一种定位锂离子电池温度异常区域的方法与流程

本发明属于锂离子电池安全领域，尤其是涉及一种定位锂离子电池温度异常区域的方法。

背景技术：

动力电池是纯电动汽车的核心部件，三元锂电池虽然具有较高的能量密度，但是其在放电过程中存在突出的发热问题，这使它的使用受到了限制。电池的发热会对电池产生一系列不良影响，包括使电池的充放电性能下降，循环寿命降低，容量及一致性水平降低等，进而影响电动汽车的性能及安全性。但是目前对于电池的发热研究还远远不够，包括发热部位的确定、发热行为的分析和优化等。

专利cn109921111a介绍了一种锂离子电池内部温度估测方法及系统。方法包括：获取锂离子电池表面温度，获得当前工作状态下锂离子电池表面温升斜率，表面温升斜率为表面温度变化率，获取锂离子电池的环境温度值，根据锂离子电池表面温度值、表面温升斜率和环境温度值，通过函数得到锂离子电池内部温度值。本发明可以减少对电池性能的影响，降低生产成本。

目前现有的电池热管理技术中，基本采用电池热管理系统bms进行电压、温度等数据的采集。电池管理系统(batterymanagementsystem，bms)的主要任务是保证电池系统的设计性能：1)安全性，保护电池单体或电池组免受损坏，防止出现安全事故；2)耐久性，使电池工作在可靠的安全区域内，延长电池的使用寿命；3)动力性，维持电池工作在满足车辆要求的状态下。但是这种方法只能监测到某串电芯的温度发生异常或者变化，难以确定到具体电芯，更无法确定具体电芯种的具体位置，因此温度异常位置的确定对于科研人员来讲无疑成为热分析领域中的一大难题，也阻碍了电池系统安全性的提升。

目前也有是利用感温线贴在电芯表面进行检测电池温度变化，是测量了电池的表面温度就被当作其核心温度，这种看法是非常不准确的，因为电池表面和电池核心直接的温度可能会相差较大，甚至多达30摄氏度，并且感温线只能检测到电池主题表面上的某一个点的温度，难以给出整块电芯表面的温度，更不能具体给出温度异常的区域。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种定位锂离子电池温度异常区域的方法，本方法能够准确跟踪、检测并保留电芯表面的温度变化，为研发人员分析热行为和热区域提供了新的方法和思路。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种定位锂离子电池温度异常区域的方法，在整块电芯的外部紧密包覆胆甾醇低聚物薄膜，然后按标准工序组装成模组和电池包，当温度发生异常变化时，胆甾醇低聚物薄膜变成液晶态或者变成液体流动，温度异常导致触发报警，通过拆解模组观察电芯表面的胆甾醇低聚物薄膜来判断温度异常的具体区域。

进一步的，所述胆甾醇低聚物薄膜的分子结构式如下：

其中，n＝3～7。

进一步的，所述胆甾醇低聚物薄膜的厚度为2-10mm。

进一步的，在整块电芯的外部紧密包覆胆甾醇低聚物薄膜包括以下步骤：合成胆甾醇低聚物，将胆甾醇低聚物加热到高于达到液态的临界温度，搅拌0.5-1h，将液晶材料涂覆在电芯表面，涂完后静置在室温下固化1-2h。

进一步的，将胆甾醇低聚物加热到的温度为68-80℃。

进一步的，将液晶材料涂覆在电芯表面的方法为浸涂、喷涂或滚涂。

相对于现有技术，本发明所述的定位锂离子电池温度异常区域的方法具有以下有益效果：

(1)开辟了一种新思路，结合胆甾液晶的变化特点，将胆甾相低聚物薄膜应用于电芯安全领域，观察电芯表面的薄膜，便可以直接观察到温度异常点位置，解决了定位温度异常位置的难题，为科研人员探索锂电池热分析领域提供了新的方法；

(2)在不影响电池电化学性能的前提下，能够直接锁定电芯异常温度点的位置区域，比其他专利直接把某点温度当成整体电芯温度更为精确有效，缩小了温度异常位置区域，使得后续需要进行的温度异常原因分析更加有效便捷；

(3)胆甾醇低聚物薄膜灵敏度高，能够快速对温度的变化给出反应，在不损坏的情况下，可以循环重复利用，难以失效，且使用寿命长；

(4)胆甾醇低聚物薄膜处于液态时可以涂覆在任意形状电芯的表面，待温度冷却形成固态薄膜层，不影响电池电化学性能，制备过程较为简单，杂质易除；

(5)胆甾相低聚物薄膜相变的具体温度范围可以根据实际需要具体选择，不受具体材料的规格限制，选择空间大。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为包覆后单体电芯和单体电芯组成模组示意图

图2为n＝3和n＝7的dsc曲线。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例及附图来详细说明本发明。

