶包括热电偶探头和热电偶端子,或者说探头(即工作端)和自由端(即测量端),本发明仅将热电偶探头预埋于极片,热电偶端子并不预埋而是在极片外,热电偶端子作为测量端子21连接至电池热管理系统,和/或,所述热电偶探头2的测量端子21连接至外部数据采集仪。热电偶探头2(工作端)接触所需要测量温度的区域,而测量端子21接入相应的数据采集设备,读取热电势,经过计算得到测量点的温度。
由于需要埋设热电偶探头2,热电偶探头极片1的厚度优选为大于等于100微米,同时热电偶探头2采用线径小于100微米的T型热电偶或K型热电偶,以尽可能减少热电偶探头2对热电偶探头极片1正常工作的影响。根据电池测温的实际需要,在一个电池内可以选择一个或多个热电偶探头极片1预埋热电偶探头2,同时每个热电偶探头极片1上可以选择预埋一根或多根热电偶探头2。当单个热电偶探头极片1上预埋有一根热电偶探头2时,优选将热电偶探头2预埋在热电偶探头极片1的几何中心位置;当单个热电偶探头极片1上预埋有两根以上热电偶探头2时,优选将热电偶探头2以热电偶探头极片1的几何中心对称预埋在热电偶探头极片1,例如以极片的几何中心上下对称预埋两根热电偶探头2,或者以极片的几何中心左右对称预埋两根热电偶探头2,或者以极片的几何中心上下左右对称预埋四根热电偶探头2。
如图2所示为本发明支持原位测量电池内部温度的锂离子电池实施例示意图,该实施例给出了一种实验室制单层软包电池,包括作为集流体的铝箔41和铜箔42、正热电偶探头极片11、负热电偶探头极片12和夹于正热电偶探头极片11与负热电偶探头极片12之间的隔膜3,为实现原位测量电池内部温度,在本实施例中正热电偶探头极片11与负热电偶探头极片12都各预埋有一根热电偶探头2,通过与热电偶探头2对应的热电偶端子作为测量端子21连接电池热管理系统实现对电池内部温度的原位测量。对于实际使用的电池,大多数为多层结构,但基本原理与该实施例所述完全一致,热电偶探头2可以根据需要预埋于任意层的正热电偶探头极片11和/或负热电偶探头极片12.
本发明还涉及一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池制作方法,与现有锂离子电池制作方法不同的是需要制备预埋热电偶探头极片,即需要在热电偶探头极片1上预埋热电偶探头2,具体包括:在集流体上固定热电偶探头,再将电极浆料涂覆于固定有热电偶探头的集流体上,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型;或,在集流体上涂覆电极浆料,在电极浆料干燥前插入固定热电偶探头,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型。极片预埋热电偶探头的工艺视电池极片厚薄的不同可进行相应调整,可以采用固定热电偶探头后涂片的方式,也可以先涂片后插入热电偶探头的方式。对于具体方法的选择取决于所要制作的热电偶探头极片1厚度,优选地,当热电偶探头极片1厚度为100至120微米,采用在集流体上固定热电偶探头2,再将电极浆料涂覆于固定有热电偶探头2的集流体上,电极浆料与热电偶探头2一起干燥成型的方法制备预埋热电偶探头极片;热电偶探头极片1厚度大于120微米,采用在集流体上涂覆电极浆料,在电极浆料干燥前插入固定热电偶探头2,电极浆料与热电偶探头2一起干燥成型的方法制备预埋热电偶探头极片;无论采用哪种制备方法,均优选将热电偶探头2预埋在热电偶探头极片1整体厚度的中间位置,即能保证采集精度也利于在空间上布置。同样为了保证采集准确性,当热电偶探头极片1预埋有一根热电偶探头2时,应选择将热电偶探头2固定在热电偶探头极片1的几何中心位置;当预埋有两根以上数量热电偶探头2时,应将两根以上数量热电偶探头2固定在热电偶探头极片1的特定位置上,所述特定位置优选为以热电偶探头极片1的几何中心对称的位置。制备好预埋热电偶探头极片后,依照正常锂离子电池生产工艺流程进行装配,制成支持原位测量电池内部温度的锂离子电池。
依据上述方法制成的支持原位测量电池内部温度的锂离子电池,在使用过程中热电偶探头2原位采集电池内部温度,测量端子21连接相应的数据采集设备读取热电势,经过计算得到测量点的温度。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明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发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池,其特征在于,包括至少一片热电偶探头极片,所述热电偶探头极片为预埋有至少一根热电偶探头的正极片或负极片。
2.如权利要求1所述的锂离子电池,其特征在于,所述热电偶探头为线径小于100微米的T型热电偶或K型热电偶,所述极片的厚度大于等于100微米。
3.如权利要求2所述的锂离子电池,其特征在于,所述极片的几何中心位置预埋有一根热电偶探头。
4.如权利要求2所述的锂离子电池,其特征在于,所述热电偶探头极片预埋有两根以上数量的热电偶探头,所述两根以上数量的热电偶探头在极片上以极片的几何中心对称预埋。
5.如权利要求3或4所述的锂离子电池,其特征在于,与所述热电偶探头相对应的热电偶端子作为测量测量端子用于连接至电池热管理系统,和/或,测量端子连接至外部数据采集仪。
6.一种支持原位测量电池内部温度的锂离子电池制作方法,其特征在于,包括以下制备预埋热电偶探头极片的步骤:
在集流体上固定热电偶探头,再将电极浆料涂覆于固定有热电偶探头的集流体上,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型;
或,在集流体上涂覆电极浆料,在电极浆料干燥前插入固定热电偶探头,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,极片厚度为100至120微米,采用在集流体上固定热电偶探头,再将电极浆料涂覆于固定有热电偶探头的集流体上,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型的方法制备预埋热电偶探头极片;极片厚度大于120微米,采用在集流体上涂覆电极浆料,在电极浆料干燥前插入固定热电偶探头,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型的方法制备预埋热电偶探头极片。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,
在集流体上对应极片几何中心位置固定一根热电偶探头,再将电极浆料涂覆于固定有热电偶探头的集流体上,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型;
或,在集流体上涂覆电极浆料,在电极浆料干燥前在对应极片几何中心位置插入固定一根热电偶探头,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型。
9.如权利要求6所述的方法,其特征在于,
在集流体上对应极片特定位置固定两根以上数量热电偶探头,再将电极浆料涂覆于固定有热电偶探头的集流体上,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型;
或,在集流体上涂覆电极浆料,在电极浆料干燥前在对应极片特定位置插入固定两根以上数量的热电偶探头,电极浆料与热电偶探头一起干燥成型。
10.如权利要求6至9任一项所述的方法,其特征在于,制备完成的预埋热电偶探头极片依照正常锂离子电池生产工艺流程进行装配。
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