一种锂电池热失控气体传感器的制作方法

1.本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种锂电池热失控气体传感器。

背景技术：

2.目前，随着新能源汽车的快速发展，作为其动力来源的锂离子电池得到了越俩越多的关注和应用。能量密度更大、比能量更高成为了锂电池的下一步发展方向，关于锂离子电池安全问题成为了一个不容忽视的问题。过冲电、过放电、电池内部短路、机械外力作用等导致的锂电池热失控的风险在不断增加。所以，全面优化电池安全在线检测诊断与预警功能迫在眉睫。
3.2030碳达峰，2060碳中和，这一目标极大地推动了新能源汽车的发展，其中锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等优点，广泛应用于新能源汽车的动力系统。由于锂离子电池生产工艺中存在安全隐患，以及其复杂的应用场景，存在诸如电池内外部短路、过充放电、高温环境、高倍率充放电、老化、挤压变形等诱因导致电池的安全性较差，电池一旦发生故障，容易导致热失控并释放出大量气体(主要的气体成分包括co2，co，ch4，c2h4，c2h6等)，并进一步导致起火甚至爆炸，为了避免上述现象的发生，现有技术中多采用sno2半导体传感器用于锂电池热失控的气体监测，该传感器主要对ch4，c3h8，co敏感，有着检测速度快等优势，但是也存在尺寸较大，不易集成，能耗高，选择比较低，长期稳定性差、检测精准度和检测速率不佳等问题；因此研发一种新的气体检测系统是现阶段研发人员攻克的主题之一。

