一种用于锂离子电池、电池组高温检测和定位的传感器及其检测方法

本发明属于锂离子电热失控检测，具体涉及一种基于嵌入锂离子电池内部的温度传感器以及使用这种传感器进行电池过热检测方法。

背景技术：

1、锂离子电池在充电和放电过程中，由于锂离子在正极和负极材料的嵌入迁出和移动产生的热量，都会导致电池的温度升高。此外，高温天气和恶劣使用环境也会导致电池的温度升高。锂离子电池在过热情况下内部会发生影响电池性能和降低稳定性的副反应，在超过电池热失控温度情况下会快速引发电池热失控，产生大量有毒烟气、火焰甚至爆炸，且由于电池在电池组内密集排列，一颗电池的热失控释放的大量热量会导致周围电池也出现热失控，引发整个电池组的火灾，在大型储能电站和电池仓库中，这会导致严重的事故后果。

2、因此对于电池的温度进行快速和可靠的监测，对安全的大规模使用锂离子电池十分重要。但锂离子电池组中的电池数量较多，传统的温度传感器难以贴附在每一个电池上。且传感器的数量太多会导致探测电路复杂度增加，使得温度监测系统的开发和维护都更加困难。此外，电池的产热在电池的内部，内部高温传导到电池表面需要时间，且电池表面的温度在各个区域是不均匀的。传统的温度传感器如热电偶、热电阻等即使贴附在电池表面，由于其是点测温，因此对于电池表面的温度不均衡无法进行探测。目前一些探测手段使用光纤嵌入电池进行内部测温，可以较好的得到电池的内部温度，但是光纤测温的使用环境要求较高，且整套光纤收发和处理设备价格昂贵，目前只能在实验室层面进行应用。因此目前急需一种价格低廉、探测方便、信号可靠以及易于大范围布置的电池温度传感器，用于实时探测电池的过热和定位过热电池的位置。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于锂离子电池、电池组高温检测和定位的传感器及其检测方法，用于解决电池组和储能电站的大量电池的过热检测和定位，提高探测和定位效率。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下方案实现：

3、一种温度传感器，包括外壳、中心轴和轴套，中心轴和轴套设置在外壳中，外壳与中心轴之间电绝缘；轴套是金属组件，包括与中心轴固定连接的固定端、与中心轴滑动连接的滑动端以及位于固定端和滑动端之间的温控变形段，温控变形段是温变金属材质制成，温度达到温控变形段的形变阈值时，温控变形段发生形变呈拱形，使滑动端向固定端靠近，温控变形段抵接于外壳上并电连接于外壳。

4、本发明所述的温变金属是指温度发生变化时，形状发生变化的金属。

5、优选的，外壳，包括金属外壳主体和设置在金属外壳主体两端的电绝缘材料制成的端盖，中心轴与端盖可拆卸连接；端盖与外壳主体可拆卸连接；中心轴为中空管状结构、金属材质制成，其空心中封装一个具有单向导通性的二极管，二极管的阳极与中心轴内侧壁电连接；还包括a接线端子和b接线端子两个引出端，其中b接线端子与外壳电连接，a接线端子与二极管的阴极与电连接，且a接线端子与中心轴之间相互电绝缘；温控变形段为记忆金属制成的金属片或者两种热膨胀系数不同的金属材质薄片叠加形成的双金属片。

6、记忆金属可以在不同的温度下发生形变和恢复原本形状，使用这种特性用于温度探测，其重复性可以达到数十万次，因此可以长期使用而不用担心探测的可靠性。本发明利用记忆金属在高温下变形、温度降低后恢复原状的特性，进行电池过热检测。另外也可以使用双金属片在不同温度下的形状不同的特性，来进行电池过热温度的探测。

7、优选的，温控变形段的金属片数量为多个，多个金属片沿中心轴周向均匀布置；高温形变时，轴套整体呈灯笼骨架结构。这样的设计能够保证传感器的各向均一性，即无论电池内部哪个方向出现高温，都可以使得至少一个温控变形段发生变形，进而使得对高温的探测不受传感器设置位置的影响，探测精准度高。

8、一种包含上述温度传感器的锂离子电池，至少一个温度传感器镶嵌进锂离子电池内部，每个温度传感器的a接线端子连接在同一根引出线上称为电池单元总a端，每个温度传感器的b接线端子连接在同一根引出线上称为电池单元总b端。

9、优选的，锂离子电池的形状为圆柱形，温度传感器设置在锂离子电池内部的卷绕电池中心芯柱的空腔中。

10、优选的，锂离子电池形状为方形，温度传感器设置在锂离子电池内部的角落腔体中。

11、一种由上述锂离子电池组装的锂离子电池组，多个锂离子电池采用行列矩阵形式排列成m行n列锂离子电池组；

12、每行锂离子电池的电池单元a端连接在同一根引出线上称为行引出端子，则共有m个行引出端子，每个行引出端子对应一个唯一的编号li，i∈[1,m],；每列锂离子电池的电池单元b端连接在同一引出线上称为列引出端子，则共有n个行引出端子，每个行引出端子对应一个唯一的编号ij，j∈[1,n]；,则每个电池对应唯一的编号batij。

