一种锂离子电池状态监测系统技术方案

本发明专利技术公开一种锂离子电池状态监测系统，包括锂离子电池，锂离子电池包括外壳，外壳内设置有正极、隔膜和负极，外壳上连接有第一电极耳和第二电极耳，第一电极耳和第二电极耳通过连接线与电池测试系统数据采集端连接，外壳两侧外表面上贴有第一光纤布拉格光栅阵列，正极、隔膜和负极上嵌有第二光纤布拉格光栅阵列，第一光纤布拉格光栅阵列和第二光纤布拉格光栅阵列通过光纤跳线与解调仪连接。本发明专利技术提供的一种锂离子电池状态监测系统，能够对锂离子电池表面和内部情况进行同时检测，反映锂离子电池真实状态，同时能够降低弱反射光栅光反射率，使监测的整个电池的温度场和应力的状态信息更加完备，同时能够增加其耐高温性能，提高工作稳定性。高工作稳定性。高工作稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池状态监测系统


[0001]本专利技术涉及一种锂离子电池状态监测系统，属于光纤光栅


技术介绍

[0002]随着新能源汽车的快速普及，锂电池安全问题引起了广泛的关注。汽车自燃问题成为新能源电车的一个最棘手的问题。新能源汽车自燃的主要原因主要是电池部件老化、碰撞挤压导致电池内部锂枝晶生长引起热失控现象，针对储能行业面临的电池热失控无法早期发现这一难题，监测电池的健康状态是预警的必要方法。
[0003]光纤传感(fiber optic sensing，OFS)是以光波作为载体，光纤作为媒质进行传感，外界环境的物理量变化会引起光纤中传播的光信号的光学特性参数(如幅度、相位、波长等)变化。光栅光纤具有体积小、造价低、灵敏度高、稳定性好、可复用性强等优点，广泛应用于各大传感领域。准分布式光纤光栅传感通过把很多个光纤光栅传感器复用在单根光纤上，只用一条光纤就实现了长距离多点传感，单个解调设备就可以测量多点参数，大大降低了解调成本。而弱反射光纤光栅能够使一根光纤的复用数变得更多，从而使监测的整个电池的温度场和应力的状态信息更加完备。
[0004]目前，弱反射光栅光纤用于检测锂离子电池状态时，是将光栅光纤布置在锂离子电池外表面进行温度监测，只能监测到锂离子电池表面的情况，并不能对锂离子电池内部情况进行检测，这样会造成锂离子电池温度监测不全面，难以反映锂离子电池真实状态。另外，现有的弱反射光栅光纤的反射率较高，光栅阵列在传感过程中，光栅反射率会限制一根光纤阵列上的传感点数，进而限制整个电池的温度场和应力的状态信息采集。最后，现有的弱反射光纤布拉格光栅耐高温性能较差，电池在工作中存在部件老化、碰撞挤压的问题会引起电池的热失控现象，在这些状态下应力和温度会异常，高温条件下的长时间工作会极大影响光纤布拉格光栅阵列的使用寿命。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术缺陷，提供一种锂离子电池状态监测系统，能够对锂离子电池表面和内部情况进行同时检测，反映锂离子电池真实状态；进一步地，提供一种锂离子电池状态监测系统，能够降低弱反射光栅光反射率，使一根光纤的复用数变得更多，从而使监测的整个电池的温度场和应力的状态信息更加完备，同时能够增加弱反射光栅的耐高温性能，提高其工作稳定性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种锂离子电池状态监测系统，包括锂离子电池，所述锂离子电池包括外壳，所述外壳内设置有正极、隔膜和负极，所述外壳上连接有第一电极耳和第二电极耳，所述第一电极耳和第二电极耳通过连接线与电池测试系统数据采集端连接，所述外壳两侧外表面上贴有第一光纤布拉格光栅阵列，所述正极、隔膜和负极上嵌有第二光纤布拉格光栅阵列，所述第一光纤布拉格光栅阵列和第二光纤布拉格光栅阵列通过光纤跳线与解调仪连接。
[0008]所述第一光纤布拉格光栅阵列中的光纤光栅的栅区长度为10
‑
15mm、中心波长为1545
‑
1553nm、3dB带宽为0.2
‑
0.4nm、边模抑制比大于10dB。
[0009]所述第一光纤布拉格光栅阵列通过耐高温陶瓷胶弯曲盘绕在所述外壳上，所述第一光纤布拉格光栅阵列总共包括十八个光纤光栅，按照靠近解调仪距离，从近到远依次记为FBG101～FBG118，每一侧所述外壳上布设九个光纤光栅，相邻两个所述光纤光栅间隔为10
‑
40cm，两侧的光栅阵列通过长度为50
‑
100mm的传输光纤串联起来。
[0010]所述第一光纤布拉格光栅阵列的制备方法包括以下步骤：
[0011]使用248nm或193nm准分子激光器，以相位掩模法在光敏光纤上刻写，激光器的重复频率为20
‑
40Hz、单脉冲能量为50
‑
100mJ，光纤距离相位掩模板的距离为0
‑
3mm，在线刻写的初始光纤布拉格光栅阵列的反射率为10％
‑
20％；
[0012]将初始光纤布拉格光栅阵列放入高温管式炉中，高温管式炉的升温速率5
‑
20℃/min，炉内温度从20
‑
30℃升至800
‑
1000℃，保温0.5
‑
1.5个小时，高温管式炉中的光栅完全擦除30
‑
40min；
[0013]在2
‑
4min内，先控制FBG101和FBG102完成退火，再经过2
‑
4min控制FBG103和FBG104完成退火，重复经过9次的2
‑
