CN113097588A - 一种电池 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电池，涉及电化学储能技术领域。该电池包括电芯，所述电芯内设置有气体检测装置，所述气体检测装置用于获取所述电芯内的气体的参数信息，并通过无线电输出所述参数信息，其中，所述参数信息包括所述电芯内的气体的成分和含量中的至少一项。由于可以在电池的电芯内设置气体检测装置，这样可以通过气体检测装置直接对电芯内的气体进行检测，获取气体的参数信息，并将该参数信息传输至电池外部，因而无需对电池进行扎孔操作，提高了气体检测的便利性，同时，还可以对电池产生的气体进行实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及电化学储能技术领域，尤其涉及一种电池。
背景技术
高能量密度电池对于缓解能源和环境危机具有重要意义，因而在许多领域得到广泛应用。然而当电池内出现破损、漏液等情况时，会产生甲烷、乙炔等易燃易爆气体，以及氟化氢、一氧化碳等有毒气体，这样容易对使用设备和使用人员造成伤害。因此，通过对电池产生的气体进行检测，具体非常重要的意义。目前，对电池产生的气体进行检测的方式是通过扎孔取样器对电池内部产生的气体进行少量采集分析。但这种方式操作繁琐，且无法对电池产生的气体进行实时监测。
发明内容
本发明实施例提供一种电池，以解决现有的方式操作繁琐，且无法对电池产生的气体进行实时监测的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种电池，所述电池包括电芯，所述电芯内设置有气体检测装置，所述气体检测装置用于获取所述电芯内的气体的参数信息，并通过无线电输出所述参数信息，其中，所述参数信息包括所述电芯内的气体的成分和含量中的至少一项。
可选地，所述电芯包括：正极片、负极片和电解质，所述气体检测装置包括如下至少一项：
设置在所述正极片与所述电解质之间的第一气体检测装置；
设置在所述负极片与所述电解质之间的第二气体检测装置；
设置在所述正极片或所述负极片内的第三气体检测装置；
设置在所述电解质内的第四气体检测装置。
可选地，所述第一气体检测装置、所述第二气体检测装置、所述第三气体检测装置和所述第四气体检测装置分别用于对一种或多种气体进行检测。
可选地，所述气体检测装置包括：气体检测模块、无线射频模块和封装膜；
其中，所述气体检测模块与所述无线射频模块电连接，所述气体检测模块与所述无线射频模块均包裹在所述封装膜内；
所述气体检测模块用于获取所述电芯内的气体的参数信息，并提供所述无线射频模块工作所需的电能；
所述无线射频模块用于在所述气体检测模块提供电能的情况下，通过无线电输出所述参数信息。
可选地，所述气体检测模块包括：纳米发电机和纳米气体传感器；
其中，所述纳米发电机分别与所述纳米气体传感器的第一端和所述无线射频模块的第一端电连接；所述纳米发电机用于将所述电芯的热能或者机械能转化为电能，对所述纳米气体传感器和所述无线射频模块供电；
所述纳米气体传感器的第二端与所述无线射频模块的第二端电连接，所述纳米气体传感器用于获取所述电芯内的气体的参数信息，并将所述参数信息传输至所述无线射频模块。
可选地，所述气体检测模块还包括：整流单元和储能单元；
其中，所述纳米发电机与所述整流单元的第一端电连接，所述整流单元的第二端与所述储能单元的第一端电连接，所述整流单元用于将所述纳米发电机的交流电转化为预设压值的直流电；
所述储能单元的第二端分别与所述纳米气体传感器的第一端和所述无线射频模块的第一端电连接，所述储能单元用于对所述纳米气体传感器和所述无线射频模块提供所述直流电。
可选地，所述纳米发电机包括热释电纳米发电机、摩擦式纳米发电机和压电式纳米发电机中的至少一项。
可选地，所述纳米气体传感器的厚度为1至100微米，所述纳米发电机的厚度为1至100微米。
可选地，所述纳米气体传感器的厚度为1至30微米，所述纳米发电机的厚度为1至30微米。
可选地，所述无线射频模块包括：信号转换单元和信号发射单元；
其中，所述信号转换单元的第一端与所述气体检测模块电连接，所述信号转换单元用于接收所述气体检测模块输出的所述参数信息对应的模拟信号，并将所述参数信息对应的模拟信号转化为所述参数信息对应的数字信号；
所述信号发射单元与所述信号转换单元的第二端电连接，所述信号发射单元用于通过无线电输出所述参数信息对应的数字信号。
