一种基于逆压电效应的锂离子动力电池内部参量检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于逆压电效应的锂离子动力电池内部参量检测方法，包括以下步骤：1)通过预置在电池内部的压电陶瓷薄片的逆压电效应在电池内部反应电场变化作用下产生动态激振；2)通过光纤位移传感器的光纤探头检测电池表面的光强度；3)根据初始状态的光强度与动态激振后检测到的光强度得到锂离子动力电池内部参量，即电压的实时变化情况。与现有技术相比，本发明专利技术具有检测精度高、无损实时检测、无需对电池外壳进行钻孔植入等优点。需对电池外壳进行钻孔植入等优点。需对电池外壳进行钻孔植入等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于逆压电效应的锂离子动力电池内部参量检测方法


[0001]本专利技术涉及锂离子动力电池技术与检测领域，尤其是涉及一种基于逆压电效应与光纤传感的锂离子动力电池内部参量检测方法。

技术介绍

[0002]在化石燃料大量消耗、全球变暖的当今世界，资源、环境问题日趋严峻，相较于传统内燃机等动力源，锂离子动力电池在功率密度与清洁性上具有较大优势。
[0003]然而高比能、长续航、快充、全气候应用等技术趋势在推广的过程中给锂离子动力电池的车载应用提出了严苛的安全性要求，在低温、快充、过热、物理挤压、内短路等情况下内部电化学反应及机理较为复杂，现有外部检测手段所测得的参量十分有限，且与内部参量存在较大的差异性，而现有的植入热电偶等手段需在电池壳体表面钻孔，植入后胶封，在实际使用过程存在着内部产气、过压等破坏封口处密封胶的风险。
[0004]因此，探究前期放置、无线传输的内部反应参量检测手段将成为锂离子动力电池内部反应探究的迫切需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于逆压电效应的锂离子动力电池内部参量检测方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种基于逆压电效应的锂离子动力电池内部参量检测方法，包括以下步骤：
[0008]1)通过预置在电池内部的压电陶瓷薄片的逆压电效应在电池内部反应电场变化作用下产生动态激振；
[0009]2)通过光纤位移传感器的光纤探头检测电池表面的光强度；
[0010]3)根据初始状态的光强度与动态激振后检测到的光强度得到锂离子动力电池内部参量，即电压的实时变化情况。
[0011]所述的步骤1)中，在锂离子动力电池生产时，将压电陶瓷薄片预置在软包电芯或电池内部片层材料之间并压紧处理。
[0012]所述的步骤1)中，所述的压电陶瓷薄片的厚度为毫米级以下。
[0013]所述的压电陶瓷薄片的制作方法如下：
[0014]将锆钛酸铅材料制成的压电陶瓷片粘贴在圆形黄铜片上制成压电陶瓷薄片。
[0015]所述的步骤1)中，当电池内部反应电场产生变化，电压施加到压电陶瓷薄片两端时，根据逆压电效应在垂直方向上产生位移量，此位移量在与施加在压电陶瓷薄片两端的电压呈线性关系，则有：
[0016]Δy＝kU
[0017]其中，Δy为压电陶瓷薄片在垂直方向上的位移量，U为施加在压电陶瓷薄片两端的电压，k为逆压电效应的比例系数。
[0018]所述的步骤2)中，光纤位移传感器的光纤探头垂直布置于电池表面1mm处，且与地线相连。
[0019]所述的步骤3)中，初始状态的光强度的表达式为：
[0020]F＝k'd
[0021]其中，F为初始状态的光强度，d为光纤探头距电池表面的间距，k
’
为比例系数。
[0022]当由逆压电效应产生动态激振后，光纤探头与电池表面的间距变为d'＝d0+Δy＝d0+kU，此时的光强度为F'＝k'(d0+kU)，其中，d0为光纤探头与电池表面的间距变化量，据此得到电池内部电压的变化情况。
[0023]所述的光纤位移传感器为反射式光纤位移传感器。
[0024]所述的步骤3)中，通过光纤位移传感器实时接收光强变化，通过解码得到锂离子动力电池内部压电陶瓷薄片两端电压变化情况，进而得到不同工况下电池内部反应与电压变化间的关系，实现电池内部电压模型构建以及电池各工况下失效、反应的检测与预警。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0026]一、目前还没有电池内部参数的有效无损在线的测量方法，本专利技术创造性的采用了压电陶瓷的逆压电效应，巧妙的将电压变化转变为间距变化，并通过光纤位移传感器进行检测，能够无损实时检测锂离子动力电池内部反应情况，在保证电池完整性的情况下实现检测参量的无线传输。
[0027]二、本专利技术可用于实现锂离子动力电池在各类失效、反应下的参量测量，避免现有内置传感器方法可能承受的电信号屏蔽带来的测量、传输损失。