技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种锂电池热失控气体传感器，解决了现有气体检测系统检测精准度和检测速率不佳的问题。
5.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种锂电池热失控气体传感器，包括圆柱形壳体、发光组件、单组分气体探测组件、用于集成所述发光组件和所述单组分气体探测组件的电路基板以及报警预警组件；所述发光组件、单组分气体探测组件以及电路基板设置在所述圆柱形壳体的内部，所述报警预警组件与所述单组分气体探测组件连接。
6.优选地，所述发光组件和所述单组分气体探测组件设置在所述电路基板的两侧。
7.优选地，所述发光组件包括发光器和第一支撑板；所述单组分气体探测组件包括单组分气体探测器和第二支撑板，所述第一支撑板和第二支撑板对称的设置在电路基板的两侧，所述发光器和单组分气体探测组件分别固设在第一支撑板和第二支撑板上，且所述发光器和所述单组分气体探测器相对设置。
8.优选地，所述单组分气体探测器为单组分热电堆传感器或单组分热释电传感器。
9.优选地，所述电路基板为中空结构。
10.优选地，所述圆柱形壳体上开设有供气体流过的通气孔。
11.优选地，在所述圆柱形壳体上开设通气孔的区域设置有防水透气膜。
12.优选地，所述圆柱形壳体的一端还设置有接口组件，所述接口组件与电路基板连接。
13.与现有技术相比，通过采用本实用新型结构的单组分气体检测系统并将其安装在圆柱形电池内，在使用的过程中，所述发光组件发出光源穿过进入该单组分气体检测系统内的热失控释放气体后被单组分气体探测组件接收，所述单组分气体探测组件将接收的光信号转化为电信号并检测出气体的种类和含量，所述气体的种类和含量通过单组分气体探测组件反馈至报警预警组件，这样不仅有效的提高了圆形电池在热失控发生时的灵敏度和检测速率，而且还提高了该多组分检测系统的可靠性和延长了该多组分检测系统的使用寿命，进而有效的避免了只能对单一种类的气体进行检测，导致功能单一、能耗和成本高的问题，同时还有效的实现了尽早监测电池的热失控，确保在危险发生之前能够提供可靠的报警信号，需借助于各类传感器快速精准实时地获取热失控初期、中期数据，尽早预警的目的，从而有效的防止了优于热失控扩展进而引发火灾、爆炸、人员伤亡等安全隐患的发生，同时也提高了该单组份检测系统的市场竞争力。
14.此外，本实用新型结构的单组分气体检测系统，结构简单，产品市场竞争力强，值得大力推广使用。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
16.图1为本实用新型实施例提供的一种锂电池热失控气体传感器一种应用于圆柱形电池的单组份检测系统的立体结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例提供的一种锂电池热失控气体传感器的壳体结构示意图；
18.图3为本实用新型实施例提供的一种锂电池热失控气体传感器的内部结构示意图。
19.图中，1.圆柱形壳体，11.通气孔，2.发光组件，21.发光器，22.第一支撑板，3.单组分气体探测组件，31.单组分气体探测器，32.第二支撑板，4.电路基板，5.接口组件，6.防水透气膜。
具体实施方式
20.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
21.在本实用新型的描述中，需要明确的是，术语“垂直“、“横向“、“纵向“、“前“、“后“、“左“、“右“、“上“、“下“、“水平“等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非
另有明确的规定和限定，术语“安装“、“相连“、“连接“应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.本实用新型实施例提供的一种锂电池热失控气体传感器，包括圆柱形壳体1、发光组件2、单组分气体探测组件3、用于集成所述发光组件2和所述单组分气体探测组件3的电路基板4以及报警预警组件(图中未画出)；所述发光组件2、单组分气体探测组件3以及电路基板4设置在所述圆柱形壳体1的内部，所述报警预警组件与所述单组分气体探测组件3连接。
23.采用上述方案后，通过采用本实用新型结构的单组分气体检测系统并将其安装在圆柱形电池内，在使用的过程中，所述发光组件2发出光源穿过进入该单组分气体检测系统内的热失控释放气体后被单组分气体探测组件3接收，所述单组分气体探测组件3将接收的光信号转化为电信号并检测出气体的种类和含量，所述气体的种类和含量再通过单组分气体探测组件3反馈至报警预警组件，这样不仅有效的提高了圆形电池在热失控发生时的灵敏度和检测速率，而且还提高了该多组分检测系统的可靠性和延长了该多组分检测系统的使用寿命；进而有效的避免了只能对单一种类的气体进行检测，导致功能单一、能耗和成本高的问题，同时还有效的实现了尽早监测电池的热失控，确保在危险发生之前能够提供可靠的报警信号，需借助于各类传感器快速精准实时地获取热失控初期、中期数据，尽早预警的目的，从而有效的防止了优于热失控扩展进而引发火灾、爆炸、人员伤亡等安全隐患的发生，同时也提高了该单组份检测系统的市场竞争力。
24.在具体的实施过程中，所述发光组件2和所述单组分气体探测组件3设置在所述电路基板4的两侧；这样设置便于发光组件2发出的光源穿过进入该单组分气体检测系统内的热失控释放气体后，通过对射式的方式能够快速的被单组分气体探测组件3所接收，从而为提高该多组分检测系统的可靠性、灵敏度和检测速率奠定了基础。
25.在具体的实施过程中，所述发光组件2包括发光器21和第一支撑板22；所述单组分气体探测组件3包括单组分气体探测器31和第二支撑板32，所述第一支撑板22和第二支撑板32对称的设置在电路基板4的两侧，所述发光器21和单组分气体探测组件3分别固设在第一支撑板22和第二支撑板32上，且所述发光器21和所述单组分气体探测器31相对设置。
26.所述电路基板4优选为pcb基板，通过采用pcb基板，并且将发光组件2和所述单组分气体探测器3设置在所述电路基板4的两侧，使其满足对射式的结构设计，预留光源和探测器的安放位置，且可根据需要改变pcb基板的尺寸，从而实现不同长度的光路单组分气体检测系统设计。
27.在具体的实施过程中，所述单组分气体探测器31为单组分热电堆传感器或单组分热释电传感器；热电堆传感器或热释电传感器可以检测热失控释放气体co2，co，ch4，c2h4，c2h6中的一种气体。
