单体电池和电池模组的制作方法

本发明涉及电池检测技术领域，尤其涉及一种单体电池和电池模组。

背景技术：

电池模组通常由多个单体电池连接而成，由于制备工艺和材料一致性等因素，在经过一定时间的充放电循环或激烈的运行工况后，电池模组中的各个电池单体之间的不一致性问题会被逐步放大，从而容易触发单体电池内部的膨胀、热失控等反应。

目前常用的电池检测系统通常是在电池模组两端外接相应的检测设备，并分别对电池模组整体的各项运行参数进行检测。然而，电池模组整体的各项运行参数无法体现单体电池的运行状态，容易出现由于单体电池内部的膨胀、热失控等反应导致的安全隐患。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种单体电池和电池模组，以解决容易出现由于单体电池内部的膨胀、热失控等反应导致的安全隐患的问题。

本发明实施例提供了一种单体电池，包括：电池本体以及与所述电池本体连接的检测组件，所述检测组件包括：

供电组件，所述供电组件用于提供电能；

纳米传感器，所述纳米传感器与所述供电组件电连接，用于检测所述电池本体的目标检测数据；

无线通信模块，，所述无线通信模块由所述供电组件提供电能，所述无线通信模块用于接收所述纳米传感器的所述目标检测数据，且所述无线通信模块可与外部的通信设备通信连接，用于将所述纳米传感器检测到的所述目标检测数据输出至所述通信设备。

可选地，所述纳米传感器包括至少以下一个：

第一纳米传感器，所述第一纳米传感器用于检测所述电池本体内的温度；

第二纳米传感器，所述第二纳米传感器用于检测所述电池本体内的应力；

第三纳米传感器，所述第三纳米传感器用于检测所述电池本体内的气体。

可选地，所述供电组件包括整流电路和纳米发电机，所述整流电路的交流输入端与所述纳米发电机电连接，所述整流电路的直流输出端分别与所述纳米传感器和所述无线通信模块电连接。

可选地，所述供电组件包括整流电路、压电材料涂层和/或热电材料涂层，所述整流电路的交流输入端与所述压电材料涂层和/或热电材料涂层电连接，所述整流电路的直流输出端分别与所述纳米传感器的电源端和所述无线通信模块的电源端电连接；所述压电材料涂层和/或热电材料涂层位于所述纳米传感器的外表面；其中，所述压电材料用于将机械能转化为电能，所述热电材料用于将热能转化为电能。

可选地，所述供电组件还包括纳米储能器，所述纳米储能器一端与所述整流电路的直流输出端电连接，另一端分别与所述纳米传感器和所述无线通信模块电连接。

可选地，所述检测组件还包括信号转换模块,所述信号转化模块与所述供电组件电连接，所述信号转换模块一端与所述纳米传感器电连接；另一端与所述无线通信模块电连接，所述信号转换模块用于将所述纳米传感器的模拟信号转换为数字信号。

可选地，所述检测组件还包括柔性电路板，所述供电组件、纳米传感器和无线通信模块均设置在所述柔性电路板上。

可选地，所述柔性电路板的外表面设有防腐蚀涂层。

可选地，所述检测组件位于所述电池本体内。

本发明实施例还提供了一种电池模组，包括上述的单体电池。

在本发明实施例中，所述单体电池包括电池本体以及与所述电池本体连接的检测组件，通过所述检测组件可以对电池本体进行实时检测并得到所述目标检测数据，从而工作人员可以通过所述目标检测数据对单体电池的运行状态进行监控，可以所述单体电池出现故障时及时发现并相应的进行处理，从而避免了所述单体电池的故障进一步扩大，进而降低了出现由于单体电池内部的膨胀、热失控等反应导致的安全隐患的情况发生的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明实施例提供的单体电池的剖面示意图；

图2是本发明实施例提供的单体电池的检测组件的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的单体电池的检测组件的结构示意图；

图4是本发明另一实施例提供的单体电池的检测组件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

如图1-图4所示，本发明实施例提供了一种单体电池，包括：电池本体10以及与所述电池本体10连接的检测组件20，所述检测组件20包括：

供电组件201，所述供电组件201用于提供电能；

纳米传感器202，所述纳米传感器202与所述供电组件201电连接，用于检测所述电池本体10的目标检测数据；

无线通信模块203，所述无线通信模块203由所述供电组件201提供电能，所述无线通信模块203用于接收所述纳米传感器202的所述目标检测数据，且所述无线通信模块203可与外部的通信设备通信连接，用于将所述纳米传感器202检测到的所述目标检测数据输出至所述通信设备。

