CN116315205A - 储能设备检测系统、方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了储能设备检测系统、方法、设备及存储介质，用于对储能设备的一个或多个参量进行原位监测。该系统包括传感模块、连接模块和分析模块；传感模块用于获取储能设备内部一个或多个位置及不同参量的状态信息；连接模块置于储能设备外壳，用于连接置于储能设备内部的传感模块与储能设备外部的分析模块。本发明可实现储能设备内部一个或多个位置及不同参量的原位测量，得到用于评判储能设备性能的特征信号。本发明连接模块，将连接模块作为储能设备生产、使用、储存、回收提供方便灵活的内部状态检测接口，传感模块和分析模块通过连接模块为介质进行连接，提升了植入式传感模块与储能设备功能集成的成功率和高效率。

Description

储能设备检测系统、方法、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及储能设备监测技术领域，尤其涉及一种储能设备检测系统、方法、设备及存储介质。

背景技术

近年来，新能源汽车及储能蓄能电站快速发展，储能设备由于具有高能量密度和较高的循环使用寿命等优越性得到广泛应用。当前植入式传感器成为储能电池检测的新技术，植入式传感器可以实现对储能电池内部物理、化学和电化学等参量的直接传感。然而传感器植入到电池内部，多是通过破坏电池结构实现的，如在商业18650电池负极打孔、植入传感器、密封，破坏电池结构要考虑隔氧、隔水环境，打孔质量还需要考虑人员经验等。破坏电池结构实现传感器的植入大大降低了植入式传感器与电池功能集成的成功率和高效率，无法实现植入式传感器的规模推广和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种储能设备检测系统及方法，旨在解决现有储能设备中的植入式传感模块的植入方式降低了植入式传感模块与储能设备功能集成的成功率和高效率的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种储能设备检测系统，包括传感模块、连接模块和分析模块；

所述传感模块内置于所述储能设备内部的一个或多个位置，用于对所述储能设备的不同参量进行原位实时监测，并将所述不同参量对应的特征信号传送至连接模块；

所述连接模块置于所述储能设备的设备外壳上，所述连接模块分别连接于所述传感模块和位于所述储能设备外部的分析模块；

所述分析模块用于接收所述连接模块发送的用于评判储能设备性能的所述特征信号；

其中，连接器模块通过连接储能设备与传感模块可以实现储能设备永久式在线监测及收放式间歇监测。

进一步地，所述连接模块包括保护模块和内外连接模块；

所述保护模块包括外壳和至少一个插芯外保护壳；

所述内外连接模块包括对应所述插芯外保护壳的至少一个插芯连接管；

其中，每一所述插芯外保护壳包裹于对应的所述插芯连接管，形成位于所述外壳内的一个光学通道，所述光学通道的两端分别用于与所述传感模块和分析模块连接。

进一步地，所述内外连接模块还包括对接管，所述对接管的一端位于所述外壳的内底部，所述对接管的另一端从所述外壳的底部伸出并伸入至所述储能设备内部，所述传感模块的一端通过所述对接管引入所述外壳的内部且与所述光学通道的一端连接；

所述外壳上对应所述光学通道的另一端的位置开设有缺口，所述分析模块通过光纤从所述外壳的缺口处引入并与所述光学通道的另一端对应连接。

进一步地，多个所述插芯外保护壳和对应的多个插芯连接管均为陶瓷套管，多个所述插芯外保护壳和对应的多个插芯连接管形成的多个所述光学通道并排分布于所述外壳内部。

进一步地，所述外壳内设有安装板，所述一个或多个插芯外保护壳和一个或多个插芯连接管均为陶瓷套管以构成光学通道管件，并并排安装于所述外壳内部；

所述外壳抗压防水，保护外壳内所有器件的正常工作。

进一步地，所述安装板上位于每一所述光学通道的两侧均设有光学连接头卡夹，所述分析模块通过光纤从所述外壳的缺口处引入并通过所述光学连接头卡夹限位。

进一步地，每一所述传感模块包括光学传感器和非光学传感器；

所述光学传感器包括光波导传感器，所述光波导传感器包括有源传感器和/或无源传感器，所述无源传感器包括光芯片和/或纤维传感器，所述纤维传感器包括倾斜光纤光栅、光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、光纤纤芯直径不匹配器件、光纤纤芯错位器件、锥形光纤器件、微纳光纤器件、光子晶体光纤器件、微结构光纤器件、聚合物光纤器件、蓝宝石光器件、光纤激光器件、光纤耦合器件、自组装光学器件中的一种或多种，所述传感模块用于同步监测储能设备的一种或多种物理、化学参量信息。

所述非光学传感器包括温度传感器、应变传感器、压力传感器、折射率传感器、浊度传感器、电阻式传感器、电阻应变式传感器、压阻式传感器、热电阻传感器、热敏传感器、气敏传感器中的一种或多种；

