[发明专利]一种锂离子电池模块及其健康状态监测方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池模块及其健康状态监测方法，在锂电池循环过程中，随着循环寿命的增加其厚度逐渐增大，在通过绑带捆绑的电池模块中反映为电池模块内部的膨胀力增加，本发明采用监测膜片感应到膨胀力变化，电池管理系统或保护板通过采集板采集监测膜片中应变丝通过的电流或电压信号，识别电池循环次数及健康状态。本发明的方法监测电池容量保持率准确，计算简单且计算量小。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池模块及其健康状态监测方法，属于锂离子电池健康状态监测技术领域。

背景技术

锂离子电池在使用过程中大多需要组合使用，由多个电池单体级联构成电池组或者电池模块，多个电池模块在构成电池系统。一般来说，电池模块作为最小的受监控单元，受到独立的充放电控制以保证电池模块间的均衡，以及受到健康状态的监控。锂离子电池健康状态因个体间的先天差异，及受循环过程中个体温度差役、充放电电流分布差异等因素影响，其系统的健康状态无法准确测算。

目前，为了监测锂离子电池的寿命，行业通常从两个维度分析锂离子电池的健康状态：

①基于电化学机理观测活性锂离子的损失、材料晶格塌陷等内部反应变化情况；②基于电池外特性，以观测使用环境、电压、电流、内阻等外特性参数来评价电池系统的健康状态；而通常在BMS(电池管理系统)实际应用中，由于第一维度观测值在实际应用场景中并不易被观测到，因此主要用于实验室。第二维度的测量值相对容易探测，因此基于电池系统外特性的分析便成了当前SOH估算的主要方向，但该方向影响因子较多，导致电池SOH值计算误差较大，造成对客户使用的指导意义较小，结果不能真实体现锂离子健康状态；此外算法复杂，导致应用和推广难度较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池模块及其健康状态监测方法，用以解决现有电池健康状态监测误差大、计算复杂的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种锂离子电池模块，包括两个端板，以及两个端板之间密集排列的电池单体，两个端板之间通过固定件固定；电池单体之间依次级联，两个端板相连的方向定义为轴向；两个端板中至少一个和对应紧挨的电池单体之间设置有监测膜片，或者至少一组在轴向上相邻的电池单体之间设置有监测膜片；

所述监测膜片包括软性外壳、挤压结构和应变导体，所述应变导体埋设于软性外壳内部，应变导体的两个接线端用于连接电池管理系统；所述挤压结构设置于软性外壳上，且与应变导体有至少一个重叠，所述挤压结构的材质硬于软性外壳。

本发明通过在电池模块内(电池单体间或电池单体与端板间)设置监测膜片，监测膜片具有软性外包结构和内设的应变片，软性外包具体可以采用橡胶等材质，在受到挤压时应当能被压缩。监测膜片内还设置有硬质挤压结构，例如硬度更大的胶钉、胶块、胶条或胶粒，挤压结构与应变片位置重叠，具体可以埋设在软性外包结构的内部，也可以设置在软性外包的表面外部。在监测膜片被挤压时，因硬度差异，软性外包其他部分的型变量大于挤压结构，挤压结构进一步挤压应变片与之重叠的部分，导致应变片变形，内阻变化，这种变化通过电参数被电池控制系统采集，能够反映电池模块内部压力变化。

本发明基于锂电池衰减后膨胀，在端板固定的电池模块内部导致压力(膨胀力)变化的特点推算电池健康状态和使用寿命。锂电池在使用过程中电解质分解气化导致电池鼓包，因此电池膨胀能够较为准确的反应电池的使用和衰减情况，因此本发明的方法计算量少，监测准确。

进一步的，所述挤压结构为挤压条，所述挤压条与应变导体有至少一个交叉。

挤压结构采用条状挤压结构，在与应变片交叉的情况下能够在膨胀力增加的情况下准确使应变片形变，在受到挤压时不会挤空或挤偏。

进一步的，所述监测膜片面积与端板面积相同；所述软性外壳采用绝缘材质。