CN115248064A - 一种电池模组检测方法及检测系统 - Google Patents

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CN115248064A CN202210614986.6A CN202210614986A CN115248064A CN 115248064 A CN115248064 A CN 115248064A CN 202210614986 A CN202210614986 A CN 202210614986A CN 115248064 A CN115248064 A CN 115248064A
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strain sensor
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fiber grating
battery module
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罗斌
郁辰
刘思
邓朝婷
侯敏
曹辉
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Shanghai Ruipu Energy Co Ltd
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Abstract

本发明涉及电池检测技术领域，公开了一种电池模组检测方法及检测系统，包括向测量光纤发射第一测量激光和第二测量激光，并接收反射激光；将反射激光分离形成反射光谱，根据反射光谱确定电池模组指定位置的温度以及形变。本发明具有以下优点和效果：本申请采用采用光栅形变会导致反射光的中心波长产生变化的原理来测量温度和形变，利用本申请，传输信号的过程是传递的光信号，传输过程都在光纤中，外界很难干扰到光信号传递，抗干扰能力强、信号传递更为精准，同时其本身光强度也因此可以设置得很低，进而本身发热远小于电驱动的传感器，而且对光信号的解析可以放在电池外，进一步降低了热干扰。

Description

一种电池模组检测方法及检测系统
技术领域
本申请涉及电池检测技术领域，具体涉及一种电池模组检测方法 及检测系统。
背景技术
目前，在电池模组中通常包括多个电池，多个电池可以通过汇流 排等结构实现串联或并联，以向外输出电能；为了对电池的温度进行 有效监控，可以在电池模组中设置温度采集单元，通常温度采集单元 通过汇流排等结构传递电池的热量，间接采集电池的温度。
但是目前的现有技术中，传感器主要是电驱动的，对电池温度的 采集通常采用单点采温法，也即每次采集一个时间点的温度，间隔采 集防止电驱动的传感器大量发热影响采集准确率，难以进行电池温度 连续监控。同时，现有的采温技术也通常是对电信号的检测，在电池 较为复杂的电磁环境、以及复杂的温度环境中容易受到干扰。同时现 有温度传感器无法同时采集电池间热膨胀应力，如果想要对电池的变 形进行监测需要另外布置一套传感器系统，又进一步加剧了对温度传 感器的热干扰。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种电池模 组检测方法及检测系统，发热量极低，可以对电池进行长时间连续热 监测，并且传输的都是光信号，抗干扰能力强，还能同时监测电池间 热膨胀应力。
为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：
一方面，本申请提供一种电池模组检测方法，包括：
所述电池模组包括多个电芯，每一所述电芯连接有一用于测量该 电芯温度的第一光纤光栅应变传感器，相邻两个电芯之间设置有一用 于测量该相邻两个电芯之间形变的第二光纤光栅应变传感器，所有的 第一光纤光栅应变传感器和第二光纤光栅应变传感器串联于一测量 光纤；
所述检测方法包括：
向测量光纤发射第一测量激光和第二测量激光，并接收反射激光；
将反射激光分离形成反射光谱，根据反射光谱确定电池模组指定 位置的温度以及形变。
在一些优选的实施例中，所述电池模组的电芯分为若干个电芯组， 每个电芯组包含有一个或多个电芯；
同一个电芯组内的各个电芯所安装的第一光纤光栅应变传感器 为全同的，不同电芯组内的电芯所安装的第一光纤光栅应变传感器的 中心波长区间互相不重叠，
和/或，每组电芯内相邻电芯之间所安装的第二光纤光栅应变传 感器为全同的，将位于同一组电芯内的第二光纤光栅应变传感器、或 者位于相同两组电芯之间的第二光纤光栅应变传感器归为一个第二 光纤光栅应变传感器组，不同的第二光纤光栅应变传感器组内第二光 纤光栅应变传感器的中心波长区间互相不重叠；
任意第二光纤光栅应变传感器和任一第一光纤光栅应变传感器 的中心波长区间均不重叠。
在一些优选的实施例中，所述电池模组检测方法还包括如下步骤：
对每个电芯组进行编号，并将第一光纤光栅应变传感器的中心波 长区间与该第一光纤光栅应变传感器所在的电芯组的编号进行关联， 以得到温度-电芯寻址定位编码；
根据反射光谱确定电池模组指定位置的温度包括，如下步骤：
通过温度-电芯寻址定位编码，找到位于电池模组指定位置的电 芯组中第一光纤光栅应变传感器的中心波长区间；