进一步地，每一所述传感模块包含单个传感器或串联/并联的多个传感器，以实现储能设备中的温度、压力、应变、折射率、浊度中多参量信息的监测。

进一步地，所述储能设备内部包括单体电池内部、电池模组内部和电池包内部；

进一步地，所述单体电池内部包括单体电池内部间隙位置、电极位置、隔膜位置、电解液位置、极耳位置中的一种或多种；

进一步地，所述电池模组内部包括：模组电池之间内部间隙、模组与底板间隙位置、模组与端板间隙位置、模组与侧板间隙位置中的一种或多种；

进一步地，所述电池包内部包括：正极和冷却管道间隙、电池散热通道间隙位置中的一种或多种；

进一步地，所述单体电池内部间隙位置包括：单体电池中孔位置、单体电池顶盖位置和单体电池外壳内侧位置中的一种或多种。

进一步地，所述分析模块包括光学分析模块和非光学分析模块；

进一步地，所述光学分析模块包括光源和光信号解调器；

进一步地，所述光源用于发射光学信号至所述传感模块，所述光源包括激光器、宽带光源、超连续光源中的一种或多种；

进一步地，所述光信号解调器用于对所述光学传感模块根据储能设备状态信息测量的光学信号进行解调分析并输出特征信息。

进一步地，所述非光学分析模块包括温度分析模块、压力分析模块、应变分析模块、折射率分析模块、浊度分析模块；

进一步地，所述非光学分析模块用于对所述非光学传感器得到的储能设备状态信息测量的非光学信号进行分析并输出特征信息；

其中，光源和光信号解调器可以集成为一个装置，也可以独立为两个设备。

第二方面，本发明实施例还提供一种储能设备检测方法，当所述传感模块为光学传感器时，包括：

控制所述分析模块中的光源发射光信号至所述连接模块；

控制所述连接模块将光信号发送至传感模块并返回传感模块的光信号变化；

控制所述分析模块中的光信号解调器对传感模块的光信号变化进行解调得到多参量信号；

根据多参量信号分析得到所述储能设备内部的状态信息。

第三方面，本发明实施例还提供一种储能设备检测方法，当所述传感模块为非光学传感器时，包括：

控制非光学传感模块发射传感信号至所述连接模块；

控制所述连接模块将传感信号发送至分析模块；

控制分析模块对传感信号进行解调得到多参量信号；

根据多参量信号分析得到储能设备内部的状态信息。

第四方面，本发明实施例还提供了一种储能设备检测设备，所述设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如第二方面或第三方面中任一项所述的储能设备检测方法。

第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如第二方面或第三方面中任一项所述的储能设备声光原位检测方法。

本发明实施例提供了储能设备检测系统及方法，用于对储能设备的一个或多个参量进行原位监测。该系统包括传感模块、连接模块和分析模块；传感模块用于获取储能设备内部一个或多个位置及不同参量的状态信息；连接模块置于储能设备外壳，用于连接置于储能设备内部的传感模块与储能设备外部的分析模块。本发明可实现储能设备内部一个或多个位置及不同参量的原位测量，得到用于评判储能设备性能的特征信号。本发明实施例在储能设备上增设连接模块，将连接模块作为储能设备生产、使用、储存、回收提供方便灵活的内部状态检测接口，传感模块和分析模块之间通过连接模块为介质进行连接，大大提升了植入式传感模块与储能设备功能集成的成功率和高效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的车辆的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的储能设备检测系统的原理示意图；

图3为本发明实施例提供的储能设备为单体电池时的检测系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的储能设备为电池模组时的检测系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的连接模块结构示意图；

图6为本发明实施例提供的连接模块具体结构示意图；

图7为本发明实施例提供的光纤F-P腔串联光纤光栅光谱解调的示意图；

图8为本发明实施例提供的光学解调模块测量倾斜光栅光强解调的示意图；

图9为本发明实施例提供的倾斜光栅光强变化和串联光栅光强无变化的示意图；

图10为本发明实施例提供的一种储能设备检测方法的流程示意图；

图11为本发明实施例提供的另一种储能设备检测方法的流程示意图。

附图说明：

1000、车辆；

100、储能设备；101、控制器；102、马达；104、储能设备顶盖；

201、传感模块；202、连接模块；203、分析模块；

2021、外壳；20211、前保护板；2022、缺口；2023、插芯外保护壳；2024、插芯连接管；2025、对接管；2026、安装板；2027、保护壳体；2028、套管保护板；2029、防护板；2030、安装耳；2031、弹簧；2032、光学连接头卡夹。

具体实施方式

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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”、“单个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本申请实施例公开的储能设备检测设备和系统可以但不限用于呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状的电池单体、电池模组和电池包中。

具体的，储能设备100包括单体电池、电池模组和电池包，单体电池包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠离子电池、镁离子电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池、全矾液流电池、铅酸电池、燃料电池、钠硫电池、锌锰电池、氢燃料电池、液态金属电池、金属空气电池、太阳能电池和超级电容器中的一种。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种:柱形电池单体、方形电池单体和软包电池单体。电池模组由多个电池单体先串联或并联或混联组成，电池模组包括圆柱电池模组，方壳电池模组，软包电池模组；电池包由多个电池模块再串联或并联或混联形成一个整体，电池包包括圆柱电池包，方壳电池包，软包电池包。本发明中的储能设备100可以但不限用于电力系统的事故电源或备用电源、车辆、船舶、飞行器、计算机、手机等便携式移动设备和储能电站。可以使用具备本申请公开的电池单体、电池模组、电池包等组成该用电装置的电源系统。

