本發(fā)明屬于鋰離子電熱失控檢測(cè)，具體涉及一種基于嵌入鋰離子電池內(nèi)部的溫度傳感器以及使用這種傳感器進(jìn)行電池過(guò)熱檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池在充電和放電過(guò)程中，由于鋰離子在正極和負(fù)極材料的嵌入遷出和移動(dòng)產(chǎn)生的熱量，都會(huì)導(dǎo)致電池的溫度升高。此外，高溫天氣和惡劣使用環(huán)境也會(huì)導(dǎo)致電池的溫度升高。鋰離子電池在過(guò)熱情況下內(nèi)部會(huì)發(fā)生影響電池性能和降低穩(wěn)定性的副反應(yīng)，在超過(guò)電池?zé)崾Э販囟惹闆r下會(huì)快速引發(fā)電池?zé)崾Э?，產(chǎn)生大量有毒煙氣、火焰甚至爆炸，且由于電池在電池組內(nèi)密集排列，一顆電池的熱失控釋放的大量熱量會(huì)導(dǎo)致周圍電池也出現(xiàn)熱失控，引發(fā)整個(gè)電池組的火災(zāi)，在大型儲(chǔ)能電站和電池倉(cāng)庫(kù)中，這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的事故后果。

2、因此對(duì)于電池的溫度進(jìn)行快速和可靠的監(jiān)測(cè)，對(duì)安全的大規(guī)模使用鋰離子電池十分重要。但鋰離子電池組中的電池?cái)?shù)量較多，傳統(tǒng)的溫度傳感器難以貼附在每一個(gè)電池上。且傳感器的數(shù)量太多會(huì)導(dǎo)致探測(cè)電路復(fù)雜度增加，使得溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)都更加困難。此外，電池的產(chǎn)熱在電池的內(nèi)部，內(nèi)部高溫傳導(dǎo)到電池表面需要時(shí)間，且電池表面的溫度在各個(gè)區(qū)域是不均勻的。傳統(tǒng)的溫度傳感器如熱電偶、熱電阻等即使貼附在電池表面，由于其是點(diǎn)測(cè)溫，因此對(duì)于電池表面的溫度不均衡無(wú)法進(jìn)行探測(cè)。目前一些探測(cè)手段使用光纖嵌入電池進(jìn)行內(nèi)部測(cè)溫，可以較好的得到電池的內(nèi)部溫度，但是光纖測(cè)溫的使用環(huán)境要求較高，且整套光纖收發(fā)和處理設(shè)備價(jià)格昂貴，目前只能在實(shí)驗(yàn)室層面進(jìn)行應(yīng)用。因此目前急需一種價(jià)格低廉、探測(cè)方便、信號(hào)可靠以及易于大范圍布置的電池溫度傳感器，用于實(shí)時(shí)探測(cè)電池的過(guò)熱和定位過(guò)熱電池的位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種用于鋰離子電池、電池組高溫檢測(cè)和定位的傳感器及其檢測(cè)方法，用于解決電池組和儲(chǔ)能電站的大量電池的過(guò)熱檢測(cè)和定位，提高探測(cè)和定位效率。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種溫度傳感器，包括外殼、中心軸和軸套，中心軸和軸套設(shè)置在外殼中，外殼與中心軸之間電絕緣；軸套是金屬組件，包括與中心軸固定連接的固定端、與中心軸滑動(dòng)連接的滑動(dòng)端以及位于固定端和滑動(dòng)端之間的溫控變形段，溫控變形段是溫變金屬材質(zhì)制成，溫度達(dá)到溫控變形段的形變閾值時(shí)，溫控變形段發(fā)生形變呈拱形，使滑動(dòng)端向固定端靠近，溫控變形段抵接于外殼上并電連接于外殼。

4、本發(fā)明所述的溫變金屬是指溫度發(fā)生變化時(shí)，形狀發(fā)生變化的金屬。

5、優(yōu)選的，外殼，包括金屬外殼主體和設(shè)置在金屬外殼主體兩端的電絕緣材料制成的端蓋，中心軸與端蓋可拆卸連接；端蓋與外殼主體可拆卸連接；中心軸為中空管狀結(jié)構(gòu)、金屬材質(zhì)制成，其空心中封裝一個(gè)具有單向?qū)ㄐ缘亩O管，二極管的陽(yáng)極與中心軸內(nèi)側(cè)壁電連接；還包括a接線端子和b接線端子兩個(gè)引出端，其中b接線端子與外殼電連接，a接線端子與二極管的陰極與電連接，且a接線端子與中心軸之間相互電絕緣；溫控變形段為記憶金屬制成的金屬片或者兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬材質(zhì)薄片疊加形成的雙金屬片。

