【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋰離子電池制造，尤其涉及一種內(nèi)外傳感協(xié)同的智能電池多維參量原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制造方法。
技術(shù)介紹
1、電池是一個(gè)多維參量耦合的電化學(xué)系統(tǒng)，了解其中各項(xiàng)參量間的耦合機(jī)制及演化模式，能夠服務(wù)于電池材料體系改進(jìn)、電池老化機(jī)理研究、電池安全演化機(jī)理研究等諸多關(guān)鍵問題。盡管已有多項(xiàng)電池原位表征的相關(guān)技術(shù)手段，但這些原位表征手段通常面臨著如下問題：部分原位表征手段需要對(duì)電池開展特定的離線實(shí)驗(yàn)，無法在電池正常操作環(huán)境下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參量變化；部分原位表征手段需要將電池放在特定的容器中，使得多項(xiàng)原位表征技術(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備相互干涉，無法同時(shí)使用；部分原位表征手段需要使用特制的電池，難以應(yīng)用于一般商用電池；部分原位表征手段需要將液相、氣相物質(zhì)從電池中抽取出來，這實(shí)際上改變了電池內(nèi)部的電化學(xué)環(huán)境，導(dǎo)致分析結(jié)果可能存在較大偏差。相比于傳統(tǒng)的原位表征方法，部分現(xiàn)有技術(shù)雖通過融合植入或外置的傳感器組建智能電池系統(tǒng)(如中國專利cn116593059a、cn217903211u、cn117029913a、cn114166370a、cn114295160a等)，能在一定程度上克服上述缺點(diǎn)，但仍存在一系列嚴(yán)重問題難以解決。譬如，這些現(xiàn)有技術(shù)普遍存在傳感器被植入電池內(nèi)部后影響電池原有散熱、結(jié)構(gòu)等性能，過多的傳感器數(shù)量也會(huì)影響電池內(nèi)布局，更易導(dǎo)致漏液、漏氣、散熱不良等損壞。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中還鮮見對(duì)于電池內(nèi)部氣體濃度的原位表征手段，而電池的產(chǎn)氣行為對(duì)老化、熱失控分析來說卻十分關(guān)鍵，現(xiàn)有的如ndir式、電化學(xué)式、半導(dǎo)體式氣體濃度傳感器等檢測(cè)手段由于各種原因，目前還無法轉(zhuǎn)用到
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，針對(duì)本領(lǐng)域中所存在的技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種內(nèi)外傳感協(xié)同的智能電池多維參量原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制造方法，所述系統(tǒng)由電池本體、內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊、外部溫度-壓力傳感模塊、內(nèi)部氣體濃度傳感模塊、內(nèi)部電解液紅外光譜傳感模塊、內(nèi)部氣壓傳感模塊、外部應(yīng)力傳感模塊、電化學(xué)阻抗譜檢測(cè)模塊組成；其制造方法具體包括以下步驟：
2、步驟一、按照常規(guī)方形電池制造工藝，依次制造電池本體中包括卷芯、殼體、端板等的相應(yīng)部件；
3、步驟二、在殼體上兩相對(duì)大側(cè)面的偏上位置分別開設(shè)一通孔，在通孔處加裝光學(xué)玻璃，使兩通孔間形成一條光路，且該光路穿過電池內(nèi)部頂部的氣體聚集區(qū)域；之后在通孔處進(jìn)行密封；在其中一個(gè)大側(cè)面外部安裝紅外激光發(fā)射器，另一大側(cè)面外部安裝紅外激光接收器，紅外激光發(fā)射器發(fā)射激光并經(jīng)該光路被紅外激光接收器接收；紅外激光發(fā)射器、紅外激光接收器及該光路共同組成所述內(nèi)部氣體濃度傳感模塊；
4、步驟三、在殼體上兩相對(duì)小側(cè)面中的一個(gè)側(cè)面偏下位置開設(shè)兩個(gè)孔，用于分別將紅外光纖經(jīng)殼體穿入電池內(nèi)部和從內(nèi)部引出，待后續(xù)卷芯安裝于殼體內(nèi)是紅外光纖穿插于多個(gè)卷芯側(cè)面之間的空隙，并浸泡在電芯下部游離的電解液中，且避免受到卷芯相互擠壓的影響；將光纖兩端與設(shè)置在一個(gè)小側(cè)面外部的內(nèi)部電解液紅外光譜傳感模塊連接后密封兩孔；內(nèi)部電解液紅外光譜傳感模塊耦合連接電池外部的傅里葉光譜儀，用于控制紅外激光發(fā)射以及對(duì)收發(fā)光譜進(jìn)行分析；
5、步驟四、在端蓋上開設(shè)一個(gè)孔，將內(nèi)部氣壓傳感模塊的敏感探頭由該孔伸入殼體內(nèi)頂部產(chǎn)氣聚集區(qū)域，之后將該孔并密封；該孔可選用一般電池的安全閥孔或者注液孔；