根据该第一光纤光栅应变传感器的中心波长区间，从反射光谱中 划分出位于该第一光纤光栅应变传感器中心波长区间内的第一光功 率曲线；
根据第一光功率曲线峰值确定该第一光纤光栅应变传感器的反 射中心波长；
根据该第一光纤光栅应变传感器中心反射波长和该第一光纤光 栅应变传感器的材料参数，求得该第一光纤光栅应变传感器所处环境 的温度，作为电池模组指定位置的温度。
在一些优选的实施例中，从反射光谱中划分出位于该第一光纤光 栅应变传感器中心波长区间内的第一光功率曲线包括如下步骤：
从反射光谱中选择波长位于该第一光纤光栅应变传感器中心波 长区间的点，通过高斯拟合得到拟合曲线作为第一光功率曲线；
所述确定第一光纤光栅应变传感器的反射中心波长包括如下步 骤：
选择第一光功率曲线的峰值点，将峰值点对应的波长值作为反射 中心波长。
在一些优选的实施例中，所述根据该第一光纤光栅应变传感器中 心反射波长和该第一光纤光栅应变传感器的材料参数，求得该第一光 纤光栅应变传感器所处环境的温度，由如下公式计算：
Figure BDA0003672833550000031
其中：
T为该第一光纤光栅应变传感器所处环境的温度；
Tt为标准状态下的环境温度；
Δλt为该第一光纤光栅应变传感器的反射中心波长与标准状态下 该第一光纤光栅应变传感器的反射中心波长的差值；
λt为该第一光纤光栅应变传感器的反射中心波长；
αt为该第一光纤光栅应变传感器中光栅材料的热光系数；
ζt为该第一光纤光栅应变传感器中光栅材料的热胀系数。
在一些优选的实施例中，所述电池模组检测方法还包括如下步骤：
对每个电芯组所处区域、以及相邻电芯组之间的区域进行编号， 并将第二光纤光栅应变传感器的中心波长区间与该第二光纤光栅应 变传感器所在区域的编号进行关联，以得到形变-电芯寻址定位编码；
根据反射光谱确定电池模组指定位置的形变包括如下步骤：
通过形变-电芯寻址定位编码，找到位于电池模组指定位置的电 芯组中第二光纤光栅应变传感器的中心波长区间；
利用待测第二光纤光栅应变传感器的中心波长区间从反射光谱 中划分出第二光功率曲线，并根据第二光功率曲线求得待测第二光纤 光栅应变传感器的形变量；
将位于电池模组指定位置内且处于形变方向上的所有待测第二 光纤光栅应变传感器的形变量求和，作为电池模组指定位置的形变。
在一些优选的实施例中，所述电池模组检测方法，还包括如下步 骤：
对每个第一光纤光栅应变传感器和第二光纤光栅应变传感器分 别进行编号，并将第二光纤光栅应变传感器的编号与该第二光纤光栅 应变传感器距离最近的第一光纤光栅应变传感器的编号进行关联，以 得到形变位置寻址编码；
从反射光谱中划分出第二光功率曲线包括如下步骤：
从反射光谱中选择位于待测第二光纤光栅应变传感器的中心波 长区内的点，通过高斯拟合得到第二光功率曲线；
根据第二光功率曲线求得形变量包括如下步骤：
求出第二光功率曲线峰值，并找出第二光功率曲线峰值对应的波 长；
根据形变位置寻址编码找到距离待测第二光纤光栅应变传感器 最近的第一光纤光栅应变传感器，提取该第一光纤光栅应变传感器测 得的温度值对第二光功率曲线峰值对应的波长进行修正得到待测第 二光纤光栅应变传感器的反射中心波长，并根据反射中心波长以及待 测第二光纤光栅应变传感器的材料参数求出待测第二光纤光栅应变 传感器的形变量。
在一些优选的实施例中，提取该第一光纤光栅应变传感器测得的 温度值对第二光功率曲线峰值对应的波长进行修正得到待测第二光 纤光栅应变传感器的反射中心波长，并根据反射中心波长以及待测第 二光纤光栅应变传感器的材料参数求出待测第二光纤光栅应变传感 器的形变量，由如下公式计算：
Figure BDA0003672833550000051
其中：
Δε为待测第二光纤光栅应变传感器的形变量；
ΔT为距离待测第二光纤光栅应变传感器最近的第一光纤光栅应 变传感器测得的温度值与标准状态的温度差值；
λε为待测第二光纤光栅应变传感器的第二光功率曲线峰值；
αε为待测第二光纤光栅应变传感器材料的热光系数；
ζε为待测第二光纤光栅应变传感器材料的热胀系数；
pe为待测第二光纤光栅应变传感器材料的弹光系数。
另一方面，本申请还提供一种电池模组检测检测系统，用于测量 包括多个电芯的电池模组，包括：
安装于电池模组的光纤光栅应变传感器，包括用于测量每个电芯 温度的第一光纤光栅应变传感器和用于测量相邻电芯之间形变的第 二光纤光栅应变传感器，所有的光纤光栅应变传感器通过测量光纤串 联；
光处理模块，连接于测量光纤，其用于将激光导向测量光纤以及 从测量光纤接收反射光；
用于分析反射光的光波解调模块，其与光处理模块连接；
用于提供激光扫描仪，其连接于光处理模块以及光波解调模块。
在一些优选的实施例中，所述光纤光栅应变传感器包括：
纤芯，其与测量光纤连接；
保护层，其覆盖外纤芯外，且保护层的折射率小于纤芯；
增敏层，其覆盖于保护层外；
