一种用于监测锂电池运行状态的Ag-C-PDMS温压传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于监测锂电池运行状态的Ag‑C‑PDMS温压传感器，该传感器主要由固定在PDMS薄膜上的四个传感模块组成，位于薄膜中心的传感模块为宽2mm、高2mm的压力感应通道(R

【技术实现步骤摘要】
一种用于监测锂电池运行状态的Ag-C-PDMS温压传感器
本专利技术涉及电池运行监测领域，特别涉及一种用于监测锂电池运行状态的Ag-C-PDMS温压传感器。
技术介绍
发电厂发电通常是全天候持续的，且发电能力不会轻易改变，但是用电高峰通常在白天，而晚上则是低谷，形成电网负荷峰谷差，导致电力资源的浪费。电力系统根据不同客户的用电规律，通过削峰填谷（peakcut）的方式可把一部分晚上低谷期的电力储存起来用于白天的高峰负荷时段，从而降低负荷高峰，填补负荷低谷，减小电网负荷峰谷差，使发电、用电趋于平衡。在众多的储能方式中，锂电池储能因其能量密度高、重量轻、体积小、循环寿命长、充电快速等优势受到新能源汽车行业、太阳能企业和各国政府的大力支持。随着目前社会对锂电池电池应用的依赖性不断提高，要求对电池的状态进行准确监控，提高其可靠性和使用寿命。无论电池技术发展如何，性能仍取决于电池单元内界面的性质和依赖于温度驱动的反应以及不可预测的动力学。为了更好了解和监测电池工作过程中的物理参数对电化学反应过程的影响，将智能传感器嵌入到电池中，实现电池在空间和时间上的分辨监视成为下一个电池的发展趋势。这样可以整合和开发各种传感技术在电池中以实时传递信息（如温度，压力，电极膨胀度等）。在过去几十年中，虽然许多电化学阻抗设备（EIS）以及先进的电池管理系统（BMS）发展，但成效有限。目前的电池管理系统（BMS）仍然没有对电池压力的监控，导致对电池的监控不够全面。特别是当电池失控的前期，温度压力急剧上升，无法提前预警。这就迫切需要一种同时监测温度和压力的新型电池运行传感器，实时监测大量原位数据，并在电池失控前进行预警。最终实现在单体电池级别和整个系统级别上进行分层监测及其管理。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术提供了一种用于监测锂电池运行状态的Ag-C-PDMS温压传感器，在适用锂离子电池体系中可以有效提高电池的安全性能且对电池失控前进行有效预警。本专利技术为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于监测锂电池运行状态的Ag-C-PDMS温压传感器，该传感器主要由固定在PDMS薄膜上的四个传感模块组成，位于薄膜中心的传感模块为宽2mm、高2mm的压力感应通道(RF)，另外三个传感模块是宽3mm、高30μm的温度感应片(RT)，对称地分布在压力感应通道(RF)外围。这种高度差设计确保具有PTC效应的配比2只感知温度，具有压阻特性的配比1只感知压力。四个传感模块依次首尾相连产生四个端口，其中两个不相邻的端口负责电压输入，其余两点用于电压输出，形成等效的惠斯通电桥。作为本专利技术的进一步改进，用于填充压力感应通道(RF)的Ag-C-PDMS配比为：Ag占15wt%，C占18wt%，PDMS占67wt%；该配比在温度25-100℃区间上，表现出电阻不随温度变化而变化的特性。同时具有极佳的压阻特性，电阻随着压力增大而减小。或Ag占25wt%，C占18wt%，PDMS占57wt%。该配比在温度25-100℃区间上，表现出极佳的正温度系数（PTC）效应，同时，该配比也具有上述的压阻特性。作为本专利技术的进一步改进，用于填充温度感应片(RT)的Ag-C-PDMS配比为：Ag占25wt%，C占18wt%，PDMS占57wt%。该配比在温度25-100℃区间上，表现出极佳的正温度系数（PTC）效应。同时，该配比也具上述的压阻特性。