CN218674087U - 电池安全监测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锂电池安全监测领域，具体提供一种电池安全监测***，旨在解决现有的电池安全监测技术容易出现电池热失控时释放的气体漏报的问题。为此目的，本实用新型的电池安全监测***包括电池箱体、激光探测器和激光组件，其中，电池箱体内装有多个电池，激光组件设置成能够发射激光至电池箱体内，且能够使激光经过电池箱体内的每个电池所在位置，以使在任何一个电池释放气体时激光能够穿过对应电池释放的气体，激光组件还设置成能够使激光经过每个电池所在位置后进入至激光探测器中。上述设置方式，在任何一个电池出现气体泄漏时，均能够被监测到，避免出现漏报、测量不精准的问题。

Description

电池安全监测***

技术领域

本实用新型涉及锂电池安全监测领域，具体提供一种电池安全监测***。

背景技术

如今各国都在大力发展风能、太阳能等新能源技术，以摆脱对传统化石能源的依赖，减少碳排放，遏制温室效益带来的全球变暖、气候灾害等日益重视的环境问题。而以锂电池为动力的新能源汽车的发展和技术完善，将是实现这一目标的有效途径之一。但是目前锂电池在某些工况下容易产生安全问题，这已经成为人们关注的重点。

圆柱形、方形等不同类型和形状的锂离子电池均集成在一个较大的电池箱体内，通过各个电池组的串联和并联为新能源汽车的运行提供动力支持。这些电池在针刺、过充、电池内短路等场景下，会导致锂电池的热失控，放出乙烯、氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烷等气体成分。而对这些气体组分的实时在线监测，将有利于了解锂电池的运行工况，尤其是有助于锂电池热失控前期的征兆判定，从而为锂电池的安全处置提供依据。一个电池箱体内的电池数量成百上千，如果其中的某个电池出现问题，例如释放气体，且释放出的气体含量较低并且扩散方向随机，而诸如半导体式、电化学式等气体传感器为核心的气体监测/检测技术，都是“接触式”测量方式，必须要求其中的敏感单元接触到目标气体后，才能通过信号变化情况判断气体的种类和浓度。如果目标气体的浓度过低或者气体扩散方向不通过敏感元件，则没有相关信号产生，将导致体监测/检测技术的漏报情况。

相应地，本领域需要一种新的电池安全监测***来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述技术问题，即，解决现有的电池安全监测技术容易出现电池热失控时释放的气体漏报的问题。

在第一方面，本实用新型提供一种电池安全监测***，其特征在于，所述电池安全监测***包括：电池箱体，所述电池箱体内装有多个电池；激光探测器；激光组件，其设置成能够发射激光至所述电池箱体内，且能够使激光经过每个电池所在位置，以使在任何一个电池释放气体时激光能够穿过对应电池释放的气体，所述激光组件还设置成能够使激光经过每个电池所在位置后进入至所述激光探测器中。

在上述电池安全监测***的优选技术方案中，所述激光组件包括激光器和反射模块，所述反射模块设于所述电池箱体的内部，所述激光器设置成能够将发射的激光经过部分电池所在位置后到达所述反射模块，所述反射模块设置成能够将接收到的激光反射至剩余的每个电池所在位置，并最终将激光反射至所述激光探测器中。

在上述电池安全监测***的优选技术方案中，所述激光组件包括激光器和反射模块，所述反射模块设于所述电池箱体的内部，所述激光器设置成能够将激光直接发射至所述反射模块，所述反射模块设置成能够将接收到的激光反射至每个电池所在位置，并最终将激光反射至所述激光探测器中。

在上述电池安全监测***的优选技术方案中，所述反射模块包括设于所述电池箱体内相对两侧的多个第一平面反射镜，各个电池设于两侧的第一平面反射镜之间，每侧的各第一平面反射镜均并排设置，且每侧的相邻的第一平面反射镜之间构成八字形结构，且相邻的所述八字形结构方向相反，其中，每个第一平面反射镜均设置成能够接收到激光。

在上述电池安全监测***的优选技术方案中，所述反射模块还包括第二平面反射镜，所述第二平面反射镜用于折回经过所有电池所在位置后的激光，并设置成能够使折回前后的激光光路错开。

在上述电池安全监测***的优选技术方案中，所述反射模块包括设于所述电池箱体内相对两侧的多个弧形反射镜，各个电池设于两侧的弧形反射镜之间，每个弧形反射镜均设置成能够接收到激光，最后接收激光的弧形反射镜设置成能够将激光反射至所述激光探测器中，其余每个弧形反射镜均设置成能够将激光反射至另外一侧的弧形反射镜上。

