智能化锂电池壳体和新能源汽车电池包的制作方法

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，本发明涉及智能化锂电池壳体和新能源汽车电池包。

背景技术：

现有的汽车安全系统主要是反应性系统(例如安全气囊、安全带等)，只有在事故发生之后才会开始部署或激活，所能提供的安全性保障有限。而对于新能源汽车，其电池包的防护，特别是电池外壳的防护，仅仅能起到防水、防止外界直接碰撞的作用，无法有效地保障电池包中电芯等设备的安全。

因而，现有的电池壳体仍有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出智能化锂电池壳体和新能源汽车电池包。该智能化锂电池壳体可通过设于其外表面的传感器层和执行层主动响应刺激，从而为设置于壳体内部的电芯等组件以及车辆整体提供主动安全保障。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种智能化锂电池壳体。根据本发明的实施例，该智能化锂电池壳体包括：壳体本体；执行层，所述执行层设在所述壳体本体上；传感器层，所述传感器层设在所述执行层远离所述壳体本体的一侧；控制模块，所述控制模块设在所述执行层与所述传感器层之间；其中，所述传感器层适于检测获得刺激信号，所述控制模块适于将所述刺激信号转化为所述执行层可识别的执行信号，所述执行层适于根据所述执行信号做出响应。

由此，根据本发明实施例的智能化锂电池壳体可通过传感器层主动获得刺激信号，并利用控制模块将刺激信号转化为执行信号，进而执行层可瞬间对该执行信号做出响应，为设置于壳体内部的电芯等组件以及车辆整体提供主动安全保障。

另外，根据本发明上述实施例的智能化锂电池壳体还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述传感器层包括图像传感器、音频传感器、运动传感器、压力传感器和温度传感器中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述传感器层包括热敏材料、光敏材料和压敏材料中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述热敏材料为热敏显色材料。

在本发明的一些实施例中，所述热敏显色材料包括发色剂、显色剂和显色助剂。

在本发明的一些实施例中，所述光敏材料为光敏性聚合物。

在本发明的一些实施例中，所述光敏性聚合物由甲基丙烯酸羟乙酯、N,N-二甲氨基乙酯和香豆素丙烯酸酯化物聚合而成。

在本发明的一些实施例中，所述压敏材料为钛类复合压敏材料。

在本发明的一些实施例中，所述执行层包括掺杂二氧化钛材料和掺杂二氧化锆材料中的至少之一。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种新能源汽车电池包。根据本发明的实施例，该新能源汽车电池包包括：上述实施例的智能化锂电池壳体；以及锂电池，所述电池设在所述智能化锂电池壳体内。由此，该新能源汽车电池包可以具有前文针对智能化锂电池壳体所描述的全部特征和优点。在此不再一一赘述。总得来说，该新能源汽车电池包具有优秀的安全性和可靠性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的智能化锂电池壳体的结构示意图。

附图标记：

100：壳体本体；

200：执行层；

300：传感器层；

400：控制模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种智能化锂电池壳体。根据本发明的实施例，参考图1，该智能化锂电池壳体包括：壳体本体100、执行层200、传感器层300和控制模块400。其中，执行层200设在壳体本体100上；传感器层300设在执行层200远离壳体本体100的一侧；控制模块400设在执行层200与传感器层300之间；传感器层适于检测获得刺激信号，所述控制模块适于将所述刺激信号转化为所述执行层可识别的执行信号，所述执行层适于根据所述执行信号做出响应。

由此，根据本发明实施例的智能化锂电池壳体可通过传感器层主动获得刺激信号，并利用控制模块将刺激信号转化为执行信号，进而执行层可瞬间对该执行信号做出响应，为设置于壳体内部的电芯等组件以及车辆整体提供主动安全保障。