4min使第一光纤布拉格光栅阵列中光纤光栅全部完成退火，FBG101～FBG118的反射率呈阶梯型递增，光纤光栅反射率范围为0.05％
‑
10％；
[0014]然后进行冷却，冷却后将光栅阵列的表面镀有Au膜，涂覆后光纤光栅直径为150
‑
200μm。
[0015]所述第二光纤布拉格光栅阵列中的光纤光栅的长度为10
‑
15mm、反射谱中心波长为1545
‑
1553nm、3dB带宽为0.2
‑
0.4nm、边模抑制比大于10dB。
[0016]所述第二光纤布拉格光栅阵列嵌入在所述正极、隔膜和负极上，所述第二光纤布拉格光栅阵列总共包括二十七个光纤光栅，按照靠近解调仪距离，从近到远依次记为FBG201～FBG227，正极、隔膜和负极上依次布设九个光纤光栅，相邻两个所述光纤光栅间隔为10
‑
40cm，两个相邻光栅阵列通过长度为50
‑
100mm的传输光纤串联起来。
[0017]所述第二光纤布拉格光栅阵列的制备方法包括以下步骤：
[0018]使用248nm或193nm准分子激光器，以相位掩模法在光敏光纤上刻写，激光器的重复频率20
‑
40Hz、单脉冲能量60mJ，光纤距离相位掩模板的距离0
‑
3mm，在线刻写的初始光纤布拉格光栅阵列的反射率为10％
‑
20％；
[0019]阵列放入高温管式炉中，高温管式炉的升温速率5
‑
20℃/min，炉内温度从20
‑
30℃升至800
‑
1000℃，保温0.5
‑
1.5个小时，高温管式炉中的光栅完全擦除30
‑
40min；
[0020]在2
‑
4min内，先控制FBG201和FBG202完成退火，再经过2
‑
4min控制FBG203和FBG204完成退火，重复经过14次的2
‑
4min使第二光纤布拉格光栅阵列中光纤光栅全部完成退火，FBG201～FBG227的反射率呈阶梯型递增，光纤光栅反射率范围为1％
‑
9％；
[0021]然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池状态监测系统，其特征在于：包括锂离子电池(1)，所述锂离子电池(1)包括外壳(1
‑
1)，所述外壳(1
‑
1)内设置有正极(1
‑
2)、隔膜(1
‑
3)和负极(1
‑
4)，所述外壳(1
‑
1)上连接有第一电极耳(1
‑
5)和第二电极耳(1
‑
6)，所述第一电极耳(1
‑
5)和第二电极耳(1
‑
6)通过连接线与电池测试系统(4)数据采集端连接，所述外壳(1
‑
1)两侧外表面上贴有第一光纤布拉格光栅阵列(2)，所述正极(1
‑
2)、隔膜(1
‑
3)和负极(1
‑
4)上嵌有第二光纤布拉格光栅阵列(3)，所述第一光纤布拉格光栅阵列(2)和第二光纤布拉格光栅阵列(3)通过光纤跳线与解调仪(5)连接。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池状态监测系统，其特征在于：所述第一光纤布拉格光栅阵列(2)中的光纤光栅的栅区长度为10
‑
15mm、中心波长为1545
‑
1553nm、3dB带宽为0.2
‑
0.4nm、边模抑制比大于10dB。3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池状态监测系统，其特征在于：所述第一光纤布拉格光栅阵列(2)通过耐高温陶瓷胶弯曲盘绕在所述外壳(1
‑
1)上，所述第一光纤布拉格光栅阵列(2)总共包括十八个光纤光栅，按照靠近解调仪(5)距离，从近到远依次记为FBG101～FBG118，每一侧所述外壳(1
‑
1)上布设九个光纤光栅，相邻两个所述光纤光栅间隔为10
‑
40cm，两侧的光栅阵列通过长度为50
‑
100mm的传输光纤串联起来。4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池状态监测系统，其特征在于：所述第一光纤布拉格光栅阵列(2)的制备方法包括以下步骤：使用248nm或193nm准分子激光器，以相位掩模法在光敏光纤上刻写，激光器的重复频率为20
‑
40Hz、单脉冲能量为50
‑
100mJ，光纤距离相位掩模板的距离为0
‑
3mm，在线刻写的初始光纤布拉格光栅阵列的反射率为10％
‑
20％；将初始光纤布拉格光栅阵列放入高温管式炉中，高温管式炉的升温速率5
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20℃/min，炉内温度从20
‑
30℃升至800
‑
1000℃，保温0.5
‑
1.5个小时，高温管式炉中的光栅完全擦除30
‑
40min；在2
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4min内，先控制FBG101和FBG102完成退火，再经过2
‑
4min控制FBG103和FBG104完成退火，重复经过9次的2
‑
4min使第一光纤布拉格光栅阵列(2)中光纤光栅全部完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑加金，曹慧，张森，白如冰，程超，王运迪，余柯涵，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：