绝缘层，其包覆于增敏层外。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请的电池模组检测方法及检测系统，由于采用光栅形变会导 致反射光的中心波长产生变化的原理，设置了第一光纤光栅应变传感 器和第二光纤光栅应变传感器，第一光纤光栅应变传感器采用受热膨 胀较为强烈的材料制成，可以在受热时将光栅拉长，受冷时收缩，导 致中心波长产生变化。而第二光纤光栅应变传感器类似，当电池热膨 胀时会将第二光纤光栅应变传感器拉伸，导致中心波长也产生变化。 而中心波长的变化幅度一般在皮米级别，所以各个光纤光栅应变传感 器在标准状态下的中心波长间隔很小距离后，就使得每个光纤光栅应 变传感器具有特有的反射光波长变化区间，所以只需要读取反射激光 的中心波长，就可以定位到特定位置的光纤光栅应变传感器，同时通 过反射激光的中心波长偏离标准状态下反射激光的中心波长幅度，就 可以知道对应光纤光栅应变传感器相较于标准状态下的变化情况，进 而知晓温度、压力变化位置和幅度。
而利用本申请，传输信号的过程是传递的光信号，传输过程都在 光纤中，外界很难干扰到光信号传递，抗干扰能力强、信号传递更为 精准，同时其本身光强度也因此可以设置得很低，进而本身发热远小 于电驱动的传感器，而且对光信号的解析可以放在电池外，进一步降 低了热干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例 描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的 附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个安装在电池模组上内的结构示意图。
图2为图1所示实施例的俯视图。
图3为图2所示实施例中，隐去电池模组的结构示意图。
图4为图1所示实施例中光纤光栅应变传感器的结构示意图。
附图标记：
1、第一光纤光栅应变传感器；2、第二光纤光栅应变传感器；3、 光处理模块；4、光波解调模块；5、激光扫描仪；6、纤芯；7、保护 层；8、增敏层；9、绝缘层。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下 面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之 间未构成冲突就可以相互组合。
本申请提供一种电池模组检测方法的实施例，如图1所示，上述 电池模组由多个电芯组成，在本申请中一共有三十个电芯，分两纵列 排布，每列十五个电芯，相邻电芯之间有连接结构将相对位置进行固 定。而每个电芯顶部安装有第一光纤光栅应变传感器1，相邻两个电 芯安装有第二光纤光栅应变传感器2，所有的第一光纤光栅应变传感 器1和第二光纤光栅应变传感器2都通过一根测量光纤串联。其中第 一光纤光栅应变传感器1是用来测量电芯温度的，理论上可以设置在 任意适合的位置，但是为了方便测量光纤的直线排布，减少对光纤的 损耗以及对光信号的损耗，一般设置在空间开阔的顶部，同理第二光 纤光栅应变传感器2的两端安装在相邻两个电芯的顶部，在图1所示 电池模组里，电芯两纵列之间预留有一定的空间，形变不会影响电芯 之间的位置，所以第二光纤光栅应变传感器2都是安装在一纵列的长 度方向上。
同时，第一光纤光栅应变传感器1会因为温度产生形变，导致其 反射光的中心波长产生变化，而每个第一光纤光栅应变传感器1的反 射光的中心波长变化范围都构成一个波长区间，称为中心波长区间， 第二光纤光栅应变传感器2主要受拉力或压力而变化，其效果与第一 光纤光栅应变传感器1相似，也具有中心波长区间。有一些情况下会 因为反射光的中心波长会因为外界的扰动而产生超范围的变化，而为 了避免这个情况有一些实施例的中心波长区间会略微向外拓展一些， 例如铭牌上的第一光纤光栅应变传感器1的适用范围是-20～100℃， 而其实际中心波长区间会对应-40～120℃时的变化范围，以确保在扰动下也能有效的测量。
而上述检测方法包括：
向测量光纤发射第一测量激光和第二测量激光，并接收反射激光。 具体的，第一测量激光需要涵盖所有第一光纤光栅应变传感器1的中 心波长区间，第二测量激光徐亚涵盖所有第二光纤光栅应变传感器2 的中心波长区间。同时，由于第一光纤光栅应变传感器1和第二光纤 光栅应变传感器2的中心波长变化量通常在皮米级，所以第一测量激 光和第二测量激光的都很容易涵盖相应的中心波长区间。
将反射激光分离形成反射光谱，根据反射光谱确定电池模组指定 位置的温度以及形变。具体的，第一光纤光栅应变传感器1和第二光 纤光栅应变传感器2的中心波长区间具有独特性，可以根据一定的算 法从中分离出反射光谱中某个区间具体对应哪个第一光纤光栅应变 传感器1和第二光纤光栅应变传感器2，从而知道反射光的极大值， 来确定温度或形变。同时，通常为了方便区分温度和形变，第一光纤 光栅应变传感器1的所有反射光波长范围和第二光纤光栅应变传感 器2的所有反射光的波长范围相距甚远，例如在本实施例中，第一测 量激光的波长范围为1525nm～1570nm，反射光并不改变波长，所以 所有第一光纤光栅应变传感器1的反射光的波长范围也在 1525nm～1570nm之间，第二测量激光的波长范围为1260nm～1360nm， 所以所有第二光纤光栅应变传感器2的波长范围也在 1260nm～1360nm之间，这样可以很方便的区分两者，降低测量错误 率。同时第一测量激光和第二测量激光通过光路分时复用方式循环发 送，这样接受反射光的时间也是有所不同的，也可以辅助排除明显错 误数据，降低测量错误率。
但是上面的方法在每次测量时都是全部解算，输出全部数据，在 有一些情况下，并不需要精确知道每一个电芯的情况，而只需要一些 粗略的数据来节省通讯通道或者计算机算力。