28.在具体的实施过程中，所述电路基板4为中空结构；通过将电路基板4为中空结构，从而有效的促进电池包内气体的对流，提高监测系统的响应速度。
29.在具体的实施过程中，所述圆柱形壳体1上开设有供气体流过的通气孔11；通过在圆柱形壳体1上开设环形通气孔11，便于电池内部所产生的热失控释放气体快速的进入该
单组分气体检测系统中，也可以实现全面监测各个方位的变化，做到热失控发生时的及时预警的目的，从而为提高该多组分检测系统的可靠性、灵敏度和检测速率奠定了基础。
30.在具体的实施过程中，所述圆柱形壳体1上开设供气体流过的通气孔11的区域与光路部分重叠，从而提升了电池包内气体在监测系统中对流的速率。
31.在具体的实施过程中，在圆柱形壳体1上开设通气孔11呈环形，可以全面监测各个方位的变化，做到热失控发生时的及时预警。
32.此外，通过采用圆柱形壳体结构，使得空间较大，可以有效提升光路长度，增强检测信号。
33.在具体的实施过程中，在所述圆柱形壳体1上开设通气孔11的区域设置有防水透气膜；通过设置防水保护膜，有效的减少了电池内部除气体以外的成分对监测系统的影响。
34.在具体的实施过程中，所述圆柱形壳体1的一端还设置有接口组件5，所述接口组件5与电路基板4连接；优选为车用接口，通过车用接口方便的进行信号传递和处理。
35.综上所述，1)该单组分气体检测系统是采用非分光红外(ndir)技术对热失控过程中的多种气体进行监控的，并且通过采用圆柱体结构的多组分气体监测系统，作为主流圆柱体锂电池的热失控预警，且一端采用车用接口，便于单多组分气体监测系统在电池包中的快速集成与应用；2)通过在该单组分气体检测系统的壳体1上开设环形通气孔的结构，同时将pcb基板设置为中空设计，不仅增强了光路部分的气体对流，而且还极大地提高了该单组分气体检测系统的全方位响应速度；3)该单组分气体检测系统的圆柱形壳体1上通过采用防水透气膜6保护环形开孔区域，避免了电池包内复杂环境对监测系统的影响，提高了工作稳定性和可靠性；4)当采用该单组分气体检测系统作为监测电池的核心检测元件，具有检测速度快，灵敏度高，寿命长(一般15年左右)等优势；6)当采用该单组分气体检测系统，可以实现更加高精准度的监测热失控过程中气体的释放，提高监测系统的可靠性；5)通过采用该该单组分气体检测系统检测热失控过程中释放的气体，替代常用的sno2半导体传感器，提高了检测灵敏度，同时使用寿命大大延长；6)通过将发光组件(优选为发光器)2、单组分气体探测组件3以及反射板4集成在pcb基板，再适配特定的圆柱形壳体1，使其易于集成到圆柱形锂离子电池的电池包中，同时可通过车用接口方便的进行信号传递和处理；7)通过将该气体检测系统集成在圆柱形锂离子电池内，使得在热失控危险初期及时预警，预留足够的逃生时间，保护人员及财产安全。
36.由此可知，通过采用本实用新型结构的单组分气体检测系统并将其安装在圆柱形电池内，在使用的过程中，所述发光组件2发出光源穿过进入该单组分气体检测系统内的热失控释放气体后被单组分气体探测组件3接收，所述单组分气体探测组件3将接收的光信号转化为电信号并检测出气体的种类和含量，所述气体的种类和含量通过单组分气体探测组件3反馈至报警预警组件，这样不仅有效的提高了圆形电池在热失控发生时的灵敏度和检测速率，而且还提高了该多组分检测系统的可靠性和延长了该多组分检测系统的使用寿命，进而有效的避免了只能对单一种类的气体进行检测，导致功能单一、能耗和成本高的问题，同时还有效的实现了尽早监测电池的热失控，确保在危险发生之前能够提供可靠的报警信号，需借助于各类传感器快速精准实时地获取热失控初期、中期数据，尽早预警的目的，从而有效的防止了优于热失控扩展进而引发火灾、爆炸、人员伤亡等安全隐患的发生，同时也提高了该单组份检测系统的市场竞争力。
37.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种锂电池热失控气体传感器，其特征在于，包括圆柱形壳体(1)、发光组件(2)、单组分气体探测组件(3)、用于集成所述发光组件(2)和所述单组分气体探测组件(3)的电路基板(4)以及报警预警组件；所述发光组件(2)、单组分气体探测组件(3)以及电路基板(4)设置在所述圆柱形壳体(1)的内部，所述报警预警组件与所述单组分气体探测组件(3)连接。2.根据权利要求1所述的一种锂电池热失控气体传感器，其特征在于，所述发光组件(2)和所述单组分气体探测组件(3)设置在所述电路基板(4)的两侧。3.根据权利要求1或2所述的一种锂电池热失控气体传感器，其特征在于，所述发光组件(2)包括发光器(21)和第一支撑板(22)；所述单组分气体探测组件(3)包括单组分气体探测器(31)和第二支撑板(32)，所述第一支撑板(22)和第二支撑板(32)对称的设置在电路基板(4)的两侧，所述发光器(21)和单组分气体探测组件(3)分别固设在第一支撑板(22)和第二支撑板(32)上，且所述发光器(21)和所述单组分气体探测器(31)相对设置。4.根据权利要求3所述的一种锂电池热失控气体传感器，其特征在于，所述单组分气体探测器(31)为单组分热电堆传感器或单组分热释电传感器。5.根据权利要求1所述的一种锂电池热失控气体传感器，其特征在于，所述电路基板(4)为中空结构。6.根据权利要求1所述的一种锂电池热失控气体传感器，其特征在于，所述圆柱形壳体(1)上开设有供气体流过的通气孔(11)。7.根据权利要求6所述的一种锂电池热失控气体传感器，其特征在于，在所述圆柱形壳体(1)上开设通气孔(11)的区域设置有防水透气膜(6)。8.根据权利要求1所述的一种锂电池热失控气体传感器，其特征在于，所述圆柱形壳体(1)的一端还设置有接口组件(5)，所述接口组件(5)与电路基板(4)连接。

技术总结

本实用新型公开了一种锂电池热失控气体传感器，包括圆柱形壳体、发光组件、单组分气体探测组件、用于集成所述发光组件和所述单组分气体探测组件的电路基板以及报警预警组件；所述发光组件、单组分气体探测组件以及电路基板设置在所述圆柱形壳体的内部，所述报警预警组件与所述单组分气体探测组件连接。通过采用本实用新型结构的单组分气体检测系统并将其安装在圆柱形电池内，不仅有效的提高了圆形电池在热失控发生时的灵敏度和检测速率，而且还提高了该多组分检测系统的可靠性和延长了该单组分检测系统的使用寿命。组分检测系统的使用寿命。组分检测系统的使用寿命。