下面进一步对根据本发明实施例的智能化锂电池壳体进行详细描述。

根据本发明的一些实施例，上述壳体本体的具体种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。也即是说，本发明在智能化锂电池壳体本体外部设置执行层、传感器层和控制模块的技术方案，对于壳体本体的具体种类没有限制，例如可以应用于现有的传统锂电池壳体。通过采用本发明的技术方案，在传统锂电池壳体外部执行层、传感器层和控制模块，即可实现传统锂电池壳体的智能化，赋予传统锂电池壳体主动安全功能。

根据本发明的一些实施例，上述传感器层可以包括图像传感器、音频传感器、运动传感器、压力传感器和温度传感器中的至少之一。由此，传感器层包括多种适于监控电池包的传感器，可以获得更佳的监控途径和传感灵敏度，检测得到多种不同类型的刺激信号。具体的，图像传感器(也称为视觉传感器)可以监控外部是否有异物打击、黏连或碰撞锂电池壳体，锂电池壳体是否发生冒烟、起火等现象，锂电池壳体是否受损(例如出现壳体变形、凹陷、凸起等现象)，并将以上异常情况作为刺激信号传送至控制模块进行处理。音频传感器可以监控锂电池壳体外部或周围是否发出异常的声音，例如“滋滋”的燃烧声、“嘭嘭”的撞击声、“斯斯”的断裂声等，并将以上异常情况作为刺激信号传送至控制模块进行处理。运动传感器可以监控锂电池壳体是否发生倾斜、偏置、不符合车辆行驶过程中常态的晃动和重心变化等现象，并将以上异常情况作为刺激信号传送至控制模块进行处理。压力传感器可以监控锂电池壳体的内压和外压，内压主要是锂电池壳体内部的气压(例如爆炸产生的高强气压)，外压主要是外界异物挤压产生的压力变化，压力传感器可以将以上异常压力变化作为刺激信号传送至控制模块。温度传感器可以监控锂电池壳体内部和外部的温度变化，并将异常情况作为刺激信号传送至控制模块进行处理。

根据本发明的实施例，上述图像传感器、音频传感器、运动传感器、压力传感器和温度传感器的具体种类并不受特别限制，只要能够实现如上所述的功能即可，可以采用成熟的商品化产品。

根据本发明的一些实施例，传感器层可以包括热敏材料、光敏材料和压敏材料中的至少之一。由此，可以利用上述材料中的至少之一作为传感器层中的图像传感器、音频传感器、运动传感器、压力传感器或温度传感器，以实现传感器层获取刺激信号的功能。根据本发明的具体示例，包括上述材料的传感器层可以通过将材料喷涂或涂抹到执行层表面的方式形成。

根据本发明的一些实施例，上述热敏材料可以为热敏显色材料。由此，含有热敏材料的传感器层在感受到温度变化时可以发生颜色变化，并将温度变化和颜色变化共同传送至控制模块进行处理。上述热敏显色材料的具体种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本发明的一些实施例，热敏显色材料包括发色剂、显色剂和显色助剂。具体的，发色剂可以包括选自结晶紫内酯、3-二乙氨基-7,8-苯基荧烷、3-氯-6-苯氨基荧烷和3,3,3-三(对二甲氨基苯基)酞中的至少之一。显色剂可以包括选自双酚A、双酚F、对羟基苯乙酸苯乙酯和1,5-双羟基萘中的至少之。显色助剂可以采用十二烷基苯磺酸钠等常见显色助剂。由此，上述热敏显色材料可以在锂电池壳体及其周围环境发生异常温度变化时发生颜色变化，获得刺激信号。

根据本发明的一些实施例，上述光敏材料可以为光敏性聚合物。光敏性聚合物可以在锂电池壳体及其周围环境发生起火、冒烟等异常情况时，在光催化作用下发生自组装而发生物理/化学变化，从而获得刺激信号。根据本发明的一些实施例，光敏性聚合物可以由甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、N,N-二甲氨基乙酯(DMA)和香豆素丙烯酸酯化物(CA)聚合而成。HEMA、DMA和CA聚合而成的光敏性聚合物称为P(HEMA-r-DMA-r-CA)，该光敏性聚合物在光催化下可以形成纳米涂层，从而获得更高的表面硬度，该变化可以作为刺激信号传送至控制模块中进行处理。