因此在一些优选的实施例中，上述电池模组的电芯分为若干个电 芯组，每个电芯组包含有一个或多个电芯。其具体的，电芯模组的划 分方式要按照需求来进行，如果需要精确知道每个电芯的数据，就将 一个电芯划分为一个电芯组，如果有一些地方，比如在边缘的、或者 靠近冷源的电芯，我们没有必要去探测所有电芯的精确数据，就可以 将这几个电芯划分为一组。
同一个电芯组内的各个电芯所安装的第一光纤光栅应变传感器1 为全同的，不同电芯组内的电芯所安装的第一光纤光栅应变传感器1 的中心波长区间互相不重叠。
和/或，每组电芯内相邻电芯之间所安装的第二光纤光栅应变传 感器2为全同的，将位于同一组电芯内的第二光纤光栅应变传感器2、 或者位于相同两组电芯之间的第二光纤光栅应变传感器2归为一个 第二光纤光栅应变传感器2组，不同的第二光纤光栅应变传感器2组 内第二光纤光栅应变传感器2的中心波长区间互相不重叠。具体的， 每组电芯之间安装的第一光纤光栅应变传感器1和第二光纤光栅应 变传感器2均不同，就可以从对应第一光纤光栅应变传感器1或第二 光纤光栅应变传感器2的中心波长区间来确定反射光中哪一部分是 所需要的数据。
任意第二光纤光栅应变传感器2和任一第一光纤光栅应变传感 器1的中心波长区间均不重叠。
一些实施例中，是按照光谱的顺序采集得到电芯的温度和形变变 化。但是如果期望仅知道其中特定区域内的电芯的温度和形变，就非 常困难，需要通过整个反射光谱解算出来所有电芯的温度和形变后， 挑选其中的特定区域的电芯，非常浪费算力和通讯空间。
因此在一些优选的实施例中，所述电池模组检测方法还包括如下 步骤：
对每个电芯组进行编号，并将第一光纤光栅应变传感器1的中心 波长区间与该第一光纤光栅应变传感器1所在的电芯组的编号进行 关联，以得到温度-电芯寻址定位编码。其具体的，例如将电芯组编号 为ST1、ST2、ST3……，将对应的第一光纤光栅应变传感器1的中心 波长区间记为λ1、λ2……，然后将其一一对应，在需要知道编号为 ST1的电芯组的温度时，通过查询温度-电芯寻址定位编码就可以知 道其安装的第一光纤光栅应变传感器1的区间为λ1，就可以对反射 谱上波长区间为λ1的部分进行计算，得到温度，这样无需将整个反 射光谱全部计算出来，降低了计算成本。
而在上面的基础下，根据反射光谱确定电池模组指定位置的温度 包括，如下步骤：
通过温度-电芯寻址定位编码，找到位于电池模组指定位置的电 芯组中第一光纤光栅应变传感器1的中心波长区间。具体的，假如要 找到编号ST2的电芯组所在的位置的温度时，先根据温度-电芯寻址 编码找到编号ST2对应的中心波长区间λ2。
根据该第一光纤光栅应变传感器1的中心波长区间，从反射光谱 中划分出位于该第一光纤光栅应变传感器1中心波长区间内的第一 光功率曲线。具体的，中心波长区间会有一个范围，根据这个范围从 反射光谱中相应的区域内划出对应这一个第一光纤光栅应变传感器1 的反射光谱，将反射光谱处理成横坐标为波长，纵坐标为光功率的曲 线作为第一光功率曲线。
根据第一光功率曲线峰值确定该第一光纤光栅应变传感器1的 反射中心波长。具体的，第一光纤光栅应变传感器1具有独特的反射 光谱，其在特定波长下有最大的反射光强度，这个波长就是第一光纤 光栅应变传感器1的反射中心波长。
根据该第一光纤光栅应变传感器1中心反射波长和该第一光纤 光栅应变传感器1的材料参数，求得该第一光纤光栅应变传感器1所 处环境的温度，作为电池模组指定位置的温度。具体的，每个第一光 纤光栅应变传感器1的反射光的中心波长和第一光纤光栅应变传感 器1所处环境温度是一一对应的，所以可以直接根据反射光的中心波 长来确定第一光纤光栅应变传感器1所处环境的温度，查询对应关系 可以用查表、建模等各种方式。
而更进一步的，反射光谱通常是采用耦合器等装置对反射光进行 处理得来的，而这类仪器处理得到的结果是一系列单点，每个单点之 间间隔一定的波长，而非连续光谱，如果直接寻找最高的单点作为峰 值，很容易错过真正的最高点。
因此，在一些优选的实施例中，还包括如下步骤：
从反射光谱中划分出位于该第一光纤光栅应变传感器1中心波 长区间内的第一光功率曲线包括如下步骤：
从反射光谱中选择波长位于该第一光纤光栅应变传感器1中心 波长区间的点，通过高斯拟合得到拟合曲线作为第一光功率曲线。具 体的，高斯拟合是将数据点整合成接近正态分布的拟合方式，而每个 第一光纤光栅应变传感器1的反射光谱在正常情况就是正态分布的， 找到高斯拟合后得到的曲线的峰值，可以作为第一光功率曲线的峰值， 更接近实际峰值。
所述确定第一光纤光栅应变传感器1的反射中心波长包括如下 步骤：
选择第一光功率曲线的峰值点，将峰值点对应的波长值作为反射 中心波长。
而其中一种更为准确的实施例中，所述根据该第一光纤光栅应变 传感器1中心反射波长和该第一光纤光栅应变传感器1的材料参数， 求得该第一光纤光栅应变传感器1所处环境的温度，由如下公式计 算：
Figure BDA0003672833550000131
其中：
T为该第一光纤光栅应变传感器1所处环境的温度；
Tt为标准状态下的环境温度；
Δλt为该第一光纤光栅应变传感器1的反射中心波长与标准状态 下该第一光纤光栅应变传感器1的反射中心波长的差值；
λt为该第一光纤光栅应变传感器1的反射中心波长；
αt为该第一光纤光栅应变传感器1中光栅材料的热光系数；
ζt为该第一光纤光栅应变传感器1中光栅材料的热胀系数。