6、步驟五、在端蓋上開一道窄縫，將內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊的供電與通信排線從端蓋下部向上部穿出所述窄縫并密封；
7、步驟六、將卷芯極耳與端蓋的正負(fù)極柱焊接，卷芯排列在內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊兩側(cè)；
8、步驟七、將卷芯和內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊置入殼體，內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊與其排線電連接，之后焊接殼體與端蓋；在端蓋上設(shè)置外部控制電路板，并與各模塊電連接；該外部控制電路板集成有所述電化學(xué)阻抗譜檢測(cè)模塊，用于向電池注入測(cè)試信號(hào)并分析得到電池的電化學(xué)阻抗；
9、步驟八、回到所述常規(guī)方形電池制造產(chǎn)線，執(zhí)行包括注液、化成等的步驟；
10、步驟九、為電池安裝外部溫度-壓力傳感模塊、外部應(yīng)力傳感模塊等外部傳感器件。
11、進(jìn)一步地，所述外部溫度-壓力傳感模塊由薄膜柔性襯底、溫度敏感單元、壓力敏感單元、封裝層組成，通過將多個(gè)溫度和壓力敏感元件分散地集成在一個(gè)薄膜狀柔性襯底上，形成溫度-壓力傳感陣列并貼設(shè)在殼體的一個(gè)大側(cè)面外側(cè)，用于探測(cè)電池大側(cè)面多個(gè)位置的溫度和壓力變化。
12、進(jìn)一步地，所述內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊由柔性襯底、溫度敏感單元、壓力敏感單元、耐腐蝕封裝層組成，用于探測(cè)電池內(nèi)部的溫度和壓力，其外部包覆一層防腐材料，用于保護(hù)溫度和壓力敏感單元及柔性襯底不受電池內(nèi)部電解液腐蝕環(huán)境的影響。
13、進(jìn)一步地，所述外部應(yīng)力傳感模塊具體選用應(yīng)變片，其貼設(shè)在電池小側(cè)面外，用于檢測(cè)電池應(yīng)變，補(bǔ)充外部溫度-壓力傳感模塊難以檢測(cè)的區(qū)域的力學(xué)信號(hào)；應(yīng)變片的供電線與通信線連接到集成在電池端蓋的控制電路板。
14、進(jìn)一步地，所述電化學(xué)阻抗譜檢測(cè)模塊具體通過掃頻的形式向電池正負(fù)極注入不同頻率(例如2mhz～2khz)的正弦電壓，并測(cè)得電池的電流響應(yīng)，通過傅里葉變換方法解析電池不同頻率的電壓幅值與相位、電流幅值與相位，最終求得電池不同頻率的電化學(xué)阻抗。
15、進(jìn)一步地，在所述制造方法中以電池與傳感器綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果作為安裝內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊的指導(dǎo)，所述電池與傳感器綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)流程包括：
16、(1)針對(duì)待監(jiān)測(cè)的電池本體，構(gòu)建其三維幾何模型；
17、(2)開展試驗(yàn)獲取電池的熱參數(shù)、機(jī)械參數(shù)；
18、(3)利用電池的三維幾何模型和通過試驗(yàn)獲取的參數(shù)，構(gòu)建電池的三維熱、力學(xué)模型，記為m0；
19、(4)在模型m0中輸入多種產(chǎn)熱率、正負(fù)極活性顆粒形變數(shù)據(jù)，依次仿真并模擬不同產(chǎn)熱情況、膨脹情況下的電池內(nèi)部溫度、壓力分布，分別記為t0(x)和p0(x)，其中x為電池上的位置三維坐標(biāo)；
20、(5)設(shè)置n個(gè)內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊在相應(yīng)薄膜襯底上的可選位置集合，分別記為{xt}n和{xp}n；
21、(6)選擇內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊的襯底常用材料集合以及選擇內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊的耐腐蝕封裝常用材料集合
22、(7)取{xt}n和{xp}n中的一組未研究過的位置；
23、(8)構(gòu)建植入內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊后的的電池三維幾何模型，其中溫度與壓力敏感單元的位置按照當(dāng)前選定的位置排布；
24、(9)選取中一種未研究過的襯底材料，查詢其典型參數(shù)；
25、(0)選取中一種未研究過的封裝材料，查詢其典型參數(shù)；