应理解的是，所述单体电池的结构在此不做限定。例如，在一实施例中，所述单体电池为叠片式电池。在另一实施例中，所述单体电池为卷绕式电池。

应理解的是，所述检测组件20与所述电池本体10连接指的是，所述检测组件20可以直接地或间接地检测到所述电池本体10的运行参数，所述检测组件20与所述电池本体10的连接方式在此不做限定。例如，在一实施例中，所述检测组件20位于所述电池本体10内。在另一实施例中，所述检测组件20与所述电池本体10的外表面连接。

应理解的是，所述供电组件201用于向所述纳米传感器202和所述无线通信模块203供电。其中，所述供电组件201的结构在此不做限定。例如，在一实施例中，所述供电组件201可为外部独立电源。在另一实施例中，所述供电组件201为发电组件，所述发电组件可通过能量转换产生电能。

应理解的是，所述纳米传感器202用于检测所述电池本体10的目标检测数据，其中，所述目标检测数据的种类在此不做限定，例如，所述目标检测数据包括温度、应力、气体等。在实际应用中，不同种类的所述目标检测数据通常使用不同种类的纳米传感器202进行测量，因此根据所述目标检测数据的种类和数量的不同，对应的所述纳米传感器202的种类和数量也不同。

更进一步地，在所述纳米传感器202的数量为多个的情况下，在一实施例中，多个所述纳米传感器202均与所述无线通信模块203电连接；在另一实施例中，所述无线通信模块203的数量为多个，任一个所述纳米传感器202与对应的所述无线通信模块203电连接。

应理解的是，所述纳米传感器202与所述供电组件201电连接指的是，所述纳米传感器202与所述供电组件201之间通过可导电的线路连接或所述纳米传感器202与所述供电组件201集成在一个电路板中，以使所述供电组件201向所述纳米传感器202供电。所述无线通信模块203与所述供电组件201电连接指的是，所述无线通信模块203与所述供电组件201之间通过可导电的线路连接或所述无线通信模块203与所述供电组件201集成在一个电路板中，以使所述供电组件201向所述无线通信模块203供电。所述无线通信模块203与所述纳米传感器202电连接指的是，所述无线通信模块203与所述纳米传感器202之间通过实体连接线构建成多个信息传输路径进行连接或所述无线通信模块203与所述纳米传感器202集成在一个电路板中，以使所述纳米传感器202中的电信号可以传递至所述无线通信模块203中。

应理解的是，外部的通信设备用于接受并处理所述无线通信模块203输出的所述目标检测数据，所述外部的通信设备的具体结构在此不做限定。其中，所述无线通信模块203可与外部的通信设备通信连接指的是，所述无线模块与所述外部的通信设备之间存在信号的传输交互，所述通信连接包括有线通信连接和无线通信连接。

本实施例提供的所述单体电池在实际使用中的工作原理如下：所述供电组件201为所述纳米传感器202和所述无线通信模块203供电，使得所述纳米传感器202和所述无线通信模块203处于工作状态。所述纳米传感器202可以对电池本体10运行时的对应的参数进行检测，并得到所述目标检测数据。所述无线通信模块203接收到所述纳米传感器202传输的所述目标检测数据，并将所述目标检测数据输出至外部的通信设备，因此工作人员根据外部的通信设备收集的数据，对单体电池的运行状态进行实时监控。当所述单体电池的所述目标检测数据出现异常时，可以及时发现所述单体电池的故障并采取对应的措施，从而降低了出现由于单体电池内部的膨胀、热失控等反应导致的安全隐患的情况发生的概率。

在本实施例中，所述单体电池包括电池本体10以及与所述电池本体10连接的检测组件20，通过所述检测组件20可以对电池本体10进行实时检测并得到所述目标检测数据，从而工作人员可以通过所述目标检测数据对单体电池的运行状态进行监控，可以所述单体电池出现故障时及时发现并相应的进行处理，从而避免了所述单体电池的故障进一步扩大，进而降低了出现由于单体电池内部的膨胀、热失控等反应导致的安全隐患的情况发生的概率。

可选地，所述纳米传感器202包括至少以下一个：

第一纳米传感器202，所述第一纳米传感器202用于检测所述电池本体10内的温度；

第二纳米传感器202，所述第二纳米传感器202用于检测所述电池本体10内的应力；

第三纳米传感器202，所述第三纳米传感器202用于检测所述电池本体10内的气体。

在所述纳米传感器202包括所述第一纳米传感器202的情况下，所述第一纳米传感器202可以对所述电池本体10内的温度进行测量，从而实时地监控所述电池本体10内的温度变化。