在本申请实施例中，由于可以在电池的电芯内设置气体检测装置，这样可以通过气体检测装置直接对电芯内的气体进行检测，获取气体的参数信息，并将该参数信息传输至电池外部，因而无需对电池进行扎孔操作，提高了气体检测的便利性，同时，还可以对电池产生的气体进行实时监测。
附图说明
图1为本申请实施例提供的电池的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的封装前的气体检测装置的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的封装后的气体检测装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的气体检测装置的结构示意图之三；
图5为本申请实施例提供的气体检测装置的工作流程示意图之一；
图6为本申请实施例提供的气体检测装置的结构示意图之四；
图7为本申请实施例提供的气体检测装置的工作流程示意图之二。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的电池进行详细地说明。
参考图1，图1为本申请实施例提供的电池的结构示意图。如图1所示，电池包括电芯100，电芯100内设置有气体检测装置200，气体检测装置200用于获取电芯100内的气体的参数信息，并通过无线电输出参数信息，其中，参数信息包括电芯100内的气体的成分和含量中的至少一项。
具体地，上述电池可以包括但不限于：锂离子二次电池、钠离子二次电池、钾离子二次电池、镁离子二次电池、铝离子二次电池、锌离子二次电池、全固态电池、准固态电池和凝胶电池等。上述电芯100的结构可以根据实际需要进行具体设置，例如，可以是卷绕形式的，或者叠片形式的，也可以是其他电芯组装形式，本申请不做具体限定。上述气体检测装置200具有体积小、质量轻、耐高温、柔韧性强、灵敏度高等特性，因而可以嵌入在不同形式的电芯100中，且不会对电池自身的性能和结构造成影响，使得该气体检测装置200具有较高的普适性和安全性。
需要说明的是，上述气体检测装置200可以为一个或者多个，当气体检测装置200为多个时，可以将多个气体检测装置200按照检测需要，设置在电芯100的不同位置，以检测电芯100不同位置的气体产生情况。
在本实施例中，通过在电池的电芯100内设置气体检测装置200，这样可以通过气体检测装置200直接对电芯100内产生的气体进行检测，获取气体的参数信息，并将该参数信息传输至电池外部，因而无需对电池进行扎孔操作，提高了气体检测的便利性，同时，还可以对电池产生的气体进行实时监测。
进一步地，继续参见图1，电芯100包括：正极片110、负极片120和电解质130，气体检测装置200包括如下至少一项：
设置在正极片110与电解质130之间的第一气体检测装置；
设置在负极片120与电解质130之间的第二气体检测装置；
设置在正极片110或负极片120内的第三气体检测装置；
设置在电解质130内的第四气体检测装置。
具体地，上述正极片110是将正极材料涂覆在铝箔上后，冲压成型得到。上述负极片120是将负极材料涂覆在铜箔上后，冲压成型得到。上述电解质130包括但不限于：无机固态电解质、聚合物固态电解质、复合固态电解质和凝胶电解质等。后文所描述的电解质130可代表无机固态电解质、聚合物固态电解质、复合固态电解质和凝胶电解质等中的任意一种。
在一实施例中，上述气体检测装置200可以包括设置在正极片110与电解质130之间的第一气体检测装置、设置在负极片120与电解质130之间的第二气体检测装置、设置在正极片110或负极片120内的第三气体检测装置，和/或设置在电解质130内的第四气体检测装置。此处的第一气体检测装置、第二气体检测装置、第三气体检测装置和第四气体检测装置可以是一个气体检测装置，也可以是多个气体检测装置，本申请不做具体限定。由于气体检测装置200可以设置在电芯100的不同位置，因而可以对电芯100内的不同位置产生的气体进行检测，从而有利于增进对电池的状态的了解和管理，进而提高电池的安全性能。
进一步地，第一气体检测装置、第二气体检测装置、第三气体检测装置和第四气体检测装置分别用于对一种或多种气体进行检测。
在一实施例中，上述第一气体检测装置、第二气体检测装置、第三气体检测装置和第四气体检测装置可以是对不同的气体进行检测的气体检测装置，如通过第一气体检测装置检测甲烷的含量，通过第二气体检测装置检测乙炔的含量，通过第三气体检测装置检测氟化氢的含量，通过第四气体检测装置检测一氧化碳的含量等；上述第一气体检测装置、第二气体检测装置、第三气体检测装置和第四气体检测装置可以是对相同的一种或多种气体进行检测的气体检测装置，如上述第一气体检测装置、第二气体检测装置、第三气体检测装置和第四气体检测装置均可以检测甲烷、乙炔、氟化氢、一氧化碳等气体含量。上述气体成分仅用于举例说明，在实际应用时，可根据需要设置不同的气体检测装置，以对其他气体的成分和含量进行检测。
