一种锂电池热失控监测告警传感装置的制作方法

本发明涉及新能源安全技术领域，尤其涉及一种锂电池热失控监测告警传感装置。

背景技术：

随着节能减排，降低能源依赖逐渐成为国际汽车工业和环保工业的发展趋势，新能源汽车作为发展可替代能源和建设可持续发展的低碳社会受到世界各国的高度重视，我国政府也已正式将新能源汽车列入七大战略性产业之一。中国已经成为世界第一大汽车生产国和消费国，预计到2030年中国汽车中乘用车保有量将会达到2.5亿辆。但是由于电池自身生产、制造工艺存在缺陷，同时锂电池滥用现象严重，导致锂电池燃烧、爆炸的事故时有发生，仅2019年一年就发生了50多起事故，严重危及了人民大众的生命、财产安全，造成了恶劣的社会影响。在这样的背景下，市场上涌现了不同厂家的分立式动力锂离子电池箱热失控监测告警装置，但是性能参差不齐，缺少相应的标准来评判。

现有锂电池热失控通常采用温度监控，通常是通过设定温度阈值预警热失控事件，仅通过温度阈值为判断热失控依据，其准确性依赖于温度传感器安装的位置和环境，很难快速准确对热失控进行可靠的早期预警，仅利用固定阈值进行判断往往会受到环境因素的影响而发生误判或漏判。对于目前电动汽车内由成百上千支电池组成的动力电池箱而言，现有多传感器监测系统的经济性和适用性差，只能针对特定种类电池和特定的实验室环境预警热失控的发生，针对不同的车载锂电池应用环境，在实际应用中会受到环境因素的影响而发生误判或漏判。

技术实现要素：

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种锂电池热失控监测告警传感装置。

本发明提出的一种锂电池热失控监测告警传感装置，包括：安装盘、传感器元件；

安装盘上设有安装位，传感器元件安装在所述安装位上，传感器元件与安装盘之间填充有缓冲材料，所述缓冲材料表面设有金属化部，安装盘底部设有缓冲层。

优选地，所述安装位上设有安装槽，传感器元件位于所述安装槽内，缓冲材料填充在传感器元件与所述安装槽侧壁之间。

优选地，还包括微控制器芯片，微控制器芯片安装在所述安装位上，传感器元件集成在微控制器芯片上。

优选地，还包括传感器支撑件，传感器支撑件位于所述安装位上，微控制器芯片安装在传感器支撑件上。

优选地，传感器元件包括气压传感器。

优选地，传感器元件包括一氧化碳传感器、voc传感器和温度传感器中的一个或多个。

优选地，传感器元件包括气压传感器、一氧化碳传感器、voc传感器和温度传感器；

在第一工作模式下，一氧化碳传感器、气压传感器单元以及温度传感器处于睡眠模式，当voc传感器检测到的voc浓度突然发生变化并且该检测浓度达到第一预设告警阈值，此时发出一级告警，并切换至第二工作模式；

在第二工作模式下，voc传感器单元继续工作，同时气压传感器和一氧化碳传感器工作，当这气压传感器和一氧化碳传感器的检测值未达到第二预设告警阈值时，气压传感器和一氧化碳传感器恢复睡眠模式，切换回第一工作模式，如果二者均达到第二预设告警阈值时，发出二级告警，并且切换至第三工作模式；

在第三工作模式下，电池箱内环境温度值连续变化率和温度绝对值均超过第三预设阈值，则发出三级告警。

优选地，还包括传感器外壳，安装盘封装在传感器外壳内部，传感器外壳上设有散热孔。

本发明中，所提出的锂电池热失控监测告警传感装置，安装盘上设有安装位，传感器元件安装在所述安装位上，传感器元件与安装盘之间填充有缓冲材料，所述缓冲材料表面设有金属化部，安装盘底部设有缓冲层。通过上述优化设计的锂电池热失控监测告警传感装置，通过将传感器元件的多个传感器集成在安装盘上，便于实现用于车载环境锂电池的传感装置的标准化生产，使得传感器具有在车载环境中用于锂电池监控时高集成度和高稳定度，能够对锂电池热失控的早期检测告警，满足动力锂电池箱及ups备用电源等设备的热失控监测告警要求。

