技术领域
[0001] 本
发明涉及一种测量电池内部温度的装置，尤其涉及一种可以测量电池热失控时内部温度的装置。
背景技术
[0002] 在
能源危机与环境污染的双重压
力下，
汽车动力系统电动化逐渐成为未来汽车的技术发展主流。汽车动力系统电动化的主要特征之一即使用
电能代替
化学能作为主要的
能量供给来源。
锂离子电池因其能量
密度和
循环寿命方面的优势，是电动汽车动力来源的主要选择之一。
[0003] 锂离子电池
单体通过组成
电池组来满足电动汽车的电力驱动要求。一般地，在单体电池成组过程中，通过单体电池
串联获得电力驱动需要的高
电压；通过单体电池并联获得电力驱动需要的大
电流。在单体电池并联过程中，大容量的单体电池并联时需要的电池数量少。电池组内电池数量的减少能够提高电池组的可靠性，降低电池管理过程中的成本，受到了许多电池组设计人员的青睐。
[0004] 然而，锂离子电池的安全性事故偶有发生，目前的安全性设计方法尚不能保证锂离子电池的安全性。安全性问题将会威胁人民群众的生命财产安全，并阻碍电动汽车的大规模产业化。小容量锂离子电池并联成组时，需要的电池数量较多，发生故障的概率较高。尽管大容量锂离子电池在并联成组时，需要的电池数量较少，发生故障的概率较小，但是大容量锂离子电池的成组设计存在其它的安全性问题。
[0005] 大容量锂离子电池尺寸相对增大，电池内部的
散热条件变差且温度分布不均匀。局部温度过高即可能导致锂离子电池的安全性事故。由于散热条件限制，电池内部温度一般高于电池外部温度。目前研究结果发现，在锂离子电池正常工作状态下，锂离子电池内部o
与外部温度差异一般低于10C，而在锂离子电池热失控条件下，电池内部与外部温度差异o
将可能达到600C或以上。仅凭电池外部温度判断电池热失控情况是不合理的。
[0006] 再者，为完善电池安全性设计，需要评估电池热失控造成的危害。一般认为，电池在安全事故发生时释放的能量越大，可能造成的危害越大。电池释放的能量一般由电池的平均温度反映。对于大容量锂离子电池而言，在发生热失控时，电池外部温度远低于电池的平均温度。
[0007] 因此，测量电池内部温度很有必要。目前，测量电池内部温度有一些方案。比如通过在电池内部植入各种能够测量温度的
传感器以测量电池内部温度。电池内部植入的温度传感器将会影响电池的电化学性能。与
电解液混合在一起的传感器阻碍了离子的传输，显著影响电池的循环寿命。
发明内容
[0008] 有鉴于此，确有必要提供一种可以精确监测电池热失控时内部温度且不影响电化学性能的电池内部温度测量装置。
[0009] 一种电池内部温度测量装置，包括第一封装壳体，以及设置在该第一封装壳体内部的电池组，该电池组包括至少两个单体电池，该至少两个单体电池层叠设置，每一所述单体电池包括电芯以及第二封装壳体，所述第二封装壳体将所述电芯封装其中，其中，该电池内部温度测量装置进一步包括至少一温度传感器，该至少一温度传感器设置在所述至少两个单体电池之间，并由该至少两个单体电池夹持。
[0010] 本发明
实施例提供的电池内部温度测量装置，将温度传感器夹持在至少两个所述本身具有封装结构的单体电池之间，然后再将该夹持由所述温度传感器的单体电池组成的电池组封装在另一个封装结构中，从而测量电池内部温度的同时并不会影响所述单体电池的电化学性能。另外，由于所述温度传感器夹持在两个单体电池之间，从而该温度传感器可以由两节单体电池精确地模拟测得每一所述单体电池在热失控后的内部温度，尤其是可以精确的测量所述单体电池在热失控后的内部最高温度，从而后续可以为动力电池中单体电池组的安全性以及
稳定性的设计提供有效地指导。
附图说明
[0011] 图1为本发明实施例提供的电池内部温度测量装置的结构示意图。
[0012] 图2为本发明实施例提供的利用所述电池内部温度测量装置监测热失控时电池内部温度的方法的
流程图。
[0013] 图3为本发明实施例提供的利用所述电池内部温度测量装置测量待测电池在热失控前后内外部温度的对比曲线图。
[0014] 主要元件符号说明电池内部温度测量装置 100
第一封装壳体 10
顶盖 10a
基体 102a
极柱 104a
极
耳 106a
底壳 10b
单体电池 20
温度传感器 30
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0015] 以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的电池内部温度测量装置。