在该实施例中，可以通过设置多个气体检测装置200对多种的气体成分和含量进行检测，从而提高电芯内气体检测的准确性。
进一步地，气体检测装置200包括：气体检测模块210、无线射频模块220和封装膜230；
其中，气体检测模块210与无线射频模块220电连接，气体检测模块210与无线射频模块220均包裹在封装膜230内；
气体检测模块210用于获取电芯100内的气体的参数信息，并提供无线射频模块220工作所需的电能；
无线射频模块220用于在气体检测模块210提供电能的情况下，通过无线电输出参数信息。
具体地，上述气体检测模块210和上述无线射频模块220无需电池外部的电源为其提供工作电源，而是利用电池内部产生的热能或者机械能转化为电能，为其提供工作电源。
上述无线射频模块220可以利用上述气体检测模块210提供的电能进行工作，对从气体检测模块210获取到的电芯100内的气体的参数信息进行无线传输，这样，可以将电池内部的气体的参数信息传输至电池外部，使得电池外部可以实时对电池内部的气体进行监测。
上述的封装膜230的材料可以为聚醚醚酮(poly-ether-ether-ketone，简称PEEK)、聚砜(phlysulfone，简称PSF)、聚醚砜(Polyethersulfone，简称PES)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide，简称PPS)或者聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)等耐高温、耐腐蚀的聚合物材料。
在一实施例中，可以采用PI胶带对气体检测模块210和无线射频模块220进行封装。具体参见图2和图3，图2为使用PI胶带封装前的气体检测装置的结构示意图，图3为使用PI胶带封装后的气体检测装置的结构示意图。在使用PI胶带对气体检测模块210和无线射频模块220进行封装时，可以先将气体检测模块210和无线射频模块220底端面粘贴固定在第一个PI胶带上，再使用第二个PI胶带将气体检测模块210和无线射频模块220的顶端面进行固定粘贴，如图3所示。当然，在另一实施例中，也可以直接在气体检测模块210和无线射频模块220整个外表面涂上上述聚合物涂层，本申请不做具体限定。
通过上述方式，气体检测模块210与无线射频模块220均包裹在封装膜230内，这样，使得气体检测模块210和无线射频模块220不会被电池内的腐蚀性物质腐蚀。
参见图4，图4为本申请实施例提供的气体检测装置的结构示意图之三。如图4所示，气体检测模块210包括：纳米发电机211和纳米气体传感器212；
其中，纳米发电机211分别与纳米气体传感器212的第一端和无线射频模块220的第一端电连接；纳米发电机211用于将电芯100的热能或者机械能转化为电能，对纳米气体传感器212和无线射频模块220供电；
纳米气体传感器212的第二端与无线射频模块220的第二端电连接，纳米气体传感器212用于获取电芯100内的气体的参数信息，并将参数信息传输至无线射频模块220。
具体地，上述纳米气体传感器212可以由零维的金属氧化物半导体纳米颗粒、碳纳米管及二维纳米薄膜等作为敏感材料构成。
在一实施例中，可以通过纳米发电机211产生电能，为纳米气体传感器212和无线射频模块220供电。参见图5，图5为本申请实施例提供的气体检测装置的工作流程示意图之一。纳米发电机211可以将电芯100内部的热能或者机械能(由电芯100的体积热胀冷缩产生)转化为电能，进而给纳米气体传感器212和无线射频模块220供电，此时，纳米气体传感器212可以对电芯100内的气体进行检测，输出气体的参数信息，无线射频模块220可以将参数信息进行无线输出，从而实现对电池内部气体的监测。
进一步地，参见图6，图6为本申请实施例提供的气体检测装置的结构示意图之四。如图6所示，气体检测模块210还包括：整流单元213和储能单元214；
其中，纳米发电机211与整流单元213的第一端电连接，整流单元213的第二端与储能单元214的第一端电连接，整流单元213用于将纳米发电机211的交流电转化为预设压值的直流电；
储能单元214的第二端分别与纳米气体传感器212的第一端和无线射频模块220的第一端电连接，储能单元214用于对纳米气体传感器212和无线射频模块220提供直流电。