本申请可以应用于一种使用电池单体、电池模组、电池包作为电源的用电装置，用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。

以下实施例为了方便说明，以本申请以应用在一种用电装置为车辆1000为例进行说明。

请参照图1，图1为本申请实施例所应用的车辆1000的结构示意图。车辆1000可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆1000的内部设置有电池100，电池100可以设置在车辆1000的底部或头部或尾部。电池100可以用于车辆1000的供电，例如，电池100可以作为车辆1000的操作电源。车辆1000还可以包括控制器101和马达102，控制器101用来控制电池100为马达102供电，例如，用于车辆1000的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电池100不仅可以作为车辆l的操作电源，还可以作为车辆1000的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1000提供驱动动力。

请参阅图2-4，本发明实施例提供的储能设备检测系统包括：传感模块201、连接模块202和分析模块203；

传感模块201内置于储能设备100内部的一个或多个位置，用于对储能设备100的不同参量进行原位实时监测，并将不同参量对应的特征信号传送至连接模块202；

连接模块202置于储能设备100的设备外壳上，连接模块202的两端分别连接置于储能设备内部4的传感模块201与储能设备100外部的分析模块203；

分析模块203用于接收连接模块202发送的用于评判储能设备100性能的特征信号。

其中，每一传感模块201包括光学传感器和非光学传感器；

在一具体应用场景中，光学传感器包括光波导传感器，光波导传感器包括有源传感器和/或无源传感器，无源传感器包括光芯片和/或纤维传感器，纤维传感器包括倾斜光纤光栅、光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、光纤纤芯直径不匹配器件、光纤纤芯错位器件、锥形光纤器件、微纳光纤器件、光子晶体光纤器件、微结构光纤器件、聚合物光纤器件、蓝宝石光器件、光纤激光器件、光纤耦合器件、自组装光学器件中的一种或多种，传感模块201用于同步监测储能设备的一种或多种物理、化学参量信息。

在一具体应用场景中，非光学传感器包括温度传感器、应变传感器、压力传感器、折射率传感器、浊度传感器、电阻式传感器、电阻应变式传感器、压阻式传感器、热电阻传感器、热敏传感器、气敏传感器中的一种或多种；传感模块201用于同步监测储能设备100的一种或多种物理、化学参量信息。

本实施例的检测系统可应用于各种领域的储能设备100的内部监测，可同时监测储能设备100内部单个位置或多个不同位置，以获取储能设备100内部的温度变化、电解质浓度及壳体内部压力变化等信息，从而实现全面监测储能设备100工作时的安全状态的优点。

具体的，光学传感器在大容量储能设备100制备时内置在储能设备100内部的不同位置，连接模块202设置在储能设备100的外壳上，分析模块203和光学传感器之间通过连接模块202实现电性连接，以实现信号传输；本实施例通过光学传感器在储能设备100内部不同位置以监测储能设备100内的单个或多个参量，并通过分析模块203进行单个参量或多参量的信号解调，实现了实时在线长期监测储能设备100内部单个或多个参量状态，也可以在离线状态下连续监测各参量。

其中，储能设备100的内部不同或多个位置包括单体电池内部、电池模组内部和电池包内部；单体电池内部包括单体电池内部间隙位置、电极位置、隔膜位置、电解液位置、极耳位置中的一种或多种；电池模组内部包括：模组电池之间内部间隙、模组与底板间隙位置、模组与端板间隙位置、模组与侧板间隙位置中的一种或多种；电池包内部包括：正极和冷却管道间隙、电池散热通道间隙位置中的一种或多种；其中，单体电池内部间隙位置包括：单体电池中孔位置、单体电池顶盖位置和单体电池外壳内侧位置中的一种或多种。

下面对本系统中的分析模块203进行详细介绍。

在一实施例中，分析模块203包括光学分析模块，光学分析模块包括光源和光信号解调器；光源包括可调谐激光器、宽带光源、超连续光源中的一种或几种，本实施例优选为可调谐激光器。

分析模块203的具体的工作原理为：

可调谐激光器用于发射光信号；

例如，可调谐激光器可采用蝶形封装的半导体DFB-1530nm激光器或VCSEL-1530nm模块，本实施例优选采用VCSEL-1530nm模块，用于发射波长范围为1528.4nm-1532.2nm的光信号至光学传感器，得到返回光信号的变化后发送至光信号解调器；