在上述电池安全监测***的优选技术方案中，所述激光器的数量为多个，且各个所述激光器的输出激光波长范围不同。

在上述电池安全监测***的优选技术方案中，水汽的波长不在每个所述波长范围中。

在上述电池安全监测***的优选技术方案中，所述激光器和所述激光探测器均固定于所述电池箱体的外部，所述电池箱体上设有激光入口和激光出口。

在上述电池安全监测***的优选技术方案中，所述激光入口和所述激光出口处密封安装有滤光片。

本领域技术人员可以理解的是，本实用新型的电池安全监测***包括电池箱体、激光探测器和激光组件，其中，电池箱体内装有多个电池，激光组件设置成能够发射激光至电池箱体内，且能够使激光经过电池箱体内的每个电池所在位置，以使在任何一个电池释放气体时激光能够穿过对应电池释放的气体，激光组件还设置成能够使激光经过每个电池所在位置后进入至激光探测器中。

由于激光能够经过电池箱体内的每个电池所在位置，当其中任何一个电池出现气体泄漏，经过该电池所在位置的激光必然会被泄漏的气体吸收，由于激光最终会进入激光探测器中，在激光探测器中会出现对应的吸收线的变化，从而可以判断出气体的种类和浓度，避免出现漏报、测量不精准的问题出现，进一步地，可以根据浓度范围判断不同的风险等级，为锂电池的安全处理提供依据。

附图说明

下面结合附图来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：

图1是本实用新型的电池安全监测***的结构示意图(一)；

图2是本实用新型的电池安全监测***的结构示意图(二)；

图3是本实用新型包括第二平面反射镜的电池安全监测***的结构示意图；

图4是本实用新型包括弧形反射镜的电池安全监测***的结构示意图(一)；

图5是本实用新型包括弧形反射镜的电池安全监测***的结构示意图(二)。

附图标记列表：

1-电池箱体；2-电池；21-问题电池；3-激光探测器；4-激光器；5-激光组件；51-第一平面反射镜；511-八字形结构；52-第二平面反射镜；53-弧形反射镜。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了解决现有的电池安全监测技术容易出现电池热失控时释放的气体漏报的问题。本实用新型提供了一种电池安全监测***，如图1至图3所示，该电池安全监测***包括电池箱体1、激光探测器3和激光组件5，其中，电池箱体1内装有多个电池2，例如可以为方形电池或者柱状电池等，激光组件5设置成能够发射激光至电池箱体1内，且能够使激光经过电池箱体1内的每个电池所在位置，以使在任何一个电池释放气体时激光能够穿过对应电池释放的气体，激光组件5还设置成能够使激光经过每个电池所在位置后进入至激光探测器3中。

可以理解的是，上述介绍的电池所在位置可以根据电池实际安装情况进行选择，其可以是在对应电池的上方或下方或旁边经过，可以为电池与电池箱体1之间的间距，也可以为电池与电池之间的间距，只要在电池释放气体时，激光经过电池所在位置时能够穿过对应电池释放的气体即可，这些均不偏离本实用新型的原理，均在本实用新型的保护范围之内。

由于激光能够经过电池箱体1内的每个电池所在位置，当其中任何一个电池出现气体泄漏，例如，图中的问题电池21，经过该电池所在位置的激光必然会被泄漏的气体吸收，由于激光最终会进入激光探测器3中，在激光探测器3中会出现对应的吸收线的变化，从而可以判断出气体的种类和浓度，避免出现漏测、漏报、测量不精准的问题出现，进一步地，可以根据浓度范围判断不同的风险等级，为锂电池的安全处理提供依据。

其中，激光组件5的具体设置方式包括多种，下文以以下两种实施方式为例进行介绍。

作为第一种可能的实施方式，激光组件5包括激光器4和反射模块，反射模块设于电池箱体1的内部，激光器4设置成能够将发射的激光经过部分电池所在位置后到达反射模块，反射模块设置成能够将接收到的激光反射至剩余的每个电池所在位置，并最终将激光反射至激光探测器3中。

也就是说，激光器4发射激光后，激光首先经过部分电池所在位置，然后激光到达反射模块，激光在反射模块的反射下，会经过剩余的每个电池所在位置，并最终反射至激光探测器3中。