根据本发明的实施例，上述压敏材料的具体种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择本领域常见的聚合物压力传感器。根据本发明的一些实施例，上述压敏材料可以为钛类复合压敏材料。这类压敏材料对压力的敏感性更高，作为压力传感器的效果更佳。

根据本发明的实施例，控制模块适于将如上所述的刺激信号转化为执行层可识别的执行信号，以便使执行层瞬时做出响应，为设置于锂电池壳体内部的电芯等组件以及车辆整体提供主动安全保障。具体的，控制模块可以包括适于识别处理上述刺激信号的芯片和计算设备，芯片可以根据刺激信号识别出电池包即将受到的干扰，然后与计算设备进行通信，计算设备可确定感知数据的大小，最终在瞬间激活外部刺激。需要说明的是，这里的术语“数据”应做广义理解，可以包含上述传感器层获得的各种参数值。进一步地，通过传感器层的即时传感，控制模块至少可以预测碰撞(例如车祸、车辆底盘磕碰、外物撞击等)发生时的粒度并且做出受控反应，或者预测车辆自燃(已经燃烧、即将开始燃烧等情况)发生的关键时间点并且做出受控反应。

进一步地，激活外部刺激后，执行层根据控制模块输出的执行信号做出响应。

根据本发明的实施例，执行层优选采用可逆性好的纳米材料形成。根据本发明的一些实施例，执行层包括掺杂二氧化钛材料和掺杂二氧化锆材料中的至少之一，例如氮掺杂二氧化钛、氧化钇掺杂氧化锆、二氧化钛掺杂氧化锆等本领域技术人员熟知的高可逆性纳米材料。一方面，这类材料中的纳米粒子可以在迅速地从受冲击源扩散，避免形成应力集中，从而实现减振功能；另一方面，这类材料中的纳米粒子可以用于调节电池包内部的温度，实现调温功能，并在电池包内发生燃烧等异常温升的情况下，自行凝结成分子间作用力极强的稳定物质，实现阻燃功能。

对于上述减振功能，执行层可以将外界撞击的动能即时转移和传递给其它设备，转移方式可包括通过电池包所在底盘的连接件进行传递，执行层中纳米粒子的高速运动机制可使其迅速地从受冲击源向周围扩散，避免形成应力集中，防止锂电池壳体的形变。另外，在一些实施例中，受控响应会在严重碰撞发生后可以关闭发动机，让车辆停下。同时，执行层可以与控制模块和传感器层之间互相进行通信，从而能够收集碰撞实时数据，并向医疗团队或车辆制造商报告。

对于上述调温功能，执行层可以迅速将电池包内部温度调节至电池包的正常工作运行稳定，即可实现对电池包迅速升温或降温。具体的，执行层中的纳米粒子可以通过吸收车辆行驶过程中产生的残余热量和动能而膨胀，当传感器层感知外界温度骤的刺激信号时，控制模块可输出令纳米粒子释放能量的执行信号，以便保持电池包内部温度处于正常工作范围；而当传感器层感知外界温度升高时，执行层中的纳米粒子可相应地吸收能量。由此，可以有效解决新能源汽车因电池包温度过低而无法正常启动、工作等问题。

对于上述阻燃功能，当电池包内部发生燃烧时，执行层中的纳米粒子升高至一定温度后，可自行凝结成分子间作用力极强的稳定物质，以便将电池包内部与外界隔绝，保证电池包燃烧后不会引发其他车辆组件的二次燃烧，有效保护车辆安全。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种新能源汽车电池包。根据本发明的实施例，该新能源汽车电池包包括：上述实施例的智能化锂电池壳体；以及锂电池，所述电池设在所述智能化锂电池壳体内。由此，该新能源汽车电池包可以具有前文针对智能化锂电池壳体所描述的全部特征和优点。在此不再一一赘述。总得来说，该新能源汽车电池包具有优秀的安全性和可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。