CN109632131B - 一种锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器及其测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器及其测温方法，包括光纤，光纤上设有1个或多个光纤光栅，且在光纤光栅外部设有封装机构；封装机构上开设有与锂电池极柱形状适配的孔。测温时，将设有封装机构的光纤光栅安装在每个锂电池单体的极柱上，每一个光纤光栅监测与之对应的锂电池单体的温度；将光纤接入光纤光栅解调仪即测得每一个光纤光栅的反射中心波长，再根据反射中心波长与温度之间的关系，计算得到相应锂电池单体的温度值该传感器可以方便地安装在锂电池组的各个电池单体的极柱上，实现对每一个电池单体的温度监测，由于光纤是光学无源器件，所以其抗干扰能力强、可靠性高。

Description

一种锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器及其测温方法

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器及其测温方法。

背景技术

光纤光栅传感器作为一种新型光纤无源器件，以其全光传输、抗电磁干扰、耐腐蚀、高电绝缘性、低传输损耗、测量范围宽、便于复用成网、可微型化等优点，得到世界范围内的广泛关注，成为传感领域内发展最快的技术之一，在土木工程、航空航天、石油化工、电力、医疗、船舶工业等领域取得广泛应用。

电化学储能是目前最前沿的储能技术，其中，锂离子电池以其能量密度大、功率密度和能量转换率高、质量轻等优点，成为当前最具有应用前景的储能技术。锂电池组是现有的大规模储能技术的重要组成部分，其通过串并联大量的锂电池单体而构成。锂电池在工作过程中由于其内部发生化学、电化学反应等原因会有大量热量聚集使其温度过高而缩短其使用寿命和产生安全问题，而且锂电池单体间的温度差异性、不均衡性会影响整个锂电池组的寿命。

目前，对储能锂电池组的温度监测普遍采用的是热敏电阻或者热电偶的方法，若是要对锂电池组的每一个锂电池单体进行监测，需要器件个数多，接线复杂且其测量信号易受电磁环境的干扰。所以，以上两种方法不适用于大规模储能锂电池组的温度监测。另外，现有的方法主要是将传感器固定在锂电池的外壳或者接线片进行温度监测，然而锂电池在工作过程中发热最大点是极柱，其更能反应锂电池内部的发热情况。但是，现有技术中还未见对极柱进行温度测量的传感器。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器及其测温方法，该传感器结构设计合理，布置简单，抗干扰能力强，能够实现每个电池单体的温度监测，结果可靠性强。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器，包括光纤，光纤上设有1个或多个光纤光栅，且在光纤光栅外部设有封装机构；封装机构上开设有与锂电池极柱形状适配的孔。

优选地，所述封装机构包括传感器基体和基体盖片，传感器基体为中空的圆柱形薄片，沿传感器基体侧壁的圆周方向开设有用于固定光纤光栅的通槽I和用于固定基体盖片的通槽II，基体盖片上开设有供光纤穿过的通孔。

进一步优选地，光纤光栅通过粘结剂固定于通槽I内，且光纤光栅在通槽I内呈松弛状态。

进一步优选地，通槽I和通槽II均为矩形通槽，且通槽I的深度大于通槽II的深度。

进一步优选地，光纤通过密封胶与基体盖片固化密封。

进一步优选地，中空的传感器基体上表面和下表面的形状与待监测的锂电池极柱形状相适配。

更进一步优选地，传感器基体上表面为圆孔，下表面为六边形孔，且传感器基体上的圆孔和六边形孔与锂电池极柱相适配的间隙处填满导热胶。

进一步优选地，传感器基体和基体盖片采用铝合金制成。

本发明还公开了基于上述的锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器的测温方法，包括以下步骤：

1)根据待测锂离子电池组中锂离子电池的数量在一根光纤上串联设置对应数量的光纤光栅，且每一个光纤光栅外均设有封装机构；

2)将设有封装机构的光纤光栅安装在每个锂电池单体的极柱上，每一个光纤光栅监测与之对应的锂电池单体的温度；

3)将光纤接入光纤光栅解调仪即测得每一个光纤光栅的反射中心波长，再根据反射中心波长与温度之间的关系，计算得到相应锂电池单体的温度值。

优选地，一根光纤上能够串联2～40个光纤光栅。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器，包括光纤和用于封装光纤光栅的封装机构，封装机构开设的孔可与锂电池极柱相配合，可以方便地安装在锂电池组的各个电池单体的极柱上，实现对每一个电池单体的温度监测，由于光纤是光学无源器件，所以其抗干扰能力强、可靠性高。

进一步地，封装机构由传感器基体和基体盖片组成，传感器基体为圆柱状薄片，在其侧壁上开设用于封装光纤光栅的通槽，用基体盖片进一步封装将光纤固化密封。能够避免传感器基体受热膨胀进而拉动光纤光栅，从而影响测量结果。

进一步地，传感器基体的上、下表面的形状与待监测的锂电池极柱的形状相适配，可与锂电池极柱相配合，十分便捷的安装在锂离子电池的极柱上，方便测量。

进一步地，可在一根光纤上根据需要设置多个光纤光栅，且每个光纤光栅均由传感器基体和基体盖片进行封装，且都安装在锂电池组中不同的电池单体上，从而只需一根光纤就可实现同时监测锂电池组中各个电池单体的温度，布置简单。