作为第二种可能的实施方式，激光组件5包括激光器4和反射模块，反射模块设于电池箱体1的内部，激光器4设置成能够将激光直接发射至反射模块，反射模块设置成能够将接收到的激光反射至每个电池所在位置，并最终将激光反射至激光探测器3中。

也就是说，激光器4发射激光后，激光会直接到达反射模块，激光在反射模块的反射下，会经过每个电池所在位置，并最终反射至激光探测器3中。

可以理解的是，上述介绍为激光组件5的可能的实施方式，只要激光组件5能够使激光经过每个电池所在位置并最终进入至激光探测器3中，激光组件5的具体设置方式可以调整。

可能地，本实用新型的激光器4和激光探测器3均固定于电池箱体1的外部，电池箱体1上设有激光入口和激光出口。由于激光器4和激光探测器3均固定于电池箱体1的外部，从而能够便于电池箱体1的更换，不对电池箱体1的更换形成干涉，可以理解的是，激光是由激光入口进入至电池箱体1内，并由激光出口进入至激光探测器3中。其中，激光入口可以开设在电池箱体1的排气孔处，激光出口在保证激光光路全面覆盖电池箱体1内的各个电池的基础上可以进行随意调整。例如，当电池箱体1内的电池呈多排多列，电池箱体1为方形或矩形时，此时的激光入口和激光出口可以位于电池箱体1的对角位置附近处(如图2)，或者可以位于电池箱体1相邻的两个角的位置处(如图1)，或者激光入口紧邻激光出口，或者激光入口和激光出口为同一开口等等(如图3)。

可能地，如果需要对电池箱体1进行完全密封处理，可以在激光入口和激光出口处密封安装透光能力好的滤光片，从而起到密封和透光的效果。其中，透光片与激光入口和激光出口密封连接的方式包括多种，例如通过密封圈进行密封，或者通过密封胶密封，或者过盈配合密封等等。

作为一种可能的实施方式，反射模块包括设于电池箱体1内相对两侧的多个第一平面反射镜51，各个电池设于两侧的第一平面反射镜51之间，每侧的各第一平面反射镜51均并排设置，且每侧的相邻的第一平面反射镜51之间呈八字形结构511，相邻的八字形结构511方向相反，其中，每个第一平面反射镜51均设置成能够接收到激光。可以理解的是，八字形结构511指的是两个第一平面反射镜51之间能够形成小于180度的角，其中，两个第一平面反射镜51首尾可以相连，也可以留有间距。

上述设置方式，使得激光经由电池箱体1内第一侧的八字形结构511后反射到第二侧的八字形结构511，然后第二侧的八字形结构511将激光继续反射至第一侧的八字形结构511(与上一次该侧反射激光的八字形结构511方向相同的相邻八字形结构511)，两侧的八字形结构511不断传递激光，使得激光光路呈蛇形延伸，在激光到达最后一片第一平面反射镜51后，最后一片第一平面反射镜51将激光反射至激光探测器3中，其中，可以理解的是，第一侧与第二侧相对设置，两排的第一平面反射镜51整体是错开的。

可以理解的是，激光在八字形结构511的传递方式为：由其中一个第一平面反射镜51反射至另外一个第一平面反射镜51。作为一种可能的实施方式，激光在每个第一平面反射镜51上的入射光线与反射光线的夹角均为90度，从而使得激光光路呈规则的90度弯折延长形状，更符合多排多列的柱状电池的布局。

换句话说，激光器4发射的激光入射到第一侧的第一个第一平面反射镜51后反射出，然后入射到相邻的第一平面反射镜51上，经相邻的第一平面反射镜51反射后到达第二侧的第一平面反射镜51，第二侧的第一平面反射镜51反射至与其相邻的第一平面反射镜51上，然后反射至第一侧的未接收激光的第一平面反射镜51，依次类推，直至激光到达最后一片第一平面反射镜51后传递至激光探测器3。

上述设置方式，使得激光光路能够覆盖到每一个电池所在位置，尤其是在电池呈多排多列分布的情况下，任何一个电池释放气体时，均能够通过计算整个光程及时检测出释放的气体的种类和含量。

在反射模块仅包括第一平面反射镜51时，激光入口和激光出口可以位于电池箱体1的对角位置附近处，或者可以位于电池箱体1相邻的两个角的位置处，第一平面反射镜51的设置数量和位置可以根据激光入口和激光出口的位置进行相应地调整。例如，在激光入口和激光出口位于电池箱体1的对角位置附近处时，第一侧的整排第一平面反射镜51与第二侧的整排第一平面反射镜51的两端错开，从而使得激光能够进入至第一个平面反射镜，并能够由最后一个平面反射镜反射出去；在激光入口和激光出口位于电池箱体1相邻的两个角的位置处时，第一侧的整排第一平面反射镜51与第二侧的整排第一平面反射镜51在激光入射的一端错开。