附图说明

图1为本发明提出的一种锂电池热失控监测告警传感装置的结构示意图。

图2为传感器在传感器支撑件上一种布置框架结构图。

图3为传感器在传感器支撑件上另一种布置框架结构图。

图4为本发明提出的一种锂电池热失控监测告警传感装置的外壳封装示意图。

图5为本发明提出的一种锂电池热失控监测告警传感装置的传感器单元一种原理框图。

图6为本发明提出的一种锂电池热失控监测告警传感装置的传感器单元另一种原理框图。

具体实施方式

如图1至6所示，图1为本发明提出的一种锂电池热失控监测告警传感装置的结构示意图，图2为传感器在传感器支撑件上一种布置框架结构图，图3为传感器在传感器支撑件上另一种布置框架结构图，图4为本发明提出的一种锂电池热失控监测告警传感装置的外壳封装示意图，图5为本发明提出的一种锂电池热失控监测告警传感装置的传感器单元一种原理框图，图6为本发明提出的一种锂电池热失控监测告警传感装置的传感器单元另一种原理框图。

参照图1，本发明提出的一种锂电池热失控监测告警传感装置，包括：安装盘1、传感器元件2；

安装盘1上设有安装位，传感器元件2安装在所述安装位上，传感器元件2与安装盘1之间填充有缓冲材料3，所述缓冲材料3表面设有金属化部4，安装盘1底部设有缓冲层5。

本实施例的锂电池热失控监测告警传感装置，传感器元件通过安装盘集成安装，通过缓冲材料和缓冲层的设计保证在车辆行驶环境中对锂电池稳定的热失控检测，避免传感器元件受到环境因素的影响而发生误判或漏判；在实际工作中，该告警传感装置可以被集成到动力锂电池箱内和ups电源内的bms上，或者单独制作成采集电路模块以串口的方式向外发出告警信息。

在本实施例中，所提出的锂电池热失控监测告警传感装置，安装盘上设有安装位，传感器元件安装在所述安装位上，传感器元件与安装盘之间填充有缓冲材料，所述缓冲材料表面设有金属化部，安装盘底部设有缓冲层。通过上述优化设计的锂电池热失控监测告警传感装置，通过将传感器元件的多个传感器集成在安装盘上，便于实现用于车载环境锂电池的传感装置的标准化生产，使得传感器具有在车载环境中用于锂电池监控时高集成度和高稳定度，能够对锂电池热失控的早期检测告警，满足动力锂电池箱及ups备用电源等设备的热失控监测告警要求。

在安装盘的具体实施方式中，所述安装位上设有安装槽，传感器元件2位于所述安装槽内，缓冲材料3填充在传感器元件2与所述安装槽侧壁之间，缓冲材料填充在传感器元件周围，进一步减小车辆行驶中传感器元件与安装盘之间的相对晃动，提高传感器元件工作的稳定性。

参照图2和3，在传感器元件的具体设计方式中，本实施例还包括微控制器芯片6，微控制器芯片6安装在所述安装位上，传感器元件2集成在微控制器芯片6上，传感器元件和微控制芯片共同形成片上系统，实现多个传感器的集成和控制。

在实际设计方式中，微控制器芯片可以采用超低功耗设计，具备多种工作模式，通过低功耗控制管脚、中断输入管脚以及相应的寄存器配置可以实现微控制器芯片工作在超低功耗模式下。此外，传感器元件也可具备在线烧录程序的功能，传感器出厂前可在产线上将动力锂电池热失控监测告警程序烧录进片上存储器单元，也可以在出厂后通过微控制器芯片的串口通信管脚烧录更新版的程序进入片上存储器单元或进行相关的参数配置，其中串口通信包含i2c、spi、rs-232以及can模式。