具体的，其中标准状态为第一光纤光栅应变传感器1在出厂检 测时所标定的环境状态，一般为在室温以及不受外力的状态，一般 的计算方法里第一步都是计算出现有状态和标准状态的差异，然后 再与标准状态计算后得到现有状态。
一些实施例中，为了确定电池模组中某个部分的形变，需要将 对应的区域和第二光纤光栅应变传感器2做一个对应。因此在一些 优选的实施例中，还包括：
对每个电芯组所处区域、以及相邻电芯组之间的区域进行编 号，并将第二光纤光栅应变传感器2的中心波长区间与该第二光纤 光栅应变传感器2所在区域的编号进行关联，以得到形变-电芯寻址 定位编码。具体的，在一般的以一个电芯为一组的精准统计的电池 模组中，只需要将相邻两个电芯之间的区域依顺序编号。但是有一 些实施例中，电池模组中的有一些区域无需精确计算，所以会划分 成多个电池组，电池组内算一个区域，电池组之间算一个区域，对 这样进行编号。应当注意的是，由于对温度因素影响的条件以及对形变因素影响的条件各有不同，所以有一些实施例中在测量温度和 测量形变时，电芯组的划分方式不同。
根据反射光谱确定电池模组指定位置的形变包括如下步骤：
通过形变-电芯寻址定位编码，找到位于电池模组指定位置的电 芯组中第二光纤光栅应变传感器2的中心波长区间。
利用待测第二光纤光栅应变传感器2的中心波长区间从反射光 谱中划分出第二光功率曲线，并根据第二光功率曲线求得待测第二 光纤光栅应变传感器2的形变量。具体的，在有一些实施例中，将 多个电芯组划分为一个区域，这种情况下一般变化较小，所以只需 要挑选其中最大的作为所有电芯的形变量即可。
将位于电池模组指定位置内且处于形变方向上的所有待测第二 光纤光栅应变传感器2的形变量求和，作为电池模组指定位置的形 变。具体的，在图1所示实施例中，由于电芯排布整齐，所以第二 光纤光栅应变传感器2的排布也很整齐，电芯的形变方向仅有一个方向。而有的实施例中，因为电芯材质等各种因素，导致有些电芯 的形变方向不同，这里就要提前记录各个第二光纤光栅应变传感器 2的方向，在计算形变时做取舍。
一些情况下，电池发热并不严重，同时第二光纤光栅应变传感 器2采用了热膨胀系数低的材料，但是更一般的情况下，要考虑到 使用高弹性的材料制成第二光纤光栅应变传感器2以保证使用寿 命，许多高弹性的材料同时也具有较高的热膨胀系数，这就导致热量会影响形变的检测。
因此在一些优选的实施例中，所述电池模组检测方法，还包括 如下步骤：
对每个第一光纤光栅应变传感器1和第二光纤光栅应变传感器 2分别进行编号，并将第二光纤光栅应变传感器2的编号与该第二 光纤光栅应变传感器2距离最近的第一光纤光栅应变传感器1的编 号进行关联，以得到形变位置寻址编码。具体的，在图1所示的实施例中，会将第一光纤光栅应变传感器1编号为ST1、ST2、ST3等 等，将第二光纤光栅应变传感器2编号为SP1、SP2、SP3等等，在 本实施例，如图3所示，第一光纤光栅应变传感器1和第二光纤光 栅应变传感器2是等距离间隔排布，每个第二光纤光栅应变传感器 2旁有两个第一光纤光栅应变传感器1，相近距离上温度差异一般不 大，所以任选一个第一光纤光栅应变传感器1的编号和第二光纤光 栅应变传感器2的编号作对应即可。
从反射光谱中划分出第二光功率曲线包括如下步骤：
从反射光谱中选择位于待测第二光纤光栅应变传感器2的中心 波长区内的点，通过高斯拟合得到第二光功率曲线。具体的，根据 中心波长区间从反射光谱上划分出来的点也是不连续的，所以也会 存在最高峰的点不一定是最高点，因此需要对反射光谱上的点进行 拟合，最终得到一个确定的第二光功率曲线。
根据第二光功率曲线求得形变量包括如下步骤：
求出第二光功率曲线峰值，并找出第二光功率曲线峰值对应的 波长；
根据形变位置寻址编码找到距离待测第二光纤光栅应变传感器 2最近的第一光纤光栅应变传感器1，提取该第一光纤光栅应变传感 器1测得的温度值对第二光功率曲线峰值对应的波长进行修正得到 待测第二光纤光栅应变传感器2的反射中心波长，并根据反射中心 波长以及待测第二光纤光栅应变传感器2的材料参数求出待测第二 光纤光栅应变传感器2的形变量。具体的，在要根据邻近第一光纤 光栅应变传感器1测量得到的温度值来修正，以减弱第二光纤光栅 温度传感器因为温度产生的形变带来的影响。
一些情况下，可以采用表格法，将第二光纤光栅应变传感器2 温度带来的形变量绘制成表格，在计算的时候查表就可以知道温度 带来的影响，进而修正温度带来的影响，但是，这种方法不够精 确，因此在一些优选的实施例中，提取该第一光纤光栅应变传感器1测得的温度值对第二光功率曲线峰值对应的波长进行修正得到待 测第二光纤光栅应变传感器2的反射中心波长，并根据反射中心波 长以及待测第二光纤光栅应变传感器2的材料参数求出待测第二光 纤光栅应变传感器2的形变量，由如下公式计算：
Figure BDA0003672833550000171
其中：
Δε为待测第二光纤光栅应变传感器2的形变量；
ΔT为距离待测第二光纤光栅应变传感器2最近的第一光纤光栅 应变传感器1测得的温度值与标准状态的温度差值；
λ_ε为待测第二光纤光栅应变传感器2的第二光功率曲线峰值；
α_ε为待测第二光纤光栅应变传感器2材料的热光系数；
ζ_ε为待测第二光纤光栅应变传感器2材料的热胀系数；
p_e为待测第二光纤光栅应变传感器2材料的弹光系数。