实施例1

一种定位锂离子电池温度异常区域的方法，该方法为在整块电芯的外部紧密包覆胆甾醇低聚物薄膜，然后按标准工序组装成模组和电池包，当温度发生异常变化时，例如温度高于47℃时，胆甾醇低聚物薄膜发生流动，温度异常导致触发报警，通过拆解模组观察胆甾醇低聚物薄膜的形态和缺失位置，准确跟踪温度异常点的区域。相比较用bms探测某串电芯，或者感温线探测某个电芯的定点位置的温度，定位范围更加准确有效，使得后续需要进行的温度异常原因分析更加有效便捷，例如金属异物分析具体范围，电芯中部最先引发还是电池端侧最先引发等等。

胆甾醇低聚物的合成方法：将3,4,5-三羟基苯甲酸甲酯与1-溴十二烷反应得到3,4,5-三(十二烷)苯甲酸甲酯，然后进行水解，得到3,4,5-三(十二烷)苯甲酸，酸与对苯二酚反应，制备3,4,5-三(十二烷)苯甲酰氧基芳香酚。胆固醇与戊二酸得到单胆固醇酯。然后芳香酚与单胆甾醇酯的反应，合成目标化合物。详见含胆固醇基双液晶基元化合物的合成及性能的研究[d](纵雪楠，天津工业大学，2019)，此处不再赘述，具体合成路线为：

chole-oh+hooc-(ch2)n-cooh→chole-oco-(ch2)n-coohn＝3，4，5，6，7，8

其中，n＝3，i代表甲基3，4，5-三(十二烷)苯甲酸甲酯，ii代表3，4，5-三(十二烷)苯甲酸，iii代表3，4，5-三(十二烷)苯甲酰氧基苯酚。

在整块电芯的外部紧密包覆胆甾醇低聚物薄膜包括以下步骤：合成胆甾醇低聚物，将胆甾醇低聚物加热到47℃时，开始出现破碎的焦锥织构，继续加热，当到达68℃时，样品完全转化为各向同性相。将液晶态的胆甾醇低聚物加热到80℃(高于达到液态的临界温度)，搅拌1h，将液态的胆甾醇低聚物涂覆在电芯表面(液晶材料可以通过浸涂、喷涂、滚涂或者其他涂覆方式)，涂完后静置在室温下固化1-2h。

此低聚物在室温下呈现固态，显无色，当温度达到55-60℃时，低聚物发生相变，由固态融化变成液晶态进而变成液态。将此低聚物制成薄膜，可均匀贴在电芯表面。本发明的低聚物薄膜记忆异常温度的方法能够对锂电池表面温度进行范围锁定，使我们能够根据锁定位置来判断推测电芯温度异常发生的根本原因，然后进行防范、解决。

当温度超过设置的报警温度后，bms后台数据给出异常信号。拆解问题模组，观察异常温度区域，根据胆甾醇低聚物薄膜上薄膜的相变、变形、消失等形貌，便可以轻而易举的判断出模组或者电芯内哪些区域的温度曾达到或者接近于47-68℃之间，哪些区域温度始终处于正常范围内。此种方法，能够直接锁定电芯异常温度点的位置区域，为下一步的原因分析提供了有效的帮助。

胆甾醇低聚物的要求：低聚物分子的相对分子质量介于小分子和高分子之间，室温下呈现无色固态，能够根据温度的变化迅速发生变化，相变区间47-68℃，温度范围可以更窄，当温度发生变化到达47-68℃，液晶膜的状态会随着电池的温度进行变化，由固态转变为液晶态进而变成液态。液晶其合成过程较为简单，杂质易除，实验过程中产生的杂质可利用蒸馏、重结晶等简单的方法除去，除去过程可参考详见含胆固醇基双液晶基元化合物的合成及性能的研究[d](纵雪楠，天津工业大学,2019)收率较高。此外，胆甾醇低聚物薄膜使用寿命较长，在不损坏的情况下，可以循环重复利用，难以失效。

所述胆甾醇低聚物薄膜的厚度为2-10mm，过薄可能会导致包覆不完整，对后续更加薄膜损坏区域定位温度异常点产生影响，引起误差；过厚可能会导致温度传导较慢，薄膜相变速度减慢甚至不发生相变的情况。

实施例2

与实施例1不同之处在于：n＝7，胆甾醇低聚物薄膜的第一个转变温度是48.2℃，第二个转变温度是59.3℃，即表示当温度达到48.2℃，固态开始转变为液晶态，达到59.3℃，液晶态转变为液态，因此同样可以应用到电池的异常温度点的判断上。

图2为n＝3(ch3)和n＝7(ch7)的dsc曲线，由差示扫描量热法(dsc)数据可以看出，胆甾醇低聚物ch3和ch7的温度转变点。

本发明在不影响电池电化学性能的前提下，能够直接锁定电芯异常温度点的位置区域，为下一步的原因分析提供了有效的帮助。

胆甾相低聚物薄膜具体温度范围可以根据实际需要具体选择，不受具体材料的规格限制，选择空间大。具体地，可以以胆固醇为基础，通过相似的合成方法合成不同链长(链长是指合成的胆甾醇低聚物的柔性链长短，在本文中表现是n数值的大小，n数值越大，代表链长越长，n数值越小，代表链长越短)的低聚物，只要这种低聚物具有随着温度变化而发生固态-液晶态-液态等一系列变化，那么选择合适且可以和bms报警温度匹配的温度范围，就可以应用到电池的异常温度点的判断上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。