其中，光学传感器的路数可以进行设定，如单路或多路光学传感器；光学传感器的路数为多路时，对应多路光信号并返回多路光信号的变化至光信号解调器；

其中，可调谐激光器可以通过增设标准具和参考气室等改善波长解调精度，同时也可以通过用采样点的数值与被测信息进行拟合实现可调谐激光器自检光强变化；

光信号解调器包括光电转换模块、数据采集模块和控制处理模块；

其中，光电转换模块用于对光信号的变化进行光电转换得到电信号；

其中，数据采集模块用于采集光电转换模块转换后的电信号并发送至控制处理模块；

其中，控制处理模块用于对电信号进行数据处理，并将处理结果发送至通讯接口；

例如，控制处理模块可采用STM32F407芯片数据处理及激光器调谐控制，并采用高精度16位AD7606数据采集芯片，同步采集5路电信号，在激光器电流4mA-15mA的范围内，每路采集得到500个反射或透射数据点(参考图7)；另外，控制处理模块具有通讯接口连接，所处理后的数据可以通过与上位机通信进行显示并给出分析结论，也可远程分析数据并给出分析结论；

基于上述介绍的分析模块203，通过其对光学传感器在储能设备100内监测的多参量信号解调，以监测储能设备100内不同位置的状态。

如图3所示，下面对本系统中的传感模块201进行介绍。

以上述介绍的传感模块201可以为光学传感器和/或非光学传感器。本实施例以多路光学传感器为例进行说明。

多路光学传感器由多个单路光学传感器并联构成；

以多路光学传感器其中一路光学传感器(以下简称为第一路光学传感器)置于单体电池壳体内顶部位置为例。

应理解，本实施例中以光纤F-P腔传感器和光纤光栅传感器为第一路光学传感器为例进行说明。

第一路光学传感器置于单体电池壳体内顶部位置；第一路光学传感器包括串联的F-P腔压力传感器和光纤光栅温度传感器，光纤光栅温度传感器与连接模块202中对应的光学通道连接；

光纤F-P腔压力传感器用于测量单体电池壳体内部的压力；

光纤光栅温度传感器用于测量单体电池顶部的温度且作为光纤F-P腔压力传感器的温度补偿。

具体的，光纤光栅温度传感器和光纤F-P腔压力传感器依次串联，光纤光栅温度传感器上涂覆聚酰亚胺保护层，光纤光栅温度传感器采用耐高温光纤光栅作为敏感元件，光纤F-P腔压力传感器与光纤光栅温度传感器之间间距2cm-5cm；光纤F-P腔压力传感器中的F-P腔由半硅氧烷聚合物材料制作，腔长为0.5853mm；光纤F-P腔压力传感器与光纤光栅温度传感器采用单体电池极耳白胶垂直固定安装在大容量单体电池壳体顶端，且光纤光栅温度传感器通过松弛点胶加固。

光学传感器的工作原理为：光纤光栅温度传感器的常温中心波长为1529.8nm，在可调谐激光器调谐波长范围内可以检测的温度范围为-100℃-200℃，且光纤光栅温度传感器的常温中心波长可以制作变小或变大，以对应可测温度范围平移；光纤F-P腔压力传感器的F-P腔的可测压力范围为0.5Kpa-500Kpa，灵敏度为1912.75nm/Mpa，分辨率0.1Kpa，通过采用光纤光栅温度传感器的温度变化进行波长补偿，从而通过腔长的变化计算单体电池顶部壳体所受压力。

需说明的是，光学传感器均采用可调谐激光器扫描对应光纤F-P腔干涉光谱，通过光谱解调F-P腔腔长的变化获得压力变化信息，同时采用可调谐激光器调谐波长解调光纤F-P腔前端光纤光栅温度信息以将温度信息补偿F-P腔长受温度的影响，解调后的具体光谱如图7所示。

下面以多路光学传感器其中一路光学传感器(以下简称为第二路光学传感器)置于单体电池的电芯卷绕体电芯中孔中进行介绍：

应理解，本实施例中以倾斜光纤光栅传感器和光纤光栅传感器为第二路光学传感器为例进行说明。

第二路光学传感器置于单体电池的电芯卷绕体电芯中孔中；第二路光学传感器包括串联的倾斜光纤光栅传感器和光纤光栅温度传感器，光纤光栅温度传感器与连接模块202中对应的光学通道连接；

倾斜光纤光栅传感器用于测量单体电池内部电解质的折射率以监测电解质的浓度变化；

光纤光栅温度传感器用于检测电芯卷绕体中孔中的温度，且通过光纤光栅温度传感器的波长变化量补偿计算电芯卷绕体的形变量信息。

具体的，光纤光栅温度传感器和倾斜光纤光栅传感器依次串联，光纤光栅温度传感器上涂覆聚酰亚胺保护层，倾斜光纤光栅传感器为倾斜角8°的倾斜光栅，将光纤光栅温度传感器和倾斜光纤光栅传感器电芯卷绕体中孔的孔壁上，将倾斜光纤光栅传感器松弛悬置且与光纤光栅应变传感器处在同一水平面，倾斜光纤光栅传感器连接在光纤光栅温度传感器的后端，采用白胶将光纤光栅温度传感器的两端粘接在孔壁上，这样光纤光栅温度传感器和倾斜光纤光栅传感器都固定在电芯卷绕体中孔中。