本申请还提供一种电池模组检测检测系统的实施例，包括光纤光 栅应变传感器、光处理模块3、光坡解调模块、测量光纤和激光扫描 仪5。本实施例用来测量包括多个电芯的电池模组。
其中光纤光栅应变传感器分为两种，一种是用来测量温度的第一 光纤光栅应变传感器1，和用来测量形变的第二光纤光栅应变传感器 2。第一光纤光栅应变传感器1和第二光纤光栅应变传感器2的数量 都有多个，第一光纤光栅应变传感器1安装在电芯的顶部，第二光纤 光栅应变传感器2安装在相邻的电芯之间。所有第一光纤光栅应变传 感器1和第二光纤光栅应变传感器2都通过一根测量光纤串联。
光处理模块3，连接于测量光纤，其用于将激光导向测量光纤以 及从测量光纤接收反射光。一般由多个仪器组成，在本实施例中包括 耦合器、高速分光器和扫描控制模块，扫描控制模块用来控制高速分 光器的运行，耦合器主要是接收激光扫描器的并发送给高速分光器， 高速分光器用于将激光分别传导至测量光纤中。
用于分析反射光的光波解调模块4，其与光处理模块3连接。具 体的，光波解调模块4也由多个部分组成的，例如在本实施例中，就 包括干涉仪、光电传感器、运算放大器、A/D转换器和数据处理器。 其中，在不同温度和不同应变下反射回不同的波长的反射光，因为反 射光实际上并不是完全仅限于光纤光栅应变传感器的中心波长区间 内，而是呈一个正态分布的状态，所以会有多束反射光，通过干涉仪 选择反射光强最大的光波，可以排除其他反射光，该光波通过光电传 感器实现光强最大波长信号到电信号的转换。
用于提供激光扫描仪5，其连接于光处理模块3以及光波解调模 块4。具体的，在本实施例中用于发射第一测量激光和第二测量激光。
进一步的，如图4所示，所述光纤光栅应变传感器包括线芯、保 护层7、增敏层8和绝缘层9。
光纤光栅传感器共有四部分组成，最内层是纤芯6，所述纤芯6 是利用特殊掺杂的纤芯6在不同入射光下纤芯6内部形成折射率不 同永久的空间相位光栅。在纤芯6的外侧有一层保护层7，所述保护 层7的折射率小于光芯的折射率，既能保护纤芯6，又可以实现光束在光纤内实现全反射。增敏层8为增加传感器对温度或应变的敏感 性，对于第一光纤光栅应变传感器1，所述增敏层8为热胀系数较大 的材料如紫铜等，对于第二光纤光栅应变传感器2，所述增敏层8为 弹性系数较大的材料如弹簧钢。最外层为绝缘层9，所述绝缘层9为 电池单体间绝缘材料，为防止增敏层8可能导致电池系统绝缘失效。
下面以对图1-3中一个标记为特殊的电芯组区域进行测量来进行 说明：
A1.将电池模组中的电芯按一个一组的方式分为多组，分别编号 为C1、C2……C30。每个电芯上安装有一个第一光纤光栅应变传感器 1，相应编号为ST1、ST2……ST30，电芯分为两列，每一列中相邻两 个电芯上安装有一个第二光纤光栅应变传感器2，第一列上的编号为 SP1、SP2……SP14，第二列上的编号为SP16、SP17……SP29，两个 数字编号相同的电芯Cn和第一光纤光栅应变传感器1STn的中心波 长区间作对应形成温度-电芯寻址定位编码，将第二光纤光栅应变传 感器2SPn的中心波长区间和两个电芯Cn和Cn+1对应形成形变-电 芯寻址定位编码，每个第二光纤光栅应变传感器2SPn和数字编号相 同的第一光纤光栅应变传感器1STn对应形成形变位置寻址编码，可 以汇总到一张表上，具体关系如下表1所示，同时，限于篇幅仅展示 其中前七个电芯上的的光纤光栅应变传感器的编码关系，其他电芯上 的对应关系可以以此类推，其中中心波长为标准状态下的中心波长。。
表1编码查询表
Figure BDA0003672833550000191
Figure BDA0003672833550000201
A2.激光扫描仪5通过光路分时复用方式循环发出C段光波： 波长1525nm～1570nm当做第一测量激光，以及O段光波：波长 1260nm～1360nm当做第二测量激光。各个光纤光栅应变传感器在不 同环境下产生不同的反射光，并接受反射激光。
A3.将反射激光通过干涉仪选择反射光强最大的光波，该光波通 过光电传感器实现光强最大波长信号到电信号的转换，电信号通过运 算放大器和A/D转换装置实现电信号放大并实现从模拟电信号到数 字信号的过程，最终得到反射光谱数据。
以电芯C4所在的电芯为例
当需要测量电芯C4所在的电芯的温度时，有如下步骤：
B1.通过温度-电芯寻址定位编码找到ST4的中心波长区间 [1520.8,1521.2]。
B2.将反射光谱上处于波长区间[1520.8,1521.2]内的部分划分出 来，通过高斯拟合形成第一光功率曲线。
B3.选择第一光功率曲线的峰值作为反射中心波长。
B4.通过下述公式计算出第一光纤光栅应变传感器1所处环境的 温度：
Figure BDA0003672833550000202
其中：
T为ST4所处环境的温度；
Tt为标准状态下的环境温度；
Δλt为ST4的反射中心波长与标准状态下ST4的反射中心波长的 差值；
λt为ST4的反射中心波长；
αt为ST4的热光系数；
ζt为ST4的热胀系数。
当需要测量电芯C4和电芯C5之间的形变时，包括如下步骤：
C1.通过形变-电芯寻址定位编码，找到SP4的中心波长区间 [1267.6,1268.4]。
C2.从反射光谱中划分出区间在[1267.6,1268.4]内的一系列点， 然后通过高斯拟合这些点得到第二光功率曲线。
C21.将第二光功率曲线的峰值作为SP4的中心波长。