进一步地，由于光纤是光学无源器件，所以其抗干扰能力强、可靠性高；同时，根据光纤光栅解调仪的性能参数和光纤光栅测量温度的范围，一根光纤上最多可扩展30～40个光纤光栅。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的局部结构示意图；

图3为本发明的传感器基体俯视图；

图4为本发明的基体盖片结构示意图；

图5-1为本发明在锂电池单体上的安装示意图；

图5-2为本发明在锂电池组上的安装示意图。

其中：1-光纤；2-传感器基体；3-基体盖片；4-光纤光栅；5-通槽I；6-通槽II；7-六边形孔；8-圆孔；9-通孔；10-锂电池单体；11-锂电池极柱。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明公开的一种锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器，包括光纤1、传感器基体2和基体盖片3；所述光纤1上设置有光纤光栅4，所述的光纤光栅4由所述传感器基体2和基体盖片3进行封装。

参见图3和图4，所述传感器基体2沿圆周方向开有通槽Ⅰ5和通槽Ⅱ6，通槽Ⅰ5和通槽Ⅱ6为矩形通槽。用粘结剂将所述光纤光栅4呈松弛状态固定到通槽Ⅰ5内，避免传感器基体2受热膨胀进而拉动光纤光栅4从而影响测量结果，用粘结剂将所述基体盖片3固定到通槽Ⅱ6内。所述传感器基体2是圆柱形薄片，开有六边形孔7和圆孔8可与锂电池极柱11相配合。所述基体盖片3上开有通孔9，用于通过所述光纤1，且利用密封胶将所述基体盖片3与所述光纤1固化密封。

参见图5-1，所述传感器基体2上的六边形孔7和圆孔8与锂电池极柱11相配合的间隙处填满导热胶，增加了锂电池极柱11和传感器基体2之间的导热率以提高温度测量的准确性。

优选地，所述传感器基体2和基体盖片3采用导热系数较高的铝合金制成。

参见图5-2，所述光纤1上可根据需要设置相应数量的光纤光栅4，且每个光纤光栅4均由所述传感器基体2和基体盖片3进行封装。如图5-2所示，该锂电池组中共有12个锂电池单体10，每个锂电池极柱11的正极上均安装了带封装结构的光纤光栅4，每一个光纤光栅4分别监测与之对应的锂电池单体10的温度，这些光纤光栅4串接在同一根光纤1上。将光纤1接入光纤光栅解调仪即可测量每一个光纤光栅4的反射中心波长，再根据反射中心波长与温度之间的关系，即可计算得到相应锂电池单体10的温度值。根据光纤光栅解调仪的性能参数和光纤光栅4测量温度的范围，一根光纤1上最多可扩展30～40个光纤光栅4。需要说明的是，图中监测的锂离子电池组中锂离子电池单体串联排布，排布方式不影响监测结果，还可以是并联或者串并结合的排布方式。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器，其特征在于，包括光纤（1），光纤（1）上设有1个或多个光纤光栅（4），且在光纤光栅（4）外部设有封装机构；设有封装机构的光纤光栅（4）安装在每个锂电池单体的极柱上，用于实现对每一个电池单体的温度监测，封装机构上开设有与锂电池极柱形状适配的孔；

所述封装机构包括传感器基体（2）和基体盖片（3），传感器基体（2）为中空的圆柱形薄片，沿传感器基体（2）侧壁的圆周方向开设有用于固定光纤光栅（4）的通槽I（5）和用于固定基体盖片（3）的通槽II（6），基体盖片（3）上开设有供光纤（1）穿过的通孔（9）；光纤（1）通过密封胶与基体盖片（3）固化密封；传感器基体（2）上表面和下表面的形状与待监测的锂电池极柱形状相适配；

光纤光栅（4）通过粘结剂固定于通槽I（5）内，且光纤光栅（4）在通槽I（5）内呈松弛状态；

通槽I（5）和通槽II（6）均为矩形通槽，且通槽I（5）的深度大于通槽II（6）的深度；

传感器基体（2）上表面为圆孔（8），下表面为六边形孔（7），且传感器基体（2）上的圆孔（8）和六边形孔（7）与锂电池极柱相适配的间隙处填满导热胶。

2.根据权利要求1所述的锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器，其特征在于，传感器基体（2）和基体盖片（3）采用铝合金制成。

3.基于权利要求1~2中任意一项所述的锂电池组温度测量用的光纤光栅传感器的测温方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）根据待测锂离子电池组中锂离子电池的数量在一根光纤（1）上串联设置2~40个光纤光栅（4），且每一个光纤光栅（4）外均设有封装机构；

2）将设有封装机构的光纤光栅（4）安装在每个锂电池单体的极柱（11）上，每一个光纤光栅（4）监测与之对应的锂电池单体（10）的温度；

3）将光纤（1）接入光纤光栅解调仪即测得每一个光纤光栅（4）的反射中心波长，再根据反射中心波长与温度之间的关系，计算得到相应锂电池单体（10）的温度值。

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