第二路光学传感器的工作原理为：采用可调谐激光器的光强解调法，如图8所示，直接用采样点的位置信息及光功率信息测量折射率的变化，经实验论证可测得不同溶液在折射率1.3564-1.3689之间的反射光光谱信息，由于倾斜光纤光栅传感器的包层模式很多，而可调谐激光器的波长范围有限，本实施例介绍2个模式，如图8中的包层模式1和包层模式2；当可调谐激光器调谐的波长范围增加，则能包含更多的包层模式，或者改变倾斜光纤光栅传感器的倾斜角度，可以测量更大的折射率范围。

进一步的，因为采用光强解调法，故在光路受外界干扰导致光强变化时会影响折射率测量精度，具体如图9所示，当倾斜光纤光栅传感器受折射率变化而引起光强变化时，光纤光栅温度传感器的光强是不变化的，但是当光纤光栅温度传感器的光强变化时会影响倾斜光纤光栅传感器的光强变化，而光纤光栅温度传感器采用波长解调，所以在本系统中连接模块202所带来的光强干扰可以通过光纤光栅温度传感器的光强变化来反映，从而将光纤光栅温度传感器的干扰光强变化补偿倾斜光纤光栅传感器的干扰光强变化，去除光强变化噪声。

下面以多路光学传感器其中一路光学传感器(以下简称为第三路光学传感器)置于单体电池的电芯卷绕体夹层中进行介绍：

应理解，本实施例中以光纤光栅传感器为第三路光学传感器为例进行说明。

第三路光学传感器置于单体电池的电芯卷绕体夹层中；第三路光学传感器包括光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器与连接模块202中对应的光学通道连接；

光纤光栅应变传感器用于测量单体电池内部充放电过程对电芯卷绕体形成的形变量。

具体的，光纤光栅应变传感器上涂覆聚酰亚胺保护层，光纤光栅应变传感器采用常温25℃、中心波长1530.3nm的耐高温光纤光栅作为敏感元件，光纤光栅应变传感器在大容量生产过程中揉进电芯卷绕体夹层中，可测量±1500με(με，常规最小波长分辨率约为1.2με/pm)；当采用调谐波长范围更宽的可调谐激光器时，所测量的应变范围将相应的扩大；针对本实施例中的光纤光栅应变传感器，本系统采用波长解调的方式，但是由于光纤光栅应变传感器受温度与应变交叉敏感，所以采用电芯中孔位置的第三路光学传感器中的光纤光栅温度传感器的温度变化进行波长补偿。

上述实施例是置于单体电池内部进行多物理量监测，本实施例在电池模块内布置多路光学传感器作为温度、压力测量点，下面以其中一路光学传感器(以下简称为单路传感器)置于电池模组关键点位置进行介绍：

应理解，本实施例中以光纤F-P腔传感器和光纤光栅传感器为单路光学传感器为例进行说明。

如图4所示，单路光学传感器置于电池模组单体电池之间内部间隙位置；单路光学传感器包括串联的F-P腔压力传感器和光纤光栅温度传感器，光纤光栅温度传感器与连接模块202中对应的光学通道连接；

光纤F-P腔压力传感器用于测量电池模组单体电池之间的压力；

光纤光栅温度传感器用于测量电池模组单体电池之间的温度且作为光纤F-P腔压力传感器的温度补偿。

具体的，光纤光栅温度传感器和光纤F-P腔压力传感器依次串联，光纤光栅温度传感器上涂覆纳米材料保护层，光纤光栅温度传感器采用耐高温光纤光栅作为敏感元件，光纤F-P腔压力传感器与光纤光栅温度传感器之间间距2cm-5cm；光纤F-P腔压力传感器中的F-P腔由半硅氧烷聚合物材料制作，腔长为0.5853mm；光纤F-P腔压力传感器与光纤光栅温度传感器采用极耳白胶平行固定安装在两个单体电池间隙之间，且光纤光栅温度传感器通过松弛点胶加固。

单路光学传感器的工作原理为：光纤光栅温度传感器的常温中心波长为1529.8nm，在可调谐激光器调谐波长范围内可以检测的温度范围为-100℃-200℃，且光纤光栅温度传感器的常温中心波长可以制作变小或变大，以对应可测温度范围平移，可实现温度测量点的最高温度、温升和温差的测量；光纤F-P腔压力传感器的F-P腔的可测压力范围为0.5Kpa-500Kpa，灵敏度为1912.75nm/Mpa，分辨率0.1Kpa，通过采用光纤光栅温度传感器的温度变化进行波长补偿，从而通过腔长的变化计算电池模组单体电池之间所受压力。

如图5所示，下面对本系统中的连接模块202进行详细介绍。

本实施例以连接模块202提供多路光学通道为例；

连接模块202包括保护模块和内外连接模块；

保护模块包括外壳2021、多个插芯外保护壳2023；内外连接模块包括多个插芯连接管2024和对接管2025；每一插芯外保护壳2023包裹于对应的插芯连接管2024，形成位于外壳2021内的一个光学通道，光学通道的两端分别用于与传感模块201和分析模块203连接；