C22.找到SP4对应的第一光纤光栅应变传感器1ST4，并得到 ST4测得的温度与其标准状态下的温差ΔT，然后通过下述公式计算 形变量
Figure BDA0003672833550000211
其中：
Δε为SP4的形变量；
ΔT为ST4测得的温度值与ST4标准状态的温度差值；
λε为SP4的第二光功率曲线峰值；
αε为SP4的热光系数；
ζε为SP4的热胀系数；
pe为SP4的弹光系数。
本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方 位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述 本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特 定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限 制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做 广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地 连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以 通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的 普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具 体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系 术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而 不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系 或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者 设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者 是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更 多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包 括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理 解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说 将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精 神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限 制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖 特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电池模组检测方法，其特征在于：
所述电池模组包括多个电芯，每一所述电芯连接有一用于测量该电芯温度的第一光纤光栅应变传感器(1)，相邻两个电芯之间设置有一用于测量该相邻两个电芯之间形变的第二光纤光栅应变传感器(2)，所有的第一光纤光栅应变传感器(1)和第二光纤光栅应变传感器(2)串联于一测量光纤；
所述检测方法包括：
向测量光纤发射第一测量激光和第二测量激光，并接收反射激光；
将反射激光分离形成反射光谱，根据反射光谱确定电池模组指定位置的温度以及形变。
2.根据权利要求1所述的一种电池模组检测方法，其特征在于，所述电池模组的电芯分为若干个电芯组，每个电芯组包含有一个或多个电芯；
同一个电芯组内的各个电芯所安装的第一光纤光栅应变传感器(1)为全同的，不同电芯组内的电芯所安装的第一光纤光栅应变传感器(1)的中心波长区间互相不重叠，
和/或，每组电芯内相邻电芯之间所安装的第二光纤光栅应变传感器(2)为全同的，将位于同一组电芯内的第二光纤光栅应变传感器(2)、或者位于相同两组电芯之间的第二光纤光栅应变传感器(2)归为一个第二光纤光栅应变传感器组，不同的第二光纤光栅应变传感器组内第二光纤光栅应变传感器(2)的中心波长区间互相不重叠；
任意第二光纤光栅应变传感器(2)和任一第一光纤光栅应变传感器(1)的中心波长区间均不重叠。
3.根据权利要求2所述的一种电池模组检测方法，其特征在于，所述电池模组检测方法还包括如下步骤：
对每个电芯组进行编号，并将第一光纤光栅应变传感器(1)的中心波长区间与该第一光纤光栅应变传感器(1)所在的电芯组的编号进行关联，以得到温度-电芯寻址定位编码；
根据反射光谱确定电池模组指定位置的温度包括，如下步骤：
通过温度-电芯寻址定位编码，找到位于电池模组指定位置的电芯组中第一光纤光栅应变传感器(1)的中心波长区间；
根据该第一光纤光栅应变传感器(1)的中心波长区间，从反射光谱中划分出位于该第一光纤光栅应变传感器(1)中心波长区间内的第一光功率曲线；