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术基于惠斯通电桥原理设计了一种新型的适用于锂离子电池体系温压传感器；(2)本专利技术与现有的锂离子电池匹配程度很好，不需要更换薄膜、正极材料、外壳；(3)本专利技术可有效提高电池的安全性能，且对电池的工作性能无负面影响；(4)本专利技术的温压传感器制备工艺简单、成本低廉；(5)本专利技术中的温压传感器适合其他温度及其压力监测场景，在动力电池和储能电池领域具有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术的电路示意图；图3为本专利技术温压传感器受力加温示意图；图4为本专利技术温压传感器其在不同压力不同温度下ΔV的变化率曲线；具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。实施例：用于填充传感模块的Ag-C-PDMS配比如下：Ag-C-PDMS配比1：Ag占15wt%，C占18wt%，PDMS占67wt%。配比1在温度25-100℃区间上，表现出电阻不随温度变化而变化的特性。同时具有极佳的压阻特性，电阻随着压力增大而减小。Ag-C-PDMS配比2：Ag占25wt%，C占18wt%，PDMS占57wt%。配比2在温度25-100℃区间上，表现出极佳的正温度系数（PTC）效应。同时，该配比也具有上述的压阻特性。结构说明：如图1所示,该传感器主要由固定在PDMS薄膜上的四个传感模块组成，位于薄膜中心的传感模块为宽2mm、高2mm的压力感应通道RF(R4)，另外三个传感模块是宽3mm、高30μm的温度感应片RT(R1、R2、R3)，对称地分布在压力感应通道(R4)外围。四个传感模块依次首尾相连产生四个端口（A、B、C、D），其中两个不相邻的端口负责电压输入(A、C)，其余两点用于电压输出(B、D)，形成等效的惠斯通电桥。理论上，B和D点之间的电压差(ΔV)对于给定的输入电压Vin来说，可表示为：(1)当四个电阻被赋予温度系数效应和压阻特性时(图2),又可表示为：(2)通过公式2可以看出,电池失效前伴随着温度和压力增加的情况,这时RT数值增大，RF数值减小，两者虽然变化趋势相反但是都使得ΔV数值扩大。值得注意的是，上面的方程假设三个绝对等于RT，这可能会导致与我们的实验装置略有偏差。温压指标：只用温度来定义电池的运行状态是不够全面的，电池运行时的压力变化更能在电池失效前期给出预警信号，所以我们提出了一个电池状态的新指标：温压指标，即用温度与压力共同来评判电池运行状态。为了测试该温压传感器其在不同压力不同温度下ΔV的变化率，我们采用砝码置于该传感器RF上表面施加压力。同时，通过加热台将RT自下而上均匀加热(图3)。如图4的插图所示，变化率(范围在0-0.15之间)随着压力的增大而逐渐增大，但增长逐渐减慢。无压力条件下的变化率(0-0.37范围)随温度(23.7℃-95℃范围)呈线性关系。在此基础上，ΔV变化率趋势随着压力的增加而向上偏移。锂电池内部压力约为2kPa，正常工作条件下温度在40℃以下。因此，该温压传感器的测量范围足够大，可以涵盖电池运行稳定、可控和失控状态，并在电池失控前进行预警。其中温压指标可以根据电池大小、运行环境、包装类型等进一步细分。Ag-C-PDMS温压传感器结构的优化：采用两种配比对RT和RF区域进行填充，改变设计采用配比2同样完成上述温压测试功能。当我们本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测锂电池运行状态的Ag-C-PDMS温压传感器，其特征在于：该传感器主要由固定在PDMS薄膜上的四个传感模块组成，位于薄膜中心的传感模块为宽2mm、高2mm的压力感应通道(R

【技术特征摘要】
1.一种用于监测锂电池运行状态的Ag-C-PDMS温压传感器，其特征在于：该传感器主要由固定在PDMS薄膜上的四个传感模块组成，位于薄膜中心的传感模块为宽2mm、高2mm的压力感应通道(RF)，另外三个传感模块是宽3mm、高30μm的温度感应片(RT)，对称地分布在压力感应通道(RF)外围，四个传感模块依次首尾相连产生四个端口，其中两个不相邻的端口负责电压输入，其余两点用于电压输出，形成等效的惠斯通电桥。


2.根据权利要求1所述的一种用于监测锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫金波，郭炳焜，
申请(专利权)人：昆山市和风清晖能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32