对接管2025的一端位于外壳2021的内底部，对接管2025的另一端从外壳2021的内底部伸出并伸入至储能设备100内；

多路光学传感器的一端通过对接管2025引入外壳2021的内部且与多个光学通道一一对应连接；

外壳2021上对应每一光学通道的另一端的位置开设有缺口2022，分析模块203通过光纤从外壳2021的缺口2022处引入并与光学通道的另一端对应连接；

多个插芯外保护壳2023和对应的多个插芯连接管2024均为陶瓷套管，多个插芯外保护壳2023和对应的多个插芯连接管2024形成的多个光学通道并排分布于外壳2021内部。

本实施例中，在储能设备100的外壳上增设连接模块202，将连接模块202作为储能设备100生产、使用、储存、回收提供方便灵活的内部状态检测接口，传感模块201和分析模块203之间通过连接模块202为介质进行连接，大大提升了植入式传感模块与储能设备100功能集成的成功率和高效率；有助于实现植入式传感模块的规模推广和应用。

本实施例的连接模块202提供至少3路光学通道，具体路数可根据监测需求进行设定，3路光学传感器分别通过3路光学通道分别与连接模块202连接；通过设置的多路光学通道可以对储能设备100内部的多个位置同时实现物理变化和化学反应的多品种的监测，从而实现更完全的反映储能设备100工作时的安全状态。

具体的，连接模块202的主要器体可以采用工程塑料、不锈钢、铝薄板，外壳2021抗压防水，保护外壳2021内所有器件的正常工作。其中，外壳2021至少有一个面是可拆卸式；对接管2025可以为细钢管，对接管2025长为3-5cm，直径为0.6-2mm，对接管2025贯通储能设备顶盖104内部与外部，并用于容纳多路光纤穿过。

安装光学传感器顺序为：将各路光学传感器的光纤从对接管2025穿入储能设备100(单体电池)储能设备顶盖104或储能设备100(电池模组)外壳2021进行安装，并将留在对接管2025上半部分的光纤装配进行光纤端面磨头处理，再插入安装在插芯连接管2024下半部分，并通过紫外胶固定粘结，且在对接管2025内将包含穿透的光纤全部灌注有机硅灌密封胶。

继续参阅图6，下面对本系统中的连接模块202进行更详细的详细介绍。

外壳2021内设置安装板2026，多个光学通道并排设置于安装板2026上；

安装板2026上位于每一光学通道的两侧均设有光学连接头卡夹2032，分析模块203通过光纤从外壳2021的缺口2022处引入并通过光学连接头卡夹2032限位。

本实施例中，连接模块202的主要器体可以采用工程塑料，即外壳2021采用塑料件，在外壳2021内设置安装板2026，插芯外保护壳2023和多个插芯连接管2024均可以为陶瓷套管构成并排的多组通道陶瓷套管件，且贯穿于安装板2026上。光学连接头卡夹2032设置在位于插芯外保护壳2023上半部分侧边的安装板2026上，分析模块203从外壳2021的缺口2022处引入并通过光学连接头卡夹2032进行卡夹。

更具体的，外壳2021包括保护壳体2027、套管保护板2028和防护板2029；保护壳体2027可以由前保护板20211、后保护板、左保护板和右保护板组成；其中左保护板、右保护板和后保护板可以是一体设置，也可以是粘装连接；前保护板20211位于保护壳体2027前侧且可拆卸粘装；

套管保护板2028弹性铰接于保护壳体2027的顶部；

防护板2029可拆卸安装于保护壳体2027的底部，对接管2025镶嵌于防护板2029上；

保护壳体2027的两侧均设有安装耳2030，连接模块202通过两侧的安装耳2030安装于储能设备100壳体上，且使防护板2029紧压在储能设备100壳体表面上。

具体的，保护壳体2027和前保护板20211为一个整体，前保护板20211和套管保护板2028上均带有魔术贴，且可相互粘贴，套管保护板2028用于盖住保护壳体2027顶部，且套管保护板2028上设置的弹簧2031能够使得套管保护板2028自动合拢，套管保护板2028上设置的多个缺口2022用于当套管保护板2028打开并插入对应的光学连接跳线时可以通过光学连接头卡夹2032进行线缆卡夹，增加连接牢固性。防护板2029采用不锈钢或铝薄板，通过在储能设备100壳体边缘预留出凹槽，并通过保护壳体2027两侧的安装耳2030固定在储能设备100壳体上的凹槽中，即可使得保护壳体2027固定在储能设备100壳体上，而防护板2029则可以紧压在储能设备100壳体表面，且对接管2025穿透储能设备100壳体进入储能设备100内部并通过焊接与储能设备100壳体无缝连接。

安装光学传感器顺序为：先取下防护板2029，将各路光学传感器的光纤从对接管2025穿入储能设备100内部安装，并将留在对接管2025上半部分的光纤装配进行光纤端面磨头处理，再插入安装在插芯连接管2024下半部分，并通过紫外胶固定粘结，且在对接管2025内将包含穿透的光纤全部灌注有机硅灌密封胶。

