CN107342443A - 一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置 - Google Patents

一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107342443A
CN107342443A CN201710645652.4A CN201710645652A CN107342443A CN 107342443 A CN107342443 A CN 107342443A CN 201710645652 A CN201710645652 A CN 201710645652A CN 107342443 A CN107342443 A CN 107342443A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thermocouple
pressure
pressure sensor
lithium ion
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710645652.4A
Other languages
English (en)
Inventor
王青松
黄沛丰
彭文
毛斌斌
陈昊东
孙金华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN201710645652.4A priority Critical patent/CN107342443A/zh
Publication of CN107342443A publication Critical patent/CN107342443A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H01M50/627—Filling ports
    • H01M50/636—Closing or sealing filling ports, e.g. using lids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度和压力的装置，包括电池壳、热电偶、连接结构体及压力传感器。该装置包括螺母(1)、电池壳盖板(2)、热电偶固定结构件(3)、紧固螺母盖(4)、热电偶(5)、中空铜球(6)、压力传感器固定结构件(7)、螺纹塞(8)、电极材料(9)、螺母(10)、压力传感器(11)。该测试设计主要针对于动力、储能等大型锂离子电池。热电偶与高温环境压力传感器主要用于探测电池内部的温度和压力变化，有助于在锂离子电池安全设计过程中，监测电池内部的温度和压力变化。

Description

一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温 度与压力变化的装置
技术领域
本发明涉及高安全性锂离子电池研发的技术领域，具体涉及一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置。
背景技术
随着人们生活要求的日益提高，锂离子电池在大规模应用上需要更快的充放电倍率和更大的容量。而这些因素的增加会极大的影响电池本身的安全性。例如电池在充放电循环过程中会产生大量的热量，加之空间受限和时间积累的效应，易引发单体电池的温度升高，当超过电池正常工作温度范围后，单体电池内部材料会发生分解，提高电池内部的压力。如果温度不能及时控制，会引发电池的热失控。而这类安全风险对于装载大量锂离子电池单元的电动汽车、储能电站等是不能容许的。
目前各国的科学家都在研究如何提高电池的安全性。本发明可以从温度和压力两个方面解决科学家关切的锂离子电池安全性能的技术问题，得到包括充放电、高温、过充过放以及针刺挤压等实验工况下的电池内部温度与压力变化。
发明内容
本发明的目的是为研发安全性能锂离子电池，监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化。具体通过热电偶和压力传感器实时传输相应电池材料在充放电过程、过充过放、高温热箱等工况条件下电池内部的温度和压力信号。从而优化电池设计方案。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置，包括螺母、电池壳盖板、热电偶固定结构件、紧固螺母盖、热电偶、中空铜球、压力传感器固定结构件、螺纹塞、电极材料、螺母和压力传感器，在电池壳盖板与电极材料焊接之前，螺母、电池壳盖板、热电偶固定结构件、紧固螺母盖和热电偶要通过结构件上的螺纹提前固定，嵌于紧固螺母盖与热电偶固定结构件之间的中空铜球需要被扭转变形，以起到密封热电偶与热电偶固定结构件和紧固螺母盖之间缝隙的作用，热电偶固定结构件与紧固螺母盖在与铜球接触设计均采用凹面设计，螺母和压力传感器固定结构件需与电池壳盖板提前通过压力传感器固定结构件上螺纹固定，并在电池做注液、化成分容时，用螺纹塞将压力传感器口封堵。
进一步地，电池化成分容之后，在测量电池内部压力时，需在水、氧含量较低的环境中将螺纹塞取出并将压力传感器旋入压力传感器固定结构件中，压力传感器需要能耐400℃左右高温环境中使用。
进一步地，为能测量到电池失控时内部温度，热电偶需采用1mm直径铠装的K型、S型、R型或者B型热电偶，若只测量一般充放电循环等条件，可以换做一般化的热电偶甚至温度传感器，热电偶需在电池壳盖板与装有电极材料的电池壳焊接之前植入电极材料中的隔膜之间，防止发生内短路。
进一步地，该装置除了能测量电池热失控时的内部温度和压力，还可以测量其他如充放电循环等正常工作状态下的温度和压力，但相应的热电偶和压力传感器可以根据需要而采用对应的型号。
进一步地，热电偶和压力传感器需通过数据采集与分析***，处理分析采集的数据，最终得到所需要的实验数据。
本发明的圆柱型锂离子电池内部压力检测设备与现有技术相比具有如下优异效果。
(1)现有技术目前只有国外部分研究机构开展了这方面的装置，且只针对于小型电池的内部温度的测量，并没有探测压力。本发明同时加载了温度传感器和压力传感器，能同时测量电池内部的温度和压力，并且本装置结构简单，可操作性强，能以生产线作业的方式加工该类特殊电池，批量制作所需要的实验电池，大大提高了实验速率，有助于电池安全性能研究工作的开展。
(2)该测试设计主要针对于动力、储能等大型锂离子电池。热电偶与高温环境压力传感器主要用于探测电池内部的温度和压力变化，有助于在锂离子电池安全设计过程中，监测电池内部的温度和压力变化。由于电池在制造过程中需要注液、化成，在热电偶与压力传感器与电池盖之间分别增加结构件，其中压力结构件上方有螺旋塞作为注液堵塞临时装置，防止制造过程中电解液漏出。本发明为电池厂商在安全设计电池提供了关键数据测试方案，有助于电池安全研究。
附图说明
图1为本发明监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置示意图，其中：1为螺母，2为电池壳盖板，3为热电偶固定结构件，4为紧固螺母盖，5为热电偶，6为中空铜球，7为压力传感器固定结构件，8为螺纹塞，9为电极材料，10为螺母，11为压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置示意图。
本发明主要分为两个部分，第一个部分，将电池壳盖板2夹于螺母1和紧固螺母盖4之间，通过热电偶固定结构件3上下螺纹连接，并将盖板夹紧。为防止电池内部电解液从热电偶5与热电偶固定结构件3和紧固螺母盖4之间的缝隙溢出，在安装过程中需将热电偶固定结构件3与紧固螺母盖4之间的中空铜球6挤压变形，堵塞缝隙。第二个部分，压力传感器固定结构件7与螺母10也通过螺纹连接，并将之间的电池壳盖板2夹紧。由于电池制作过程需要经过一系列的焊接、注液、化成、分容等操作流程，为方便电池制作，期间通过螺纹塞8对压力传感器固定结构件7进行密封。电池制作成功后，当实际测量时，在惰性气体环境下，可以将螺纹塞8换成压力传感器11。
本发明考虑到高温作业特点，一方面整套装置均采用金属材料，防止其他如橡胶类材料在高温中发生融化，保障电池的密闭性，提高数据探测的准确性和稳定性；另一方面，该装置在探测高温条件下，热电偶5需采用1mm直径的K型、S型、R型或者B型热电偶，而压力传感器则采用能耐400℃甚至以上的传感器，如果测量低温条件，热电偶则可以更换为 T型、J型等其他型号，而压力传感器则可以采用一般的传感器。