[0028]三、具有较高的线性度、准确度与稳定性。
[0029]四、本专利技术的电池内部反应参量检测方法对现有锂离子动力电池内部反应参量、机理模型进行修正，为电池安全防护与设计提供理论支撑。
附图说明
[0030]图1为本专利技术内部反应参量的检测流程图。
[0031]图2为基于逆压电效应和光纤传感的锂离子动力电池内部反应检测系统示意图。
[0032]图中标记说明：
[0033]1、电池，2、压电陶瓷薄片，3、光纤位移传感器，4、解码器，5、计算机接收终端。
具体实施方式
[0034]为使本专业领域技术人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细阐述。
[0035]实施例
[0036]如图1所示，本专利技术提供一种基于逆压电效应与光纤传感的锂离子动力电池内部参量检测方法，包括以下步骤：
[0037]第一步，通过预先设置在电池1内部的压电陶瓷薄片2的逆压电效应在电池1内部反应电场变化作用下产生动态激振；
[0038]第二步，通过光纤位移传感器3接收和调制在动态激振作用下所产生的光相位和光强变化；
[0039]第三步，检测光经光纤进入光纤位移传感器3；
[0040]第四步，经解码器4获得被测参数，实现解码。
[0041]在第一步中，压电陶瓷薄片2在电池生产、加工过程中预先放入电池内部，无需对电池外壳进行钻孔植入，锂离子动力电池封壳成型前，将压电陶瓷薄片放入后再进行封装、烘干、注液化成等后续工序。
[0042]本例中的压电陶瓷薄片2为毫米级尺寸以下，且与所夹软包电芯或内部片层材料紧贴处理。
[0043]本例中采用的压电陶瓷由锆钛酸铅(PZT)材料制成，将PZT材料制成的压电陶瓷片粘在圆形黄铜片上构成压电陶瓷薄片，该压电陶瓷薄片具有明显的压电效应与逆压电效应，沿电介质极化方向施加电场便会引起晶体的机械变形，在无电场作用下，电介质的变形随即消失。
[0044]第二步中，本例采用反射式光纤位移传感器，其光纤探头垂直布置于电池表面约1mm处，与地线相连。
[0045]本专利技术的检测原理如下：
[0046]当电池内部电场产生变化，生成的电压施加到压电陶瓷薄片2两端时，根据逆压电效应，会有垂直方向的位移量产生，此位移量在一定范围内与施加在压电陶瓷薄片2两端的电压呈线性关系，则有：
[0047]Δy＝kU
[0048]式中，Δy为压电陶瓷薄片2在垂直方向上的位移量；U为压电陶瓷薄片两端的电压；k为比例系数。
[0049]逆压电效应实质是电能转化为机械能的过程，描述为：
[0050]S＝eE
[0051]式中，S为晶体杨氏模量；e为压电常数；E为电场强度。
[0052]检测时，初始状态所接收的光强度为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于逆压电效应的锂离子动力电池内部参量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过预置在电池内部的压电陶瓷薄片的逆压电效应在电池内部反应电场变化作用下产生动态激振；2)通过光纤位移传感器的光纤探头检测电池表面的光强度；3)根据初始状态的光强度与动态激振后检测到的光强度得到锂离子动力电池内部参量，即电压的实时变化情况。2.根据权利要求1所述的一种基于逆压电效应的锂离子动力电池内部参量检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，在锂离子动力电池生产时，将压电陶瓷薄片预置在软包电芯或电池内部片层材料之间并压紧处理。3.根据权利要求1所述的一种基于逆压电效应的锂离子动力电池内部参量检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述的压电陶瓷薄片的厚度为毫米级以下。4.根据权利要求1所述的一种基于逆压电效应的锂离子动力电池内部参量检测方法，其特征在于，所述的压电陶瓷薄片的制作方法如下：将锆钛酸铅材料制成的压电陶瓷片粘贴在圆形黄铜片上制成压电陶瓷薄片。5.根据权利要求1所述的一种基于逆压电效应的锂离子动力电池内部参量检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，当电池内部反应电场产生变化，电压施加到压电陶瓷薄片两端时，根据逆压电效应在垂直方向上产生位移量，此位移量在与施加在压电陶瓷薄片两端的电压呈线性关系，则有：Δy＝kU其中，Δy为压电陶瓷薄片在垂直方向上的位移量，U为施加在压电陶瓷薄片两端的电压，...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏学哲，陈思琦，戴海峰，张广续，徐雅慧，张少哲，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：