进一步地，参照图3，反射模块还包括第二平面反射镜52，第二平面反射镜52用于折回经过所有电池所在位置后的激光，并设置成能够使折回前后的激光光路错开。

例如，第二平面反射镜52与最后一个反射激光的第一平面反射镜51相对设置，且激光在第二平面反射镜52上的入射光线与反射光线的夹角很小，例如为1-3度等，以图3中结构为例进行说明，图中的第二平面反射镜52接***行于电池箱体1的内壁，即稍微倾斜于内壁，其中，倾斜方向不做限制，需要说明的是，图3中的第二平面反射镜52是相对于纸面倾斜的，图3中折回前后的激光光路在垂直于纸面方向上是错开的。

上述设置方式，使得激光在经过每个电池所在位置后，通过第二平面反射镜52将激光再次反射回来，从而将光程增加到原来的2倍，提高测量的准确性。此种情况下，激光出口可以与激光入口临近或者为同一开口，激光探测器3可以安装在激光器4的附近，从而能够节省空间。

如图4和图5所示，作为另外一种可能的实施方式，反射模块包括设于电池箱体1内相对两侧的多个弧形反射镜53，各个电池设于两侧的弧形反射镜53之间，每个弧形反射镜53均设置成能够接收到激光，最后接收激光的弧形反射镜53设置成能够将激光反射至激光探测器3中，其余每个弧形反射镜53均设置成能够将激光反射至另外一侧的弧形反射镜53上。

例如，参考图4，每侧的各个弧形反射镜53均并排设置，且一侧两端的弧形反射镜53与另一侧两端的弧形反射镜53部分错开，如一侧端部的弧形反射镜53倾斜设置以使其低于另一侧该端对应的弧形反射镜53且两者之间投影部分重叠，或者一侧两端的弧形反射镜53与另一侧两端的弧形反射镜53完全错开，以留出接收激光和将激光反射至激光探测器的位置，其中，每个弧形反射镜53可以根据激光光路、电池所在位置进行任意方向的倾斜角度的调整以及镜面大小的调整。

需要说明的是，图4和图5中最后反射激光的弧形反射镜53是相对于纸面倾斜的，其低于另一侧对应的弧形反射镜53。

可能地，上述设置方式使得激光在到达一侧的弧形反射镜53后被反射到另一侧的弧形反射镜53，并在这两个弧形反射镜53之间进行多次反射之后才进入下一个未接收过激光的弧形反射镜53，然后继续在相对两侧的两个弧形反射镜53之间进行多次反射，直至最终到达激光探测器3。

通过调整弧形反射镜53的镜面大小和激光的入射角度，可实现激光在同一电池组区域内进行多次反射，大幅增加激光光程，提高监测的准确性和灵敏度。

可能地，本实用新型的激光器4的数量为多个，且各个激光器4的输出激光波长范围不同。

根据锂离子电池箱体1内电池放出的乙烯、氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烷等各种气体成分，可以选择乙烯、甲烷、一氧化碳等多种气体成分作为目标气体，每种气体的吸收波长已知，如乙烯的吸收波长为1620和1627nm；甲烷为1647、1650.9、1653.7和1660nm；一氧化碳为1567和2332nm。因此，根据每种气体的特定吸收波长，可以选择不同波长范围的激光器4，并通过电流变化调整波长范围。每种激光器4对应一种监测气体成分，彼此波长范围不同，实现对目标气体的特征性监测，提高准确度和选择性。同时考虑到常见的水汽等(其吸收波长为1368、1392和1800nm)干扰气体成分，选择的激光器4波长范围应当避免这些干扰气体所对应的吸收波长，即可以使水汽的波长不在每个激光器4的波长范围中，从而可以提高监测技术的抗干扰能力。

可以理解的是，在激光器4的数量为多个时，各个激光器4之间可以相互错开，或者叠放，反射镜的镜面大小可以根据各个激光器4发射的激光光路相应地进行调整，各个激光器4可以根据实际情况共用一个激光入口或者多开设几个激光入口。相应地，激光探测器3优选为与激光器4数量相同，且是根据激光器4的型号配置的，当然，若激光探测器3的结构可以同时监测多个型号激光器4发射的激光的吸收线的变化时，也可以使用一个激光探测器3，这些均不偏离本实用新型的原理，均在本实用新型的保护范围之内。