6、記憶金屬可以在不同的溫度下發(fā)生形變和恢復(fù)原本形狀，使用這種特性用于溫度探測(cè)，其重復(fù)性可以達(dá)到數(shù)十萬(wàn)次，因此可以長(zhǎng)期使用而不用擔(dān)心探測(cè)的可靠性。本發(fā)明利用記憶金屬在高溫下變形、溫度降低后恢復(fù)原狀的特性，進(jìn)行電池過(guò)熱檢測(cè)。另外也可以使用雙金屬片在不同溫度下的形狀不同的特性，來(lái)進(jìn)行電池過(guò)熱溫度的探測(cè)。

7、優(yōu)選的，溫控變形段的金屬片數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)金屬片沿中心軸周向均勻布置；高溫形變時(shí)，軸套整體呈燈籠骨架結(jié)構(gòu)。這樣的設(shè)計(jì)能夠保證傳感器的各向均一性，即無(wú)論電池內(nèi)部哪個(gè)方向出現(xiàn)高溫，都可以使得至少一個(gè)溫控變形段發(fā)生變形，進(jìn)而使得對(duì)高溫的探測(cè)不受傳感器設(shè)置位置的影響，探測(cè)精準(zhǔn)度高。

8、一種包含上述溫度傳感器的鋰離子電池，至少一個(gè)溫度傳感器鑲嵌進(jìn)鋰離子電池內(nèi)部，每個(gè)溫度傳感器的a接線端子連接在同一根引出線上稱為電池單元總a端，每個(gè)溫度傳感器的b接線端子連接在同一根引出線上稱為電池單元總b端。

9、優(yōu)選的，鋰離子電池的形狀為圓柱形，溫度傳感器設(shè)置在鋰離子電池內(nèi)部的卷繞電池中心芯柱的空腔中。

10、優(yōu)選的，鋰離子電池形狀為方形，溫度傳感器設(shè)置在鋰離子電池內(nèi)部的角落腔體中。

11、一種由上述鋰離子電池組裝的鋰離子電池組，多個(gè)鋰離子電池采用行列矩陣形式排列成m行n列鋰離子電池組；

12、每行鋰離子電池的電池單元a端連接在同一根引出線上稱為行引出端子，則共有m個(gè)行引出端子，每個(gè)行引出端子對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的編號(hào)li，i∈[1,m],；每列鋰離子電池的電池單元b端連接在同一引出線上稱為列引出端子，則共有n個(gè)行引出端子，每個(gè)行引出端子對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的編號(hào)ij，j∈[1,n]；,則每個(gè)電池對(duì)應(yīng)唯一的編號(hào)batij。

13、第四方面，本發(fā)明提供了一種的對(duì)上述鋰離子電池組中的過(guò)熱電池檢測(cè)定位方法：

14、包括第一多路復(fù)用器，具有m個(gè)輸入端和一個(gè)第一輸出端；

15、第二多路復(fù)用器，具有第n個(gè)輸入端和一個(gè)第二輸出端；

16、電源，鋰離子電池過(guò)熱探測(cè)的工作直流電源；

17、定值電阻，一端與第二多路復(fù)用器的第二輸出端電連接，另一端與電源正極電連接。該定值電阻的阻值較大，這樣在形成通路時(shí)，電路中導(dǎo)線及其他元件的總阻值遠(yuǎn)小于定值電阻的阻值，則定值電阻兩端的電壓很大，便于電壓測(cè)量表能夠明顯探測(cè)到。

18、電壓測(cè)量表，與定值電阻并聯(lián)；

19、電池過(guò)熱檢測(cè)定位方法，包括如下步驟：

20、步驟一s1：電路連接

21、第一多路復(fù)用器的m個(gè)輸入端與m行鋰離子電池的行引出端子對(duì)應(yīng)電連接，即第一多路復(fù)用器的第i個(gè)輸入端與第i行鋰離子電池的行引出端子li電連接，其第一輸出端與電源的負(fù)極電連接；

22、第二多路復(fù)用器的n個(gè)輸入端與對(duì)應(yīng)n列鋰離子電池的列引出端子分別電連接，即第二多路復(fù)用器的第j個(gè)輸入端與對(duì)應(yīng)的第j列鋰離子電池的列引出端子lj電連接，其第二輸出端經(jīng)定值電阻與電源的正極電連接；