根据第一光功率曲线峰值确定该第一光纤光栅应变传感器(1)的反射中心波长；
根据该第一光纤光栅应变传感器(1)中心反射波长和该第一光纤光栅应变传感器(1)的材料参数，求得该第一光纤光栅应变传感器(1)所处环境的温度，作为电池模组指定位置的温度。
4.根据权利要求3所述的一种电池模组检测方法，其特征在于，
从反射光谱中划分出位于该第一光纤光栅应变传感器(1)中心波长区间内的第一光功率曲线包括如下步骤：
从反射光谱中选择波长位于该第一光纤光栅应变传感器(1)中心波长区间的点，通过高斯拟合得到拟合曲线作为第一光功率曲线；
所述确定第一光纤光栅应变传感器(1)的反射中心波长包括如下步骤：
选择第一光功率曲线的峰值点，将峰值点对应的波长值作为反射中心波长。
5.根据权利要求3所述的一种电池模组检测方法，其特征在于，所述根据该第一光纤光栅应变传感器(1)中心反射波长和该第一光纤光栅应变传感器(1)的材料参数，求得该第一光纤光栅应变传感器(1)所处环境的温度，由如下公式计算：
Figure FDA0003672833540000031
其中：
T为该第一光纤光栅应变传感器所处环境的温度；
Tt为标准状态下的环境温度；
Δλt为该第一光纤光栅应变传感器的反射中心波长与标准状态下该第一光纤光栅应变传感器的反射中心波长的差值；
λt为该第一光纤光栅应变传感器的反射中心波长；
αt为该第一光纤光栅应变传感器中光栅材料的热光系数；
ζt为该第一光纤光栅应变传感器中光栅材料的热胀系数。
6.根据权利要求2所述的一种电池模组检测方法，其特征在于，所述电池模组检测方法还包括如下步骤：
对每个电芯组所处区域、以及相邻电芯组之间的区域进行编号，并将第二光纤光栅应变传感器(2)的中心波长区间与该第二光纤光栅应变传感器(2)所在区域的编号进行关联，以得到形变-电芯寻址定位编码；
根据反射光谱确定电池模组指定位置的形变包括如下步骤：
通过形变-电芯寻址定位编码，找到位于电池模组指定位置的电芯组中第二光纤光栅应变传感器(2)的中心波长区间；
利用待测第二光纤光栅应变传感器(2)的中心波长区间从反射光谱中划分出第二光功率曲线，并根据第二光功率曲线求得待测第二光纤光栅应变传感器(2)的形变量；
将位于电池模组指定位置内且处于形变方向上的所有待测第二光纤光栅应变传感器(2)的形变量求和，作为电池模组指定位置的形变。
7.根据权利要求6所述的一种电池模组检测方法，其特征在于，
所述电池模组检测方法，还包括如下步骤：
对每个第一光纤光栅应变传感器(1)和第二光纤光栅应变传感器(2)分别进行编号，并将第二光纤光栅应变传感器(2)的编号与该第二光纤光栅应变传感器(2)距离最近的第一光纤光栅应变传感器(1)的编号进行关联，以得到形变位置寻址编码；
从反射光谱中划分出第二光功率曲线包括如下步骤：
从反射光谱中选择位于待测第二光纤光栅应变传感器(2)的中心波长区内的点，通过高斯拟合得到第二光功率曲线；
根据第二光功率曲线求得形变量包括如下步骤：
求出第二光功率曲线峰值，并找出第二光功率曲线峰值对应的波长；
根据形变位置寻址编码找到距离待测第二光纤光栅应变传感器(2)最近的第一光纤光栅应变传感器(1)，提取该第一光纤光栅应变传感器(1)测得的温度值对第二光功率曲线峰值对应的波长进行修正得到待测第二光纤光栅应变传感器(2)的反射中心波长，并根据反射中心波长以及待测第二光纤光栅应变传感器的材料参数求出待测第二光纤光栅应变传感器(2)的形变量。
8.根据权利要求7所述的一种电池模组检测方法，其特征在于，提取该第一光纤光栅应变传感器(1)测得的温度值对第二光功率曲线峰值对应的波长进行修正得到待测第二光纤光栅应变传感器(2)的反射中心波长，并根据反射中心波长以及待测第二光纤光栅应变传感器的材料参数求出待测第二光纤光栅应变传感器(2)的形变量，由如下公式计算：
Figure FDA0003672833540000051
其中：
Δε为待测第二光纤光栅应变传感器的形变量；
ΔT为距离待测第二光纤光栅应变传感器最近的第一光纤光栅应变传感器测得的温度值与标准状态的温度差值；
λε为待测第二光纤光栅应变传感器的第二光功率曲线峰值；
αε为待测第二光纤光栅应变传感器材料的热光系数；
ζε为待测第二光纤光栅应变传感器材料的热胀系数；
pe为待测第二光纤光栅应变传感器材料的弹光系数。
9.一种电池模组检测检测系统，用于测量包括多个电芯的电池模组，其特征在于，包括：
安装于电池模组的光纤光栅应变传感器，包括用于测量每个电芯温度的第一光纤光栅应变传感器和用于测量相邻电芯之间形变的第二光纤光栅应变传感器，所有的光纤光栅应变传感器通过测量光纤串联；
光处理模块(3)，连接于测量光纤，其用于将激光导向测量光纤以及从测量光纤接收反射光；
用于分析反射光的光波解调模块(4)，其与光处理模块(3)连接；
用于提供激光扫描仪(5)，其连接于光处理模块(3)以及光波解调模块(4)。
10.根据权利要求9所述的一种电池模组检测系统，其特征在于，所述光纤光栅应变传感器包括：
纤芯(6)，其与测量光纤连接；
保护层(7)，其覆盖外纤芯(6)外，且保护层(7)的折射率小于纤芯(6)；
增敏层(8)，其覆盖于保护层(7)外；
绝缘层(9)，其包覆于增敏层(8)外。
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