26、(11)基于步驟(8)構(gòu)建的三維幾何模型及步驟(9)(10)中的材料參數(shù)，構(gòu)建帶有內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊的電池?zé)?、力學(xué)模型m1；
27、(12)在m1中輸入與步驟(4)中相同的產(chǎn)熱率、正負(fù)極活性顆粒形變數(shù)據(jù)，依次仿真并模擬多種產(chǎn)熱情況、膨脹情況下的電池內(nèi)部本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.內(nèi)外傳感協(xié)同的智能電池多維參量原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制造方法，其特征在于：所述系統(tǒng)由電池本體、內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊、外部溫度-壓力傳感模塊、內(nèi)部氣體濃度傳感模塊、內(nèi)部電解液紅外光譜傳感模塊、內(nèi)部氣壓傳感模塊、外部應(yīng)力傳感模塊、電化學(xué)阻抗譜檢測(cè)模塊組成；其制造方法具體包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述外部溫度-壓力傳感模塊由薄膜柔性襯底、溫度敏感單元、壓力敏感單元、封裝層組成，通過將多個(gè)溫度和壓力敏感元件分散地集成在一個(gè)薄膜狀柔性襯底上，形成溫度-壓力傳感陣列并貼設(shè)在殼體的一個(gè)大側(cè)面外側(cè)，用于探測(cè)電池大側(cè)面多個(gè)位置的溫度和壓力變化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊由柔性襯底、溫度敏感單元、壓力敏感單元、耐腐蝕封裝層組成，用于探測(cè)電池內(nèi)部的溫度和壓力，其外部包覆一層防腐材料，用于保護(hù)溫度和壓力敏感單元及柔性襯底不受電池內(nèi)部電解液腐蝕環(huán)境的影響。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述外部應(yīng)力傳感模塊具體選用應(yīng)變片，其貼設(shè)在電池小側(cè)面外，用于檢測(cè)電池應(yīng)變，補(bǔ)充外部溫度-壓力傳感模塊難以檢
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述電化學(xué)阻抗譜檢測(cè)模塊具體通過掃頻的形式向電池正負(fù)極注入不同頻率的正弦電壓，并測(cè)得電池的電流響應(yīng)，通過傅里葉變換方法解析電池不同頻率的電壓幅值與相位、電流幅值與相位，最終求得電池不同頻率的電化學(xué)阻抗。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：在所述制造方法中以電池與傳感器綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果作為安裝內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊的指導(dǎo)，所述電池與傳感器綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)流程依次包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.內(nèi)外傳感協(xié)同的智能電池多維參量原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制造方法，其特征在于：所述系統(tǒng)由電池本體、內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊、外部溫度-壓力傳感模塊、內(nèi)部氣體濃度傳感模塊、內(nèi)部電解液紅外光譜傳感模塊、內(nèi)部氣壓傳感模塊、外部應(yīng)力傳感模塊、電化學(xué)阻抗譜檢測(cè)模塊組成；其制造方法具體包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述外部溫度-壓力傳感模塊由薄膜柔性襯底、溫度敏感單元、壓力敏感單元、封裝層組成，通過將多個(gè)溫度和壓力敏感元件分散地集成在一個(gè)薄膜狀柔性襯底上，形成溫度-壓力傳感陣列并貼設(shè)在殼體的一個(gè)大側(cè)面外側(cè)，用于探測(cè)電池大側(cè)面多個(gè)位置的溫度和壓力變化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述內(nèi)部溫度-壓力傳感模塊由柔性襯底、溫度敏感單元、壓力敏感單元、耐腐蝕封裝層組成，用于探測(cè)電池內(nèi)部的溫度和壓力，其外部包覆一層防...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：熊瑞，賈彥博，楊瑞鑫，孫逢春，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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