应理解的是，所述第一纳米传感器202的结构在此不做限定。例如，在一实施例中，所述第一纳米传感器202为热电偶式温度传感器。在另一实施例中，所述第一纳米传感器202为电阻式温度传感器。在又一实施例中，所述第一纳米传感器202为数字式温度传感器。

在所述纳米传感器202包括所述第二纳米传感器202的情况下，所述第二纳米传感器202可以对所述电池本体10内的应力进行测量，从而可以实时地监控所述电池本体10各处的形变情况。

应理解的是，所述第二纳米传感器202的结构在此不做限定。例如，在一实施例中，所述第二纳米传感器202为压阻式应力传感器。在另一实施例中，所述第二纳米传感器202为电容式应力传感器。在又一实施例中，所述第二纳米传感器202为压电式应力传感器。在又一实施例中，所述第二纳米传感器202为摩擦式应力传感器。

在所述纳米传感器202包括所述第三纳米传感器202的情况下，所述第三纳米传感器202可以对所述电池本体10内的气体进行测量，从而可以实时地监控所述电池本体10内产生的气体的种类和/或容量变化。

应理解的是，所述第三纳米传感器202的结构在此不做限定。例如，在一实施例中，所述第三纳米传感器202为基于金属氧化物半导体纳米颗粒的纳米气敏传感器。在另一实施例中，所述第三纳米传感器202为基于碳纳米管的纳米气敏传感器。在又一实施例中，所述第三纳米传感器202为非电阻式纳米气敏传感器。

应理解的是，在实际使用中，液态锂电池中的隔膜、电解液等有机物、凝胶聚合物电解质、聚合物固态电池中的聚合物固态电解质等在发生副反应时，会通过热分解释放出气体，释放出的气体极易被引燃产生明火。同时由电池本体10内气体的产生会引起电芯膨胀，进而引起电池结构形变。

在本实施例中，所述纳米传感器202包括第一纳米传感器202、第二纳米传感器202和第三纳米传感器202中至少一个，因此所述纳米传感器202可以对电池内的温度、压力和气体参数同时进行检测，从而可以多方位地监控所述电池本体10的运行参数，从而更精准地监控所述电池本体10的运行状态，及时发现所述电池本体10内的故障，进而降低了出现由于单体电池内部的膨胀、热失控等反应导致的安全隐患的情况发生的概率。

可选地，所述供电组件201包括整流电路和纳米发电机，所述整流电路的交流输入端与所述纳米发电机电连接，所述整流电路的直流输出端分别与所述纳米传感器202和所述无线通信模块203电连接。

应理解的是，所述整流电路用于将交流电能转换为直流电能的电路，所述整流电路具体的结构在此不做限定。

应理解的是，所述纳米发电机用于在纳米范围内将机械能和/或热能转化成电能，其中所述纳米发电机产生的电能通常为交流电的形式。所述纳米发电机的结构在此不做限定。例如，在一实施例中，所述纳米发电机为热电释纳米发电机。在另一实施例中，所述纳米发电机为压电式纳米发电机。在又一实施例中，所述纳米发电机为摩擦式纳米发电机。

本实施例提供的所述单体电池处于搁置状态或循环状态时会产生机械能和热能，所述纳米发电机可以将所述电池本体10内部的机械能和热量转化为电能。由于所述纳米发电机产生的电能为交流电的形式，因此需要通过所述整流电路整流转换为直流电的形式，从而实现向所述纳米传感器202和所述无线传输模块供电。

在本实施例中，所述纳米发电机和所述整流电路可以直接利用所述电池本体10产生的机械能和/或热能向所述纳米传感器202和所述无线传输模块供电，通过回收利用所述电池本体10产生的机械能和/或热能，不仅可以减小此部分机械能和/或热能对所述电池本体10的影响，同时也起到了节能的效果。

可选地，所述供电组件201包括整流电路、压电材料涂层和/或热电材料涂层，所述整流电路的交流输入端与所述压电材料涂层和/或热电材料涂层电连接，所述整流电路的直流输出端分别与所述纳米传感器202的电源端和所述无线通信模块203的电源端电连接；所述压电材料涂层和/或热电材料涂层位于所述纳米传感器202的外表面；其中，所述压电材料用于将机械能转化为电能，所述热电材料用于将热能转化为电能。