基于本发明提供的检测系统，并结合图3所示，通过多路光学传感器对储能设备100的内部不同位置进行参量监测，可构建储能设备100工作状态的评价模型，定义储能设备100的状态函数为F(p，E，T，n)，该模型函数存在下述关系：

(1)储能设备100壳体内顶部的光纤F-P腔压力传感器及侧面的F-P腔压力传感器可检测储能设备100内部是否存在膨胀、增压过程；

(2)储能设备100电芯卷绕体夹层中的光纤光栅应变传感器检测储能设备100充放电过程是否受强应力影响；

(3)储能设备100电芯卷绕体中孔内的光纤光栅温度传感器检测储能设备100充放电过程中的电化学反应是否有异常变化，产生温升或者温降；

(4)储能设备100电芯卷绕体中孔内的倾斜光纤光栅传感器检测电解质的浓度变化是否剧烈，化学性质变质或者稳定；

其中各参量检测信息互相关联，存在连锁反应及互相验证，给予储能设备100内部稳态运行真实的立体感。

其中状态函数为F(p，E，T，n)中，p为储能设备100壳体内顶部的压力值，变化范围0.5Kpa-500Kpa，E为储能设备100电芯卷绕体夹层中所受应力值，变化范围-1500μ-1500μ，T为储能设备100内部多个位置的温度值，变化范围-100℃-200℃，n为储能设备100电芯卷绕体中孔中间的电解质的折射率，变化范围1.35-1.42(根据具体电解质溶液折射率调节变化范围)。

基于本发明提供的检测系统，采用多个光学传感器深入储能设备100内部监测储能设备100内的多个参量，并采用可调谐激光器对多参量信号进行解调，使得整个储能设备100检测系统的结构简单、体积更小、成本和功耗更低。

进一步的，本检测系统采用波长、光强、光谱信息同步解调应变、温度、F-P腔长、倾斜光栅折射率参量，建立储能设备100工作状态评价模型，有利于提高储能设备100应用普遍性和安全性。

进一步的，本检测系统采用的连接模块202结构，既维护储能设备100整体的密闭性及安全性，同时又方便监测状态的分离及融合性，有利于光学传感储能设备100监测的大范围推广。

请参阅图10，图10为本发明实施例提供的一种储能设备检测方法的流程示意图。

如图10所示，当传感模块201为光学传感器时，该方法包括步骤S1001～S1004。

S1001、控制分析模块中的光源发射光信号至连接模块；

S1002、控制连接模块将光信号发送至传感模块201并返回传感模块201的光信号变化；

S1003、控制分析模块中的光信号解调器对传感模块201的光信号变化进行解调得到多参量信号；

S1004、根据多参量信号分析得到储能设备内部的状态信息。

请参阅图11，图11为本发明实施例提供的一种储能设备检测方法的流程示意图。

如图11所示，当传感模块201为非光学传感器时，该方法包括步骤S1101～S1104。

S1101、控制传感模块发射传感信号至连接模块；

S1102、控制连接模块将传感信号发送至分析模块；

S1103、控制分析模块对传感信号进行解调得到多参量信号；

S1104、根据多参量信号分析得到储能设备内部的状态信息。

图10和图11所示方法采用传感模块201深入储能设备100内部不同位置监测储能设备100内的多个参量，并采用分析模块203进行多参量信号解调，具有全面监测储能设备100工作时的安全状态的优点，同时整个储能设备100检测系统的结构简单、体积更小、成本和功耗更低。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种储能设备检测系统，其特征在于，包括传感模块、连接模块和分析模块；

所述传感模块内置于所述储能设备内部的一个或多个位置，用于对所述储能设备的不同参量进行原位实时监测，并将所述不同参量对应的特征信号传送至所述连接模块；

所述连接模块置于所述储能设备的外壳上，所述连接模块分别连接于所述传感模块和位于所述储能设备外部的分析模块；

所述分析模块用于接收所述连接模块发送的用于评判储能设备性能的所述特征信号。

2.根据权利要求1所述的储能设备检测系统，其特征在于，所述连接模块包括保护模块和内外连接模块；

所述保护模块包括外壳和至少一个插芯外保护壳；

所述内外连接模块包括对应所述插芯外保护壳的至少一个插芯连接管；

其中，每一所述插芯外保护壳包裹于对应的所述插芯连接管，形成位于所述外壳内的一个光学通道，所述光学通道的两端分别用于与所述传感模块和分析模块连接。

3.根据权利要求2所述的储能设备检测系统，其特征在于，所述内外连接模块还包括对接管，所述对接管的一端位于所述外壳的内底部，所述对接管的另一端从所述外壳的底部伸出并伸入至所述储能设备内部，所述传感模块的一端通过所述对接管引入所述外壳的内部且与所述光学通道的一端连接；