[0016] 请参阅图1，本发明实施例提供一种电池内部温度测量装置100，该电池内部温度测量装置100包括第一封装壳体10，以及封装在该第一封装壳体10内的电池组，该电池组包括至少两个单体电池20，该至少两个单体电池层叠设置，每一所述单体电池20包括电芯以及第二封装壳体（图未示），所述第二封装壳体将所述电芯封装其中，其中，该电池内部温度测量装置100进一步包括至少一温度传感器30，该至少一温度传感器30设置在所述至少两个单体电池20之间并由该至少两个单体电池20夹持。
[0017] 所述第一封装壳体10可以为一中空的密封壳体，用于容纳并封装所述电池组。优选地，当所述电池组发生热失控时，该第一封装壳体10可以对所述电池组具有机械约束力，以使所述温度传感器30始终保持被所述至少两个单体电池20夹持的状态。所述第一封装壳体10优选为采用硬质耐热的材料制成。
[0018] 该第一封装壳体10可包括一顶盖10a以及一底壳10b。所述底壳10b为一端开口的中空结构用于容纳所述电池组，所述顶盖10a盖合在该开口上构成所述第一封装壳体10。
[0019] 所述顶盖10a包括一基体102a，该基体102a具有相对的第一表面以及第二表面，所述第一表面远离所述底壳10b的开口，所述第二表面靠近所述底壳10b的开口。该基体102a的形状可根据实际的需要来制作。优选地，该基体102a为片状。该基体可由绝缘材料制成。
[0020] 所述顶盖10a进一步包括极柱104a以及极耳106a，所述极柱104a设置在所述基体102a的第一表面，所述极耳106a设置在所述基体102a的第二表面。所述极柱104a包括间隔设置的正极极柱以及负极极柱。所述极耳106a包括间隔设置的正极极耳以及负极极耳。所述正极极耳以及负极极耳分别具有两端，所述正极极柱与所述正极极耳的一端电连接，所述正极极耳的另一端与所述电池组的正极端电连接，所述负极极柱与所述负极极耳的一端电连接，所述负极极耳的另一端与所述电池组的负极端连接。所述极柱104a、极耳106a均与所述基体102a绝缘。所述极柱104a、极耳106a的材料为导电材料。所述基体102a、极柱104a以及极耳106a可以为一体结构。
[0021] 所述底壳10b为一端开口的中空腔体结构来容纳并机械约束所述电池组。该底壳10b的形状可根据所述电池组的单体电池的形状来设计。本发明实施例中，所述底壳10b为一中空的长方体。该底壳10b优选采用硬质耐热的材料制成，更为优选地，所述第一封装壳体10的材料可以为硬质耐热的金属材料制成，如
钢或
铝。本发明实施例中，所述底壳10b为钢壳。
[0022] 所述电池组包括至少两个单体电池20，在每一所述单体电池20中，所述电芯在所述第二封装壳体中密封良好。该第二封装壳体可以由软包材料或硬包材料制成，如该第二封装壳体的材料可以铝塑膜、铝壳、钢壳、塑料壳中的至少一种。优选地，所述第二封装壳体由所述软包材料制成，从而在电池热失控测试时可避免电池爆炸等引起的安全性问题。本发明实施例中，所述第二封装壳体的材料为铝塑膜。
[0023] 该至少两个单体电池20具有相同的热特性。优选地，所述至少两个单体电池20的采用相同的所述
电极材料、相同的结构、容量以及电化学性能均相同。采用相同的单体电池20可准确地模拟测得每一该单体电池20的内部温度。每一所述单体电池20可以为任何一种动力电池，不限于锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池或锌空气电池。本发明实施例中所述至少两个单体电池20为锂离子电池。
[0024] 该至少两个单体电池20
接触设置，优选地，该至少两个单体电池20相互间靠近的表面紧贴在一起，紧贴设置的单体电池20可以更好地夹持所述温度传感器30，从而在电池热失控时，所述温度传感器30可更准确的测得热失控的最高温度。
[0025] 该至少两个单体电池20可并联、串联或不连接，只要保证所述至少两个单体电池20相互间靠近的表面接触且可将所述温度传感器30夹持即可。优选地，所述至少两个单体电池20电绝缘。本发明实施例中，所述至少两个单体电池20相互并联。
[0026] 进一步地，该电池组可进一步包括两个以上的所述单体电池20，此时所述至少一个温度传感器30可设置于该电池组的对称