在进一步设计方式中，传感器元件还可以具备编码功能，在批量动力锂电池箱的应用场景中，该功能可以实现封闭动力锂离子电池箱内热失控监测告警传感器的快速自动编码，准确定位发生异常动力锂电池箱的位置，同时减少了生产线上查找动力锂电池箱对应编码的繁琐工作。此外，片上存储器单元内可以进一步存储有动力锂电池热失控告警算法以及传感器校准算法。

在传感器元件中的传感器选择中，传感器元件2包括气压传感器，锂离子电池在热失控初期安全阀打开后，会释放出多种气体，考虑到电池箱内复杂的结构布局对气体流动造成的延缓效应，通过采用气压传感器能够弥补这种延迟。一旦锂离子电池安全阀打开，释放出来的气体会通过分子间的作用力，快速将压力信息传递到电池箱的每个角落，使得电池箱内的平均气压瞬间提升约10kpa。由于，气压传感器要快于气体传感器的响应速度，提升了锂离子电池热失控的告警速度，特别对易热失控和剧烈热失控的三元等电池来说，极为重要。

参照图5和6，在传感器元件的其他具体选择方式中，传感器元件2还可以包括一氧化碳传感器、voc传感器和温度传感器中的一个或多个。

一氧化碳传感器用于检测锂离子电池箱安全阀打开后释放出来的一氧化碳，常规情况下，电池箱内的一氧化碳背景浓度基本在10ppm以下，锂离子电池安全阀一旦打开，一氧化碳气体浓度会瞬间提高到1000多ppm。同时，一氧化碳传感器也是电池箱内检测因电气连接故障造成电气火灾的重要手段。在实际使用过程中，一氧化碳传感器和气压传感器可以复合判定，从而提高监测可靠性和准确度。

此外，锂离子电池由于生产工艺以及在车载应用过程中经历的振动冲击较多，存在电解液的泄露隐患，针对该问题，voc传感器可以检测到电池箱内的电解液挥发气体浓度，通过片上单片机设定绝对阈值设定和浓度的变化斜率，可以向外部发出电解液泄露告警。

温度传感器用于检测电池箱内的环境气体温度，被用在锂离子电池完全热失控状态下的检测。该特征检测用于排除锂离子电池在安全阀打开释放出一定量气体后，停止继续热失控的情况。借助温度传感器可以明确锂离子电池热失控的状态。

在本实施例的检测预警装置的具体工作方式中，传感器元件2包括气压传感器、一氧化碳传感器、voc传感器和温度传感器；

在第一工作模式下，一氧化碳传感器、气压传感器单元以及温度传感器处于睡眠模式，当voc传感器检测到的voc浓度突然发生变化并且该检测浓度达到第一预设告警阈值，此时发出一级告警，并切换至第二工作模式；

在第二工作模式下，voc传感器单元继续工作，同时气压传感器和一氧化碳传感器工作，当这气压传感器和一氧化碳传感器的检测值未达到第二预设告警阈值时，气压传感器和一氧化碳传感器恢复睡眠模式，切换回第一工作模式，如果二者均达到第二预设告警阈值时，发出二级告警，并且切换至第三工作模式；

在第三工作模式下，电池箱内环境温度值连续变化率和温度绝对值均超过第三预设阈值，则发出三级告警。

在传感器元件的结构安装中，本实施例还包括传感器支撑件7，传感器支撑件7位于所述安装位上，微控制器芯片6安装在传感器支撑件7上。传感器元件的封装方式可以采用单列双排的方式也可以采用四周排列方式。

参照图4，在具体封装过程中，安装盘1封装在传感器外壳8内部，传感器外壳8上设有散热孔，保障传感器单元工作在最佳温度点，避免传感器散热不良或者导热过快造成的传感器单元性能异常。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。