13、第四方面，本发明提供了一种的对上述锂离子电池组中的过热电池检测定位方法：

14、包括第一多路复用器，具有m个输入端和一个第一输出端；

15、第二多路复用器，具有第n个输入端和一个第二输出端；

16、电源，锂离子电池过热探测的工作直流电源；

17、定值电阻，一端与第二多路复用器的第二输出端电连接，另一端与电源正极电连接。该定值电阻的阻值较大，这样在形成通路时，电路中导线及其他元件的总阻值远小于定值电阻的阻值，则定值电阻两端的电压很大，便于电压测量表能够明显探测到。

18、电压测量表，与定值电阻并联；

19、电池过热检测定位方法，包括如下步骤：

20、步骤一s1：电路连接

21、第一多路复用器的m个输入端与m行锂离子电池的行引出端子对应电连接，即第一多路复用器的第i个输入端与第i行锂离子电池的行引出端子li电连接，其第一输出端与电源的负极电连接；

22、第二多路复用器的n个输入端与对应n列锂离子电池的列引出端子分别电连接，即第二多路复用器的第j个输入端与对应的第j列锂离子电池的列引出端子lj电连接，其第二输出端经定值电阻与电源的正极电连接；

23、步骤二s2：电池的过热检测定位

24、s2-1：先将第一多路复用器的输入端切换到第1个输入端，保持第1行引出端子连接电源负极；

25、s2-2：再将第二多路复用器的输入端切换到第1个输入端，保持第1列引出端子连接至电源正极；

26、s2-3：观察电压测量表，如果没有电压，则第一行第一列的锂离子电池bat11没发生过热现象；如果出现电压升高，则第一行第一列的锂离子电池bat11发生过热现象；

27、s2-4：将第二多路复用器的输入端切换到第2个输入端，保持第2列引出端子连接至电源正极；

28、s2-5：观察电压测量表，如果没有电压，则第一行第二列的锂离子电池bat12没发生过热现象；如果出现电压升高，则第一行第二列的锂离子电池bat12发生过热现象；

29、s2-6：将第二多路复用器的输入端切换到第3个输入端，重复s2-4和s2-5步骤，直至将第二多路复用器的输入端切换到第n个输入端，结束第一行的锂离子电池bat1j是否发生过热现象的探测；

30、s2-7：将第一多路复用器的输入端切换到第2个输入端，保持第2行引出端子连接电源负极；将第二多路复用器的输入端依次从第1输入端切换到第n个输入端，结束第二行的锂离子电池bat2j是否发生过热现象的检测；

31、s2-8：依次将第一多路复用器的输入端切换到第3个输入端，保持第3行引出端子连接电源负极；将第二多路复用器的输入端依次从第1输入端切换到第n个输入端，结束第三行的锂离子电池bat3j是否发生过热现象的检测；

32、……

33、s2-9：将第一多路复用器的输入端切换到第i个输入端，将第二多路复用器的输入端依次从第1输入端切换到第n个输入端，结束第i行的锂离子电池batij是否发生过热现象的探测；

34、s2-10：重复步骤2-9，直至将第一多路复用器的输入端切换到第m个输入端，将第二多路复用器的输入端依次从第1输入端切换到第n个输入端，结束第m行的锂离子电池batmj是否发生过热现象的探测；即完成整个电池组过热检测。

35、本发明相对于现有技术的有益效果在于：

36、1、本发明所述温度传感器使用具有温度记忆效应的金属或者双金属片，进行特殊结构设计后专用于探测电池内部的过热，在电池内部的过热相较于外部探测更为灵敏，以短路信号作为过热探测信号使得探测电路更加简单、信号有无更加可靠。

37、2、根据需要温度传感器的外壳可以制作成圆柱形，也可以根据电池内部空隙的形状和长度制作成椭圆柱形、三角柱形或方柱形，以适应不同形状的电池内部空隙进行过热探测，且传感器内部结构简单紧凑，可以设置在电池内部的空闲空间内，即可增强电池整体强度，又可以实现过热探测功能。

38、3、通过将电池组中所有温度传感器接入电路，组成矩阵电池组过热探测电路，温度传感器内嵌保证传感器单向导通性的二极管，与外部矩阵电路结合起来，能够实现多个过热电池的探测定位，在简单电路中实现全电池组过热探测。

39、4、由于温度传感器的结构简单、探测方便，可以很好的适用于汽车电池组和大型储能电池组内，低成本实现电池组内过热电池的单颗定位和多颗定位，方便将本专利涉及的传感器和探测方法与其他系统进行联动。