具体地，上述整流单元213可以为集成式低损耗全波桥式整流电路。上述储能单元214可以为电容器。
在一实施例中，可以通过纳米发电机211产生电能，为纳米气体传感器212和无线射频模块220供电。参见图7，图7为本申请实施例提供的气体检测装置的工作流程示意图之二。纳米发电机211产生的交流电会传输至整流单元213，经过整流单元213整流后输出预设压值的直流电，再将直流电输入至储能单元214进行存储。储能单元214给纳米气体传感器212和无线射频模块220供电，此时，纳米气体传感器212可以对电芯100内产生的气体进行检测，从纳米气体传感器212输出参数信息，无线射频模块220可以将参数信息进行无线输出，从而实现对电池内部气体的监测。
进一步地，纳米发电机211为热释电纳米发电机、摩擦式纳米发电机和压电式纳米发电机中的至少一项。
具体地，上述纳米发电机211可以包括但不限于：热释电纳米发电机、摩擦式纳米发电机和压电式纳米发电机等。其中，热释电纳米发电机的工作原理是：利用纳米材料的热释电效应，将热能转化为电能。当电池在循环工作，或电芯100内发生任何化学反应时，都会伴随热量的变化。热式电效应是指，由于温度波动而在各向异性的固体材料中产生的自发极化现象，这种热释电纳米发电机能够收集环境中的废热能。摩擦式纳米发电机的工作原理是：采用了尼龙与聚四氟乙烯，两者接触时聚四氟乙烯得到电子，当两者产生滑移时，两者离开接触面的部分需要保持电中性，电子从聚四氟乙烯流向尼龙，这样在外电路产生了向下的电流；当两者相互接触时，已经接触的面保持电中性，之前流动的电子需要流回才能保持电中性，这样在外电路实现了向上的电流。压电式纳米发电机的工作原理是：由于氧化锌具有半导体和压电的双效应，其中肖特基势垒保证了氧化锌的可以向外输出单向电流的能力，因为半导体与金属接触时，氧化锌的电子逸出功小于铂电极，电子从氧化锌流入探针(即铂电极)，氧化锌显示正电，形成了类似于PN结的形式，当外界电场方向从铂电极到氧化锌，内部电子可以流动，输出电流。氧化锌线弯曲时会产生两侧的电势，由于氧离子与锌离子相对移动，导致在压缩的地方显示负电，在拉伸的地方显示正电，铂探针可以看作零电势。只有探针放在压缩的一侧时，产生的电势差显示正电，相当于PN被导通，在外电路产生电流。反之，相当于PN结的反向饱和电流，电流较小，不能产生电压输出。
在该实施例中，可以选择热释电纳米发电机、摩擦式纳米发电机和压电式纳米发电机中的任意一种或多种，作为该气体检测装置200中的纳米发电机211，因而，可以根据实际情况灵活选择纳米发电机211的类型。
进一步地，纳米气体传感器212的厚度为1至100微米，纳米发电机211的厚度为1至100微米。
具体地，上述纳米气体传感器212可以是任意形状，例如，长方体、正方体、圆柱体等。上述纳米气体传感器212的厚度为1至100微米，上述纳米发电机211的厚度为1至100微米，这样可以将包括纳米气体传感器212和纳米发电机211的气体检测装置200较好的设置在电芯100内，减小由于气体检测装置200的厚度对电芯100的结构造成的影响，进而保证了电池的尺寸不受影响。
进一步地，纳米气体传感器212的厚度为1至30微米，纳米发电机211的厚度为1至30微米。
这样，通过进一步缩小了纳米气体传感器212和纳米发电机211的厚度，可以将包括纳米气体传感器212和纳米发电机211的气体检测装置200更加灵活地设置在电芯100内，进一步减小由于气体检测装置200的厚度对电芯100的结构造成的影响，进而保证了电池的尺寸不受影响。
进一步地，继续参见图7，无线射频模块220包括：信号转换单元221和信号发射单元222；
其中，信号转换单元221的第一端与气体检测模块210电连接，信号转换单元221用于接收气体检测模块210输出的参数信息对应的模拟信号，并将参数信息对应的模拟信号转化为参数信息对应的数字信号；
信号发射单元222与信号转换单元221的第二端电连接，信号发射单元222用于通过无线电输出参数信息对应的数字信号。
具体地，上述信号转换单元221可以通过脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，简称PCM)方式对气体检测模块210中的参数信息对应的模拟信号，量化成参数信息对应的数字信号。具体而言，可以采用8位编码将模拟信号量化为2^8＝256个量级的数字信号，也可以采取24位或30位编码等等，本申请不做具体限定。上述信号发射单元222将编码比特序列映射为数字符号，信号发射模块将数字符号转换成无线电信号进行发送，最终到达电池外部。