应理解的是，所述整流电路用于将交流电能转换为直流电能的电路，所述整流电路具体的结构在此不做限定。

在所述供电组件201包括所述压电材料涂层的情况下，所述压电材料涂层用于将机械能转化为电能，其中所述压电材料涂层产生的电能通常为交流电的形式。所述压电材料涂层的厚度、面积及设置位置在此不做限定。例如，在一实施例中，所述压电材料涂层涂覆在所述纳米传感器202的外表面。在另一实施例中，所述压电材料涂层涂覆在所述无线通信模块203的外表面。

本实施例提供的所述单体电池处于搁置状态或循环状态时会产生机械能，所述压电材料可以将所述电池本体10内部的机械能转化为电能。由于所述压电材料产生的电能为交流电的形式，因此需要通过所述整流电路整流转换为直流电的形式，从而实现向所述纳米传感器202和所述无线传输模块供电。

在所述供电组件201包括所述热电材料涂层的情况下，所述热电材料涂层用于将热能转化为电能，其中所述热电材料涂层产生的电能通常为交流电的形式。所述热电材料涂层的厚度、面积及设置位置在此不做限定。例如，在一实施例中，所述热电材料涂层涂覆在所述纳米传感器202的外表面。在另一实施例中，所述热电材料涂层涂覆在所述无线通信模块203的外表面。

本实施例提供的所述单体电池处于搁置状态或循环状态时会产生热能，所述热电材料可以将所述电池本体10内部的热能转化为电能。由于所述热电材料产生的电能为交流电的形式，因此需要通过所述整流电路整流转换为直流电的形式，从而实现向所述纳米传感器202和所述无线传输模块供电。

在本实施例中，所述热电材料涂层、压电材料涂层和所述整流电路可以直接利用所述电池本体10产生的机械能和/或热能向所述纳米传感器202和所述无线传输模块供电，通过回收利用所述电池本体10产生的机械能和/或热能，不仅可以减小此部分机械能和/或热能对所述电池本体10的影响，同时也起到了节能的效果。

可选地，所述供电组件201还包括纳米储能器，所述纳米储能器一端与所述整流电路的直流输出端电连接，另一端分别与所述纳米传感器202和所述无线通信模块203电连接。

应理解的是，所述供电组件201还包括纳米储能器，所述纳米储能器可用于储存产能组件产生的电能。其中，所述产能组件指的是所述纳米发电机、压电材料涂层、热电材料涂层中的至少一个。在一种情况下，所述产能组件产生的电能均储存在所述纳米储能器内，由所述纳米储能器向所述纳米传感器202和所述无线通信模块203供电。在另一种情况下，所述产能组件一方面直接向所述纳米传感器202和所述无线通信模块203供电，另一方面将多余的能量存储在所述纳米储能器中。

由于所述产能组件是将所述电池本体10内的机械能和/或热能转换为电能，而所述电池本体10内的机械能和/或热能的产生并不规律，因此所述产能组件的电能产量不稳定。当所述产能组件产生的电能较少时，存在所述纳米传感器202和所述无线通信模块203无法运行的可能性。当所述产能组件产生的电能较多时，多余的电能则会被浪费。在一实施例中，为了保证所述纳米传感器202和所述无线通信模块203的正常运行，可将所述产能组件产生的电能均存储在所述纳米储能器中，通过控制所述纳米储能器的供能时间，使得所述纳米传感器202和所述无线通信模块203在参数变化较小时进行周期性运行，以准确地监测所述电池本体10的运行状态。

在本实施例中，通过所述纳米储能器的设置，使得所述供电组件201的电能可以进行储存，并根据实际需求进行供电，从而提高了所述供电组件201的供电稳定性，降低了由于所述供电组件201供电不足导致所述纳米传感器202和所述无线通信模块203无法运行的情况发生的概率。

可选地，所述检测组件20还包括信号转换模块204,所述信号转化模块与所述供电组件201电连接，所述信号转换模块204一端与所述纳米传感器202电连接；另一端与所述无线通信模块203电连接，所述信号转换模块204用于将所述纳米传感器202的模拟信号转换为数字信号。

应理解的是，所述纳米传感器202检测到的所述目标检测数据通常为模拟信号的形式。所述信号转换模块204一端与所述纳米传感器202电连接，用于接收所述纳米传感器202传输的所述目标检测数据。在所述信号转换模块204中所述目标检测数据由模拟信号的形式被转换为数字信号的形式，并传输至所述无线通信模块203。

