[發明專利]一種基于光纖布拉格光柵的動力電池及其監測系統和方法

有效

• 申請號: 201911149239.4
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110838604B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 王文偉;李宜丁;林程;左豐豪
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M10/48
• 分類號: H01M10/48;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 楊媛媛

1.一種基于光纖布拉格光柵的動力電池，其特征在于，包括：正極、電芯、負極、光纖通管、光纖布拉格光柵和薄膜溫度傳感器；所述電芯位于正極和負極之間，所述光纖通管依次穿過所述正極、電芯和負極，所述光纖通管的兩端分別固定于正極和負極上；所述光纖布拉格光柵置于所述光纖通管內，所述薄膜溫度傳感器貼附于所述光纖布拉格光柵上；

所述正極、電芯和負極組成的結構中間有通孔，所述通孔在惰性氣體環境中采用絕緣鉆孔的方式打通，所述通孔用于使所述光纖通管依次穿過所述正極、電芯和負極。

2.根據權利要求1所述的基于光纖布拉格光柵的動力電池，其特征在于，還包括卡扣，所述卡扣位于所述光纖通管的兩端，用于固定所述光纖通管，防止所述光纖通管軸向運動。

3.根據權利要求1所述的基于光纖布拉格光柵的動力電池，其特征在于，所述光纖通管與正極的接觸部分通過硅酮密封膠密封。

4.根據權利要求1所述的基于光纖布拉格光柵的動力電池，其特征在于，所述光纖通管與負極的接觸部分通過硅酮密封膠密封。

5.一種基于光纖布拉格光柵動力電池的監測系統，其特征在于，所述系統包括權利要求1-4中任一項所述的基于光纖布拉格光柵的動力電池，還包括光柵光纖解調儀、數據記錄儀和計算機；

所述光柵光纖解調儀的輸入端連接所述光纖布拉格光柵，所述數據記錄儀的輸入端連接所述薄膜溫度傳感器，所述光柵光纖解調儀和數據記錄儀的輸出端連接所述計算機的輸入端；

所述光柵光纖解調儀用于記錄所述光纖布拉格光柵的波長變化量，所述數據記錄儀用于記錄薄膜溫度傳感器的溫度變化量，所述計算機用于根據所述波長變化量和溫度變化量判斷電池的安全狀態。

6.一種基于光纖布拉格光柵動力電池的監測方法，所述方法應用于權利要求5所述的基于光纖布拉格光柵動力電池的監測系統，其特征在于，包括：

獲取薄膜溫度傳感器的溫度變化量；

判斷所述溫度變化量是否大于第一設定閾值；

若是，則電池狀態為危險；

若否，則獲取光纖布拉格光柵的波長變化量，為第一波長變化量；

根據所述溫度變化量計算由溫度變化引起的波長變化量，為第二波長變化量；

將所述第一波長變化量減去第二波長變化量得到由機械外載荷引起的波長變化量，為第三波長變化量；

根據所述第三波長變化量得到光纖所受的機械外載荷力；

根據所述機械外載荷力得到光纖的應變；

判斷所述應變是否大于第二設定閾值；

若否，則電池狀態為安全。

7.根據權利要求6所述的基于光纖布拉格光柵動力電池的監測方法，其特征在于，采用公式計算第二波長變化量，其中，Δλ_B為第二波長變化量，λ_B0為光纖光柵原始中心波長；ΔT為溫度變化量，為熱光系數，α為熱脹系數。

8.根據權利要求6所述的基于光纖布拉格光柵動力電池的監測方法，其特征在于，所述第一設定閾值為電池熱失控臨界溫度。

9.根據權利要求6所述的基于光纖布拉格光柵動力電池的監測方法，其特征在于，所述第二設定閾值為電池機械短路臨界應變。