可能地，电池安全监测***还包括滤波电路、锁相放大器和无线模块，滤波电路用于将激光探测器3中的信号进行滤波，锁相放大器用于将信号进行放大，无线模块用于将信号传输至云端服务器。即将激光探测器3中的信号经过滤波电路处理后，通过锁相放大器进行放大，然后经过无线发射模块将信号传输到云端服务器的数据库，实时在线显示所测量的气体种类和浓度。根据这些结果，可以了解锂离子电池不同状态的工况信息，并根据锂离子电池所放出的气体种类和浓度范围，设置不同的风险等级，当气体浓度超过较高的风险等级后，尤其是满足电池热失控时前期征兆后，通过云端反馈到电池的******，为下一步的安全处置提供判定依据。

综上所述，本实用新型基于可调谐半导体激光吸收光谱技术，利用波长扫描范围内气体吸收线的变化情况与气体种类、浓度的对应关系，通过对电池箱体1内反射镜的分布布局和激光光路的优化设计，实现对整个电池箱体1的区域式、全面性监测，为电池箱体1内电池的运行状态尤其是热失控前期的征兆判定提供依据，保障锂离子电池的安全运行。相较于其他检测技术，本实用新型基于激光光路优化设计，不仅实现了对整个电池箱体1内各个电池的区域式、全面性监测，还具有选择性高、分辨率高、速度快和灵敏度高等优点，避免其他监测技术较易出现的漏报、误报等情况的发生。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池安全监测***，其特征在于，所述电池安全监测***包括：

电池箱体，所述电池箱体内装有多个电池；

激光探测器；

激光组件，其设置成能够发射激光至所述电池箱体内，且能够使激光经过每个电池所在位置，以使在任何一个电池释放气体时激光能够穿过对应电池释放的气体，所述激光组件还设置成能够使激光经过每个电池所在位置后进入至所述激光探测器中。

2.根据权利要求1所述的电池安全监测***，其特征在于，

所述激光组件包括激光器和反射模块，所述反射模块设于所述电池箱体的内部，所述激光器设置成能够将发射的激光经过部分电池所在位置后到达所述反射模块，所述反射模块设置成能够将接收到的激光反射至剩余的每个电池所在位置，并最终将激光反射至所述激光探测器中。

3.根据权利要求1所述的电池安全监测***，其特征在于，

所述激光组件包括激光器和反射模块，所述反射模块设于所述电池箱体的内部，所述激光器设置成能够将激光直接发射至所述反射模块，所述反射模块设置成能够将接收到的激光反射至每个电池所在位置，并最终将激光反射至所述激光探测器中。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的电池安全监测***，其特征在于，

所述反射模块包括设于所述电池箱体内相对两侧的多个第一平面反射镜，各个电池设于两侧的第一平面反射镜之间，每侧的各第一平面反射镜均并排设置，每侧的相邻的第一平面反射镜之间构成八字形结构，且相邻的所述八字形结构方向相反，其中，每个第一平面反射镜均设置成能够接收到激光。

5.根据权利要求4所述的电池安全监测***，其特征在于，

所述反射模块还包括第二平面反射镜，所述第二平面反射镜用于折回经过所有电池所在位置后的激光，并设置成能够使折回前后的激光光路错开。

6.根据权利要求2或权利要求3所述的电池安全监测***，其特征在于，

所述反射模块包括设于所述电池箱体内相对两侧的多个弧形反射镜，各个电池设于两侧的弧形反射镜之间，每个弧形反射镜均设置成能够接收到激光，最后接收激光的弧形反射镜设置成能够将激光反射至所述激光探测器中，其余每个弧形反射镜均设置成能够将激光反射至另外一侧的弧形反射镜上。

7.根据权利要求2或权利要求3所述的电池安全监测***，其特征在于，

所述激光器的数量为多个，且各个所述激光器的输出激光波长范围不同。

8.根据权利要求7所述的电池安全监测***，其特征在于，

水汽的波长不在每个所述波长范围中。

9.根据权利要求2或权利要求3所述的电池安全监测***，其特征在于，

所述激光器和所述激光探测器均固定于所述电池箱体的外部，所述电池箱体上设有激光入口和激光出口。

10.根据权利要求9所述的电池安全监测***，其特征在于，

所述激光入口和所述激光出口处密封安装有滤光片。

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