在本实施例中，所述检测组件20还包括信号转换模块204，所述信号转换模块204用于将所述纳米传感器202的模拟信号转换为数字信号。由于数字信号的传输速度比模拟信号的传输速度快，因此通过所述信号转换模块204将所述目标检测数据由模拟信号的形式转换数字信号的形式可以加快信号的传输速度，从而提高所述目标检测数据的实时性，进一步地降低了出现由于单体电池内部的膨胀、热失控等反应导致的安全隐患的情况发生的概率。

可选地，所述检测组件20还包括柔性电路板205，所述供电组件201、纳米传感器202和无线通信模块203均设置在所述柔性电路板205上。

应理解的是，所述供电组件201、纳米传感器202和无线通信模块203均设置在所述柔性电路板205上可以理解为所述供电组件201、纳米传感器202和无线通信模块203均与所述柔性电路板205连接或所述供电组件201、纳米传感器202和无线通信模块203均集成在所述柔性电路板205上。

在本实施例中，一方面，由于所述供电组件201、纳米传感器202和无线通信模块203均设置在所述柔性电路板205上，使得所述检测组件20的结构更为紧凑，方便对所述检测组件20进行管理。另一方面，所述柔性电路板205具有重量轻、厚度薄和弯折性好等特点，使得所述检测组件20可以方便地嵌入所述电池本体10内任意位置，从而提高了所述检测组件20的灵活性和强度。

可选地，所述柔性电路板205的外表面设有防腐蚀涂层。

应理解的是，所述柔性电路板205的外表面设有防腐蚀涂层，其中，所述防腐蚀涂层的材料在此不做限定。同时，由于所述供电组件201、纳米传感器202和无线通信模块203均设置在所述柔性电路板205上，因此所述防腐蚀涂层覆盖了所述供电组件201、纳米传感器202和无线通信模块203。

在本实施例中，所述柔性电路板205的外表面设有防腐蚀涂层。在一些实施例中，所述柔性电路板205位于所述电池本体10内，通过所述防腐蚀涂层的设置，可以减小所述柔性电路板205与所述电池本体10内的物质发生化学反应的可能性，从而提高了所述柔性电路板205的安全性和兼容性。

可选地，所述检测组件20位于所述电池本体10内。

应理解的是，所述电池本体10包括正极、负极、隔膜、电解质和壳体，所述检测组件20位于所述电池本体10内可以理解为所述检测组件20可嵌入所述正极、负极、隔膜、电解质和壳体中任意一者内部。具体地，所述检测组件20位于所述电池本体10内的位置在此不做限定。由于所述供电组件201、纳米传感器202和无线通信模块203的体积较小，因此所述检测组件20的整体体积也相对较小，通常来说所述检测组件20的体积为微米级或纳米级。因此所述检测组件20可以嵌入所述电池本体10内，且不会对所述电池本体10的尺寸造成太大的影响。例如，在一实施例中，所述检测组件20位于所述电池本体10的电极内。在另一实施例中，所述检测组件20位于所述电池本体10的铝塑膜内。在又一实施例中，所述检测组件20位于所述电池本体10的电芯包装层内。在又一实施例中，所述检测组件20位于所述电池本体10的电极与电解质之间。在又一实施例中，所述检测组件20位于所述电池本体10的电解质内。其中，所述电解质为具有固体形态的材料，例如电池隔膜、无机固态电解质、聚合物固态电解质、复合固态电解质和凝胶电解质等。

应理解的是，所述检测组件20的数量可为多个，多个所述检测组件20均位于所述电池本体10内，且多个所述检测组件20可位于所述电池本体10内的不同位置。例如，在一实施例中，所述检测组件20包括第一检测组件20和第二检测组件20，所述第一检测组件20位于所述电池本体10的正极内，所述第二检测组件20位于所述电池本体10的负极内。更进一步地，所述检测组件20还包括第三检测组件20，所述第三检测组件20位于所述电池本体10的电解质内。

在本实施例中，所述检测组件20位于所述电池本体10内，由于所述检测组件20可以嵌入到所述电池本体10的任意位置中，因此所述检测组件20可以直接地对电池本体10内不同结构的状态进行检测，从而提高了检测的精度，进一步地降低了出现由于单体电池内部的膨胀、热失控等反应导致的安全隐患的情况发生的概率。

本发明实施例还提供了一种电池模组，包括上述的单体电池。该单体电池为上述实施例中的单体电池，具体结构可以参照上述实施例中的描述，在此不再赘述。由于在本实施例中采用了上述实施例中的单体电池，因此本实施例提供的电池模组具有上述实施例中单体电池的全部有益效果。

以上，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。