Claims (5)

1.一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置，其特征在于：包括螺母(1)、电池壳盖板(2)、热电偶固定结构件(3)、紧固螺母盖(4)、热电偶(5)、中空铜球(6)、压力传感器固定结构件(7)、螺纹塞(8)、电极材料(9)、螺母(10)和压力传感器(11)，在电池壳盖板(2)与电极材料(9)焊接之前，螺母(1)、电池壳盖板(2)、热电偶固定结构件(3)、紧固螺母盖(4)和热电偶(5)要通过结构件上的螺纹提前固定，嵌于紧固螺母盖(4)与热电偶固定结构件(3)之间的中空铜球(6)需要被扭转变形，以起到密封热电偶(5)与热电偶固定结构件(3)和紧固螺母盖(4)之间缝隙的作用，热电偶固定结构件(3)与紧固螺母盖(4)在与铜球接触设计均采用凹面设计，螺母(10)和压力传感器固定结构件(7)需与电池壳盖板(2)提前通过压力传感器固定结构件(7)上螺纹固定，并在电池做注液、化成分容时，用螺纹塞(8)将压力传感器口封堵。
2.根据权利要求1所述的一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置，其特征在于：电池化成分容之后，在测量电池内部压力时，需在水、氧含量较低的环境中将螺纹塞(8)取出并将压力传感器旋入压力传感器固定结构件(7)中，压力传感器需要能耐400℃左右高温环境中使用。
3.根据权利要求1所述的一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置，其特征在于：为能测量到电池失控时内部温度，热电偶(5)需采用1mm直径铠装的K型、S型、R型或者B型热电偶，若只测量一般充放电循环等条件，可以换做一般化的热电偶甚至温度传感器，热电偶(5)需在电池壳盖板(2)与装有电极材料(9)的电池壳焊接之前植入电极材料(9)中的隔膜之间，防止发生内短路。
4.根据权利要求1所述的一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置，其特征在于：该装置除了能测量电池热失控时的内部温度和压力，还可以测量其他如充放电循环等正常工作状态下的温度和压力，但相应的热电偶和压力传感器可以根据需要而采用对应的型号。
5.根据权利要求1所述的一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置，其特征在于：热电偶(5)和压力传感器(11)需通过数据采集与分析***，处理分析采集的数据，最终得到所需要的实验数据。
CN201710645652.4A 2017-08-01 2017-08-01 一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置 Pending CN107342443A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710645652.4A CN107342443A (zh) 2017-08-01 2017-08-01 一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710645652.4A CN107342443A (zh) 2017-08-01 2017-08-01 一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107342443A true CN107342443A (zh) 2017-11-10