位置以保持该温度传感器30两侧的单体电池20在热失控时具有对称且相同的热特性，从而可精确地模拟测得单体电池20在热失控时的内部温度，尤其是可精确地模拟测得单体电池20在热失控时的内部最高温度。优选地，所述电池组包括偶数个所述单体电池20，该偶数个所述单体电池20层叠设置，且相邻单体电池20之间接触设置。
[0027] 所述至少一温度传感器30设置在所述至少两个单体电池20之间并由该至少两个单体电池夹持。所述夹持是指所述温度传感器30与所述至少两个单体电池20相互靠近的表面均接触，并靠该至少两个单体电池20的夹持来固
定位置。该温度传感器30设置在所述电池组的中心位置（所述对称位置），该中心位置两个的单体电池20数量相等，且热特性相同，从而电池在温度变化时可在所述温度传感器30周围产生均匀稳定的温度场，利于精确检测所述电池的放热温度。
[0028] 该温度传感器30可为
热电偶，如K型热电偶或N型热电偶。优选地，所述温度传感器30具有无线发射装置，从而可较好地保持所述第一封装壳体10的
密封性，来减少热失控时内部温度检测的误差。所述温度传感器30的几何尺寸相对于所述单体电池20的尺寸较小，其结构适于夹持在所述至少两个单体电池20之间即可。优选地，所述温度传感器30为片状结构。此外，所述温度传感器30也可以为
探头直径不大于1mm的铠装热电偶。该温度传感器30的温度测量范围为0℃至1000℃。
[0029] 所述温度传感器30的数量可根据所述单体电池20的数量来确定。具体地，每个所述温度传感器30可设置在相邻的两个单体电池20之间，并被该相邻的两个单体电池20夹持。此外，当所述单体电池20的数量为两个时，也可有多个所述温度传感器30设置在该两个单体电池20之间。
[0030] 请一并参阅图2，本发明进一步提供一种利用所述电池内部温度测量装置100测量热失控时电池内部温度的方法，具体包括以下步骤：S1，提供待测电池，并制作所述电池内部温度测量装置100；
S2，将所述电池内部温度测量装置100进行加热直至所述待测电池发生热失控；以及S3，监测并分析电池内部温度测量装置100内外部的温度。
[0031] 在上述步骤S1中，可将需要进行测量热失控时内部温度的待测电池制成所述电池组，并组装成所述电池内部温度测量装置100。
[0032] 在上述步骤S2中，可将所述电池内部温度测量装置100放入绝热量热仪器中进行加热，使所述待测电池温度逐渐上升，直至所述待测电池发生热失控，所述电池内部温度测量装置100中的温度传感器30可实时监测两个所述单体电池20之间的温度来模拟每一所述单体电池的内部温度。
[0033] 实施例本实施例中，所述待测电池为单体软包锂离子电池，其中，该单体软包锂离子电池的正极活性材料为镍钴锰三元材料，负极活性材料为
石墨，容量为12.5Ah。提供两个材料和几何结构完全相同的所述单体软包锂离子电池并并联成容量为25Ah的所述电池组，并组装成所述电池内部温度测量装置。
[0034] 请一并参阅图3，所述待测电池在约250℃时发生热失控。在未发生热失控之前，即3540分钟之间，加热过程中，所述电池内部温度测量装置100内外部温度基本相同。在发生热失控时，电池内部温度测量装置100内部温度高于外部温度。在最高温度处，该电池内部温度测量装置100的内部温度达到了877℃，而外部最高温度仅为453℃。热失控后进一步将所述电池内部温度测量装置100拆开后发现，所述第二封装壳体铝塑膜以及作为所述电芯中的集
流体铝箔等全部
熔化。铝的熔点约为660℃，铝的熔化间接表明了采用该电池内部温度测量装置100可准确地测量热失控下的电池内部最高温度。该电池内部最高温度的获得有助于指导动力电池内的电池组在设计时可以对相邻的单体电池之间进行恰当适宜的
隔热，从而防止某一单体电池热失控后，热失控扩展到其它相邻的单体电池，从而可有效地提高动力电池的安全性以及稳定性。
[0035] 本发明实施例提供的电池内部温度测量装置，将温度传感器夹持在至少两个所述本身具有封装结构的单体电池之间，然后再将该夹持由所述温度传感器的单体电池组成的电池组封装在另一个封装结构中，从而测量电池内部温度的同时并不会影响所述单体电池的电化学性能。另外，由于所述温度传感器夹持在两个单体电池之间，从而该温度传感器可以由两节单体电池精确地模拟测得每一所述单体电池在热失控后的内部温度，尤其是可以精确的测量所述单体电池在热失控后的内部最高温度，从而后续可以为动力电池中单体电池组的安全性以及稳定性的设计提供有效地指导。
[0036] 另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