23、步驟二s2：電池的過(guò)熱檢測(cè)定位

24、s2-1：先將第一多路復(fù)用器的輸入端切換到第1個(gè)輸入端，保持第1行引出端子連接電源負(fù)極；

25、s2-2：再將第二多路復(fù)用器的輸入端切換到第1個(gè)輸入端，保持第1列引出端子連接至電源正極；

26、s2-3：觀察電壓測(cè)量表，如果沒(méi)有電壓，則第一行第一列的鋰離子電池bat11沒(méi)發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象；如果出現(xiàn)電壓升高，則第一行第一列的鋰離子電池bat11發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象；

27、s2-4：將第二多路復(fù)用器的輸入端切換到第2個(gè)輸入端，保持第2列引出端子連接至電源正極；

28、s2-5：觀察電壓測(cè)量表，如果沒(méi)有電壓，則第一行第二列的鋰離子電池bat12沒(méi)發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象；如果出現(xiàn)電壓升高，則第一行第二列的鋰離子電池bat12發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象；

29、s2-6：將第二多路復(fù)用器的輸入端切換到第3個(gè)輸入端，重復(fù)s2-4和s2-5步驟，直至將第二多路復(fù)用器的輸入端切換到第n個(gè)輸入端，結(jié)束第一行的鋰離子電池bat1j是否發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象的探測(cè)；

30、s2-7：將第一多路復(fù)用器的輸入端切換到第2個(gè)輸入端，保持第2行引出端子連接電源負(fù)極；將第二多路復(fù)用器的輸入端依次從第1輸入端切換到第n個(gè)輸入端，結(jié)束第二行的鋰離子電池bat2j是否發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象的檢測(cè)；

31、s2-8：依次將第一多路復(fù)用器的輸入端切換到第3個(gè)輸入端，保持第3行引出端子連接電源負(fù)極；將第二多路復(fù)用器的輸入端依次從第1輸入端切換到第n個(gè)輸入端，結(jié)束第三行的鋰離子電池bat3j是否發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象的檢測(cè)；

32、……

33、s2-9：將第一多路復(fù)用器的輸入端切換到第i個(gè)輸入端，將第二多路復(fù)用器的輸入端依次從第1輸入端切換到第n個(gè)輸入端，結(jié)束第i行的鋰離子電池batij是否發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象的探測(cè)；

34、s2-10：重復(fù)步驟2-9，直至將第一多路復(fù)用器的輸入端切換到第m個(gè)輸入端，將第二多路復(fù)用器的輸入端依次從第1輸入端切換到第n個(gè)輸入端，結(jié)束第m行的鋰離子電池batmj是否發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象的探測(cè)；即完成整個(gè)電池組過(guò)熱檢測(cè)。

35、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：

36、1、本發(fā)明所述溫度傳感器使用具有溫度記憶效應(yīng)的金屬或者雙金屬片，進(jìn)行特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后專用于探測(cè)電池內(nèi)部的過(guò)熱，在電池內(nèi)部的過(guò)熱相較于外部探測(cè)更為靈敏，以短路信號(hào)作為過(guò)熱探測(cè)信號(hào)使得探測(cè)電路更加簡(jiǎn)單、信號(hào)有無(wú)更加可靠。

37、2、根據(jù)需要溫度傳感器的外殼可以制作成圓柱形，也可以根據(jù)電池內(nèi)部空隙的形狀和長(zhǎng)度制作成橢圓柱形、三角柱形或方柱形，以適應(yīng)不同形狀的電池內(nèi)部空隙進(jìn)行過(guò)熱探測(cè)，且傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可以設(shè)置在電池內(nèi)部的空閑空間內(nèi)，即可增強(qiáng)電池整體強(qiáng)度，又可以實(shí)現(xiàn)過(guò)熱探測(cè)功能。

38、3、通過(guò)將電池組中所有溫度傳感器接入電路，組成矩陣電池組過(guò)熱探測(cè)電路，溫度傳感器內(nèi)嵌保證傳感器單向?qū)ㄐ缘亩O管，與外部矩陣電路結(jié)合起來(lái)，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)過(guò)熱電池的探測(cè)定位，在簡(jiǎn)單電路中實(shí)現(xiàn)全電池組過(guò)熱探測(cè)。

39、4、由于溫度傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、探測(cè)方便，可以很好的適用于汽車電池組和大型儲(chǔ)能電池組內(nèi)，低成本實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)過(guò)熱電池的單顆定位和多顆定位，方便將本專利涉及的傳感器和探測(cè)方法與其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。