現有的電池內部溫度監(jiān)測技術要么缺少空間分辨率,要么跟標準的電池單元組裝過程不兼容。Forgez C 等人通過破壞性在電池內部插入直徑為1 mm 的工業(yè)熱電偶實現鋰電池的內部溫度測量。研發(fā)了一種伸入電池內部的4 個探針技術,更準確地監(jiān)測電池的正極溫度,該技術從外表看并不需要額外的內置傳感器,易于在電池管理系統(tǒng)中應用。研究發(fā)現電池內部溫度與其阻抗有一定的內在關系,主要體現在荷電狀態(tài)( state-ofcharge,SoC) 無關性和石墨表面形成的固體電解質膜( solidelectrolyte-interphase,SEI) 層阻抗的溫度相關性上,這就使得這種方法僅適用于石墨制成陽極的鋰離子電池,并且只有在SEI 層特性不變的情況下才能得出可靠的測量結果。
研究了一種制備柔性薄膜傳感器的新方法,并將薄膜傳感器轉移至電池電流集電器,然后嵌入進軟包鋰電池進行內部溫度原位監(jiān)測,解決了多層薄膜傳感器在粗糙、柔性、金屬基底上直接制備的問題。相比于薄膜熱敏電阻較高的空間折射率,薄膜熱電偶的交接口更小,但熱電偶對應變電阻值的變化不敏感。而且植入步驟很容易融入到任意標準的軟包電池組裝過程中,且放在軟包電池的薄膜熱電偶( thin-film thermocouples,TFTC) 傳感器成功捕獲到了高充放電倍率時的內部瞬態(tài)溫度的變化。
研究給出了植入溫度傳感器的聚酰亞胺從玻璃基底到薄銅箔的制備和轉移過程。聚酰亞胺植入傳感器,并粘貼在銅箔上,使得傳感系統(tǒng)易彎曲、輕薄精巧,并且可導電。在干燥室中方便地將傳感器組裝進軟包鋰電池中,同時將傳感器的電極引腳露出。在不同的充放電循環(huán)過程中可靠的測量鋰電池的溫度。熱生成率半定量地與測量的溫度上升曲線相關聯,假設在高速率放電條件下電池內的熱生成率起主導作用。技術如應用在電池管理系統(tǒng)中,將在實現單個電池原位監(jiān)測方面具有很大的前景。電池運行過程中獲得的原位溫度歷史數據有利于改善電池設計,同時為鋰離子電池包熱建模和仿真研究提供基準。本文提出的柔性微型傳感器還可以應用于傳感器層需要綁定在易彎曲或者自由形態(tài)物體上的其他場合中。