在该实施例中，通过信号转换单元221将参数信息对应的模拟信号转化为参数信息对应的数字信号，可以实现更快、更准确的数据传输，有利于提高数据处理的效率和精准度。同时，可以通过信号发射单元222将参数信息以无线电信号的方式进行发射，这样，电池外部的管理***可以接收并解码该无线电信号，并对解码后的参数信息进行储存和显示。管理***还可以与互联网连接，从而方便对电池进行远程分析处理。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种电池，其特征在于，所述电池包括电芯，所述电芯内设置有气体检测装置，所述气体检测装置用于获取所述电芯内的气体的参数信息，并通过无线电输出所述参数信息，其中，所述参数信息包括所述电芯内的气体的成分和含量中的至少一项。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电芯包括：正极片、负极片和电解质，所述气体检测装置包括如下至少一项：
设置在所述正极片与所述电解质之间的第一气体检测装置；
设置在所述负极片与所述电解质之间的第二气体检测装置；
设置在所述正极片或所述负极片内的第三气体检测装置；
设置在所述电解质内的第四气体检测装置。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第一气体检测装置、所述第二气体检测装置、所述第三气体检测装置和所述第四气体检测装置分别用于对一种或多种气体进行检测。
4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述气体检测装置包括：气体检测模块、无线射频模块和封装膜；
其中，所述气体检测模块与所述无线射频模块电连接，所述气体检测模块与所述无线射频模块均包裹在所述封装膜内；
所述气体检测模块用于获取所述电芯内的气体的参数信息，并提供所述无线射频模块工作所需的电能；
所述无线射频模块用于在所述气体检测模块提供电能的情况下，通过无线电输出所述参数信息。
5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述气体检测模块包括：纳米发电机和纳米气体传感器；
其中，所述纳米发电机分别与所述纳米气体传感器的第一端和所述无线射频模块的第一端电连接；所述纳米发电机用于将所述电芯的热能或者机械能转化为电能，对所述纳米气体传感器和所述无线射频模块供电；
所述纳米气体传感器的第二端与所述无线射频模块的第二端电连接，所述纳米气体传感器用于获取所述电芯内的气体的参数信息，并将所述参数信息传输至所述无线射频模块。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述气体检测模块还包括：整流单元和储能单元；
其中，所述纳米发电机与所述整流单元的第一端电连接，所述整流单元的第二端与所述储能单元的第一端电连接，所述整流单元用于将所述纳米发电机的交流电转化为预设压值的直流电；
所述储能单元的第二端分别与所述纳米气体传感器的第一端和所述无线射频模块的第一端电连接，所述储能单元用于对所述纳米气体传感器和所述无线射频模块提供所述直流电。
7.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述纳米发电机包括热释电纳米发电机、摩擦式纳米发电机和压电式纳米发电机中的至少一项。
8.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述纳米气体传感器的厚度为1至100微米，所述纳米发电机的厚度为1至100微米。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述纳米气体传感器的厚度为1至30微米，所述纳米发电机的厚度为1至30微米。
10.根据权利要求4-6中任一所述的电池，其特征在于，所述无线射频模块包括：信号转换单元和信号发射单元；
其中，所述信号转换单元的第一端与所述气体检测模块电连接，所述信号转换单元用于接收所述气体检测模块输出的所述参数信息对应的模拟信号，并将所述参数信息对应的模拟信号转化为所述参数信息对应的数字信号；
所述信号发射单元与所述信号转换单元的第二端电连接，所述信号发射单元用于通过无线电输出所述参数信息对应的数字信号。
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