[發(fā)明專利]一種基于光纖布拉格光柵的動力電池及其監(jiān)測系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911149239.4
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110838604B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王文偉;李宜丁;林程;左豐豪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 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(wù)所 11569
• 代理人: 楊媛媛

本發(fā)明公開一種基于光纖布拉格光柵的動力電池及其監(jiān)測系統(tǒng)和方法，該動力電池包括：正極、電芯、負(fù)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(fù)極之間，所述光纖通管依次穿過所述正極、電芯和負(fù)極，所述光纖通管的兩端分別固定于正極和負(fù)極上；所述光纖布拉格光柵置于所述光纖通管內(nèi)，所述薄膜溫度傳感器貼附于所述光纖布拉格光柵上。本發(fā)明能夠提高動力電池溫度的檢測精度，實現(xiàn)動力電池在機械濫用工況下的載荷力和應(yīng)變檢測，同時解決動力電池安全預(yù)警滯后的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于光纖布拉格光柵的動力電池及其監(jiān)測系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

鋰離子動力電池是現(xiàn)階段純電動汽車的主要能源載體，以三元鋰離子動力電池為代表的鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)性能好、無記憶性和充放電便捷的優(yōu)點。但是不可否認(rèn)的是鋰離子動力電池在極端工況下，如碰撞、擠壓、高溫和過充電、過放電過程中極易出現(xiàn)電池起火甚至爆炸的事故。因而，在電池使用過程中對電池安全狀態(tài)如電壓、溫度和壓力的監(jiān)測尤為關(guān)鍵，對電池異常狀況的提前預(yù)警和提前采取安全措施是保障電池安全必不可少的手段。

現(xiàn)階段，在電池正常使用和充放電過程中對電池安全預(yù)警主要集中在對電池電壓和電池溫度的監(jiān)測預(yù)警方面。電池電壓預(yù)警的方式最常用的就是直接監(jiān)測電池模組的端電壓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池模組出現(xiàn)異常的電壓下降和異常的電壓上升時即表明模組內(nèi)至少有一節(jié)電池發(fā)生了斷路或是過充的情況，該方法的優(yōu)點是系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)電池的故障情況，但缺點是無法精確的找到失效的電池所在的位置，這大大增加了電池系統(tǒng)后續(xù)的檢修和維護(hù)的工作量。電池溫度的預(yù)警方式通常是在電池表面貼放熱電偶或溫度傳感片以實時監(jiān)測電池表面的溫度，這種監(jiān)測方法的優(yōu)點是監(jiān)測成本較低，對電池表面溫度的監(jiān)測實時準(zhǔn)確，缺點在于由于電池在徑向的低導(dǎo)熱率會使得電池表面的溫升嚴(yán)重滯后于電池內(nèi)部的溫升，對電池內(nèi)部實際溫度的判斷存在嚴(yán)重的誤差，而且當(dāng)溫度傳感器檢測到電池快速溫升時電池實際可能早已進(jìn)入不可逆轉(zhuǎn)的熱失控狀態(tài)，無法起到實時監(jiān)測預(yù)警的作用。

當(dāng)車輛在正常行駛或駐車停泊過程中如果遭遇不可預(yù)估的機械濫用工況時，將會對電池系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的擠壓，在擠壓發(fā)生的初期，由于電池本身結(jié)構(gòu)尚未遭到致命性的破壞，電池此時可能不會出現(xiàn)起火和爆炸等狀況，但隨著時間的推移受損的電池將在自身電化學(xué)反應(yīng)的作用下進(jìn)一步破壞電池結(jié)構(gòu)最終使得電池進(jìn)入熱失控狀態(tài)使得電池系統(tǒng)出現(xiàn)燃燒起火甚至爆炸的事故。電池系統(tǒng)對于機械濫用工況的監(jiān)測和預(yù)警仍然停留在對電池模組和電壓的監(jiān)測方面，由于電池系統(tǒng)的高容量，在遭遇機械濫用工況時電池的能量不會發(fā)生明顯的變化，同時電池的荷電狀態(tài)(State-of-Charge,SOC)不會發(fā)生明顯變化，這導(dǎo)致了電池的電壓在電池受損的初期不會發(fā)生明顯的改變因而不能夠觸發(fā)電池的安全預(yù)警，同時如前文介紹的由于電池徑向?qū)崧瘦^低的原因，從溫度方面預(yù)警電池的安全存在較大的滯后。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖布拉格光柵的動力電池及其監(jiān)測系統(tǒng)和方法，能夠提高動力電池溫度的檢測精度，同時解決動力電池安全預(yù)警滯后的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種基于光纖布拉格光柵的動力電池，包括：正極、電芯、負(fù)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(fù)極之間，所述光纖通管依次穿過所述正極、電芯和負(fù)極，所述光纖通管的兩端分別固定于正極和負(fù)極上；所述光纖布拉格光柵置于所述光纖通管內(nèi)，所述薄膜溫度傳感器貼附于所述光纖布拉格光柵上。

可選的，所述正極、電芯和負(fù)極組成的結(jié)構(gòu)中間有通孔，所述通孔在惰性氣體環(huán)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(fù)極。

可選的，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。

可選的，所述光纖通管與正極的接觸部分通過硅酮密封膠密封。