所述外壳上对应所述光学通道的另一端的位置开设有缺口，所述分析模块通过光纤从所述外壳的缺口处引入并与所述光学通道的另一端对应连接。

4.根据权利要求3所述的储能设备检测系统，其特征在于，多个所述插芯外保护壳和对应的多个插芯连接管均为陶瓷套管，多个所述插芯外保护壳和对应的多个插芯连接管形成的多个所述光学通道并排分布于所述外壳内部。

5.根据权利要求2所述的储能设备检测系统，其特征在于，所述外壳内设置安装板，多个所述光学通道并排设置于所述安装板上。

6.根据权利要求5所述的储能设备检测系统，其特征在于，所述安装板上位于每一所述光学通道的两侧均设有光学连接头卡夹，所述分析模块通过光纤从所述外壳的缺口处引入并通过所述光学连接头卡夹限位。

7.根据权利要求1所述的储能设备检测系统，其特征在于，所述传感模块用于同步监测所述储能设备的一种或多种物理、化学参量信息，每一所述传感模块包括光学传感器和非光学传感器；

其中，所述光学传感器包括光波导传感器，所述光波导传感器包括有源传感器和/或无源传感器，所述无源传感器包括光芯片和/或纤维传感器，所述纤维传感器包括倾斜光纤光栅、光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、光纤纤芯直径不匹配器件、光纤纤芯错位器件、锥形光纤器件、微纳光纤器件、光子晶体光纤器件、微结构光纤器件、聚合物光纤器件、蓝宝石光器件、光纤激光器件、光纤耦合器件、自组装光学器件中的一种或多种；

其中，所述非光学传感器包括温度传感器、应变传感器、压力传感器、折射率传感器、浊度传感器、电阻式传感器、电阻应变式传感器、压阻式传感器、热电阻传感器、热敏传感器、气敏传感器中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的储能设备检测系统，其特征在于，每一所述传感模块包含单独分布的多个传感器或串联/并联分布的多个传感器，以实现所述储能设备中的温度、压力、应变、折射率、浊度中多参量信息的监测。

9.根据权利要求1所述的储能设备检测系统，其特征在于：所述储能设备包括单体电池、电池模组和电池包中的一种；所述单体电池包括锂电池、钠电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池、全矾液流电池、铅酸电池、燃料电池、钠硫电池、锌锰电池、氢燃料电池、液态金属电池、金属空气电池、太阳能电池和超级电容器中的一种；所述电池模组包括圆柱电池模组，方壳电池模组，软包电池模组中的一种；所述电池包包括圆柱电池包、方壳电池包、软包电池包中的一种。

10.根据权利要求1所述的储能设备检测系统，其特征在于，所述储能设备的内部包括单体电池内部、电池模组内部和电池包内部；

所述单体电池内部包括单体电池内部间隙位置、电极位置、隔膜位置、电解液位置、极耳位置中的一种或多种；

所述电池模组内部包括：模组电池之间内部间隙、模组与底板间隙位置、模组与端板间隙位置、模组与侧板间隙位置中的一种或多种；

所述电池包内部包括：正极和冷却管道间隙、电池散热通道间隙位置中的一种或多种；

所述单体电池内部间隙位置包括：单体电池中孔位置、单体电池顶盖位置和单体电池外壳内侧位置中的一种或多种。

11.根据权利要求1所述的储能设备检测系统，其特征在于，所述分析模块包括光学分析模块和非光学分析模块；

所述光学分析模块包括光源和光信号解调器；

所述光源用于发射光学信号至所述传感模块，所述光源包括激光器、宽带光源、超连续光源中的一种或多种；

所述光信号解调器用于对所述光学传感模块根据储能设备状态信息测量的光学信号进行解调分析并输出特征信息；

所述非光学分析模块包括温度分析模块、压力分析模块、应变分析模块、折射率分析模块、浊度分析模块；

所述非光学分析模块用于对所述非光学传感器得到的储能设备状态信息测量的非光学信号进行分析并输出特征信息。

12.一种储能设备检测方法，应用于权利要求1-11任一项所述储能设备检测系统，其特征在于，当所述传感模块为光学传感器时，所述储能设备检测方法包括：

控制所述分析模块中的光源发射光信号至所述连接模块；

控制所述连接模块将光信号发送至所述传感模块并返回传感模块的光信号变化；

控制所述分析模块中的光信号解调器对所述传感模块的光信号变化进行解调得到多参量信号；

根据多参量信号分析得到所述储能设备内部的状态信息。

13.一种储能设备检测方法，应用于权利要求1-11任一项所述储能设备检测系统，其特征在于，当所述传感模块为非光学传感器时，所述储能设备检测方法包括：

控制所述传感模块发射传感信号至所述连接模块；

控制所述连接模块将传感信号发送至分析模块；

控制所述分析模块对传感信号进行解调得到多参量信号；

根据多参量信号分析得到所述储能设备内部的状态信息。

14.一种储能设备检测设备，其特征在于，包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；

所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求12或13所述的储能设备检测方法。

15.一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求12或13所述的储能设备检测方法。

Images