Family

ID=60217312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710645652.4A Pending CN107342443A (zh) 2017-08-01 2017-08-01 一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107342443A (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107946682A (zh) * 2017-12-15 2018-04-20 浙江隆劲电池科技有限公司 一种可检测内部温度和压力的锂电池
CN108226693A (zh) * 2017-12-18 2018-06-29 清华大学 实时电池内短路检测方法、检测装置和计算机可读存储介质
CN108519205A (zh) * 2018-05-17 2018-09-11 华霆（合肥）动力技术有限公司 电芯热失控检测***及方法
CN108828457A (zh) * 2018-07-27 2018-11-16 清华大学 电池热失控实验装置及其***
CN108872877A (zh) * 2018-07-27 2018-11-23 清华大学 电池热失控实验装置及其***
CN109164393A (zh) * 2018-07-27 2019-01-08 清华大学 电池热失控实验装置、***及其方法
WO2019179031A1 (en) * 2018-03-23 2019-09-26 Chongqing Jinkang New Energy Vehicle Co., Ltd. Battery cells for battery packs in electric vehicles
CN111146519A (zh) * 2019-12-28 2020-05-12 安徽中科中涣防务装备技术有限公司 一种外置嵌入式电池箱热失控监测告警装置
CN111397751A (zh) * 2020-02-19 2020-07-10 清华大学 锂离子动力电池内部温度测试方法及测试***
CN111474484A (zh) * 2020-04-13 2020-07-31 南京工业大学 一种锂离子电池受挤压状态下安全工作窗口的测试方法
CN111999661A (zh) * 2020-08-10 2020-11-27 南京莱迪新能源科技有限公司 新能源储能用锂离子电池工作状态监测用综合实验装置
CN113074825A (zh) * 2021-03-31 2021-07-06 山东大学 一种监测电池包内单体电池温度变化的***及方法
CN113253119A (zh) * 2021-06-25 2021-08-13 蜂巢能源科技有限公司 电池突发型热失控监测方法、装置及可读存储介质
CN113777508A (zh) * 2021-11-11 2021-12-10 聊城中翔泰电子科技有限公司 一种用于蓄电池的测试装置及测试方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101726388A (zh) * 2008-11-03 2010-06-09 三星Sdi株式会社 用于二次电池的内部压力测量装置
CN102097603A (zh) * 2011-01-12 2011-06-15 合肥国轩高科动力能源有限公司 锂离子电池盖板
CN102169975A (zh) * 2011-03-30 2011-08-31 广州力柏能源科技有限公司 一种电池注液和化成控制装置
US20130224542A1 (en) * 2012-02-23 2013-08-29 Myung-Chul Kim Top cover and battery pack having the same
CN103398798A (zh) * 2013-08-26 2013-11-20 中国科学院地球化学研究所 一种用于高压环境的热电偶测温装置
CN203323906U (zh) * 2013-05-30 2013-12-04 合肥国轩高科动力能源股份公司 一种用于测试锂电池隔膜闭孔温度和破膜温度的实验装置
CN203732171U (zh) * 2014-01-18 2014-07-23 淄博飞雁先行测控技术有限公司 热电偶卡套隔漏装置
CN204130644U (zh) * 2014-08-12 2015-01-28 中天储能科技有限公司 一种锂离子电池的化成封口装置
CN205319245U (zh) * 2015-12-16 2016-06-15 丰田自动车株式会社 电池

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101726388A (zh) * 2008-11-03 2010-06-09 三星Sdi株式会社 用于二次电池的内部压力测量装置
CN102097603A (zh) * 2011-01-12 2011-06-15 合肥国轩高科动力能源有限公司 锂离子电池盖板
CN102169975A (zh) * 2011-03-30 2011-08-31 广州力柏能源科技有限公司 一种电池注液和化成控制装置
US20130224542A1 (en) * 2012-02-23 2013-08-29 Myung-Chul Kim Top cover and battery pack having the same
CN203323906U (zh) * 2013-05-30 2013-12-04 合肥国轩高科动力能源股份公司 一种用于测试锂电池隔膜闭孔温度和破膜温度的实验装置
CN103398798A (zh) * 2013-08-26 2013-11-20 中国科学院地球化学研究所 一种用于高压环境的热电偶测温装置
CN203732171U (zh) * 2014-01-18 2014-07-23 淄博飞雁先行测控技术有限公司 热电偶卡套隔漏装置
CN204130644U (zh) * 2014-08-12 2015-01-28 中天储能科技有限公司 一种锂离子电池的化成封口装置
CN205319245U (zh) * 2015-12-16 2016-06-15 丰田自动车株式会社 电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
姜久春: "《电动汽车相关标准》", 北京交通大学出版社, pages: 110 *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107946682A (zh) * 2017-12-15 2018-04-20 浙江隆劲电池科技有限公司 一种可检测内部温度和压力的锂电池
CN108226693A (zh) * 2017-12-18 2018-06-29 清华大学 实时电池内短路检测方法、检测装置和计算机可读存储介质
CN108226693B (zh) * 2017-12-18 2020-02-07 清华大学 实时电池内短路检测方法、检测装置和计算机可读存储介质
WO2019179031A1 (en) * 2018-03-23 2019-09-26 Chongqing Jinkang New Energy Vehicle Co., Ltd. Battery cells for battery packs in electric vehicles
CN108519205A (zh) * 2018-05-17 2018-09-11 华霆（合肥）动力技术有限公司 电芯热失控检测***及方法
CN108828457A (zh) * 2018-07-27 2018-11-16 清华大学 电池热失控实验装置及其***
CN108872877A (zh) * 2018-07-27 2018-11-23 清华大学 电池热失控实验装置及其***
CN109164393A (zh) * 2018-07-27 2019-01-08 清华大学 电池热失控实验装置、***及其方法
CN111146519A (zh) * 2019-12-28 2020-05-12 安徽中科中涣防务装备技术有限公司 一种外置嵌入式电池箱热失控监测告警装置
CN111397751A (zh) * 2020-02-19 2020-07-10 清华大学 锂离子动力电池内部温度测试方法及测试***
CN111474484A (zh) * 2020-04-13 2020-07-31 南京工业大学 一种锂离子电池受挤压状态下安全工作窗口的测试方法
CN111474484B (zh) * 2020-04-13 2020-11-10 南京工业大学 一种锂离子电池受挤压状态下安全工作窗口的测试方法
CN111999661A (zh) * 2020-08-10 2020-11-27 南京莱迪新能源科技有限公司 新能源储能用锂离子电池工作状态监测用综合实验装置
CN113074825A (zh) * 2021-03-31 2021-07-06 山东大学 一种监测电池包内单体电池温度变化的***及方法
CN113253119A (zh) * 2021-06-25 2021-08-13 蜂巢能源科技有限公司 电池突发型热失控监测方法、装置及可读存储介质
CN113777508A (zh) * 2021-11-11 2021-12-10 聊城中翔泰电子科技有限公司 一种用于蓄电池的测试装置及测试方法
CN113777508B (zh) * 2021-11-11 2022-04-05 聊城中翔泰电子科技有限公司 一种用于蓄电池的测试装置及测试方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107342443A (zh) 一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置
CN206194914U (zh) 一种用于电池的安全测试装置
WO2023036037A1 (zh) 基于多种类、多数量传感器的智能电池监测预警方法及***
CN204885311U (zh) 一种锂电池
CN108511829A (zh) 一种锂电池
CN103344920A (zh) 一种检测电池健康状态的方法及设备
CN104485490A (zh) 一种软包装聚合物锂电池组在线监测***及其监测方法
CN105510837A (zh) 一种锂离子电池体发热功率的测试方法
Zhu et al. A novel designed visualized Li-ion battery for in-situ measuring the variation of internal temperature
CN206235424U (zh) 用于监测电池充放电鼓胀压力的测试装置
CN206095503U (zh) 一种圆柱形锂离子电池内部气体压力在线监测装置
CN201266657Y (zh) 内置压力感应器的蓄电池
CN106654359B (zh) 一种能无损探测电极界面的锂离子电池
CN210245665U (zh) 一种用于锂离子电池热失控危险性研究的耐压试验装置
CN207558997U (zh) 一种用于监测大型锂离子电池热失控发生发展过程中内部温度与压力变化的装置
CN218385376U (zh) 电池模组内部压力检测装置和电池模组生产装置
CN208655844U (zh) 新能源汽车锂离子电池模块的热失控自动冷却降温装置
CN207559000U (zh) 一种可检测内部温度和压力的锂电池
CN216956296U (zh) 一种锂离子电池热失控特性测试装置
CN110987210A (zh) 一种锂离子电池内部温度的检测方法
CN213068544U (zh) 一种软包电池破口产气气体收集测量装置
CN204668427U (zh) 聚合物锂电池的高压报警***
CN114944528A (zh) 一种包含留置管的软包装电池及其检测方法
CN209098821U (zh) 水电解制氢设备用水封罐
CN202583429U (zh) 电池热电参数测试装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination