CN116773042A - 一种电池模组温度检测方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种电池模组温度检测方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种电池模组温度检测方法、系统及存储介质，所述方法包括步骤：在电池模组外周安装光纤；通过所述光纤向所述电池模组发射连续光扫频；获取所述连续光扫频的参数信息；对所述参数信息进行处理；根据处理结果判断所述电池模组的温度变化。本申请提供的一种电池模组温度检测方法、系统及存储介质可以实现对大规模储能系统中各个电池单体的实时多物理场监测，通过调制解调连续扫频光时域反射信息，无需提前在传感光纤内设计布拉格光栅，实现对储能系统的机械性能与热性能的实时监测，在高效利用电池功能的同时保障电池储能系统安全运行，避免热失控甚至爆炸等事故的发生。

Description

一种电池模组温度检测方法、系统及存储介质
技术领域
本申请涉及储能电池领域，尤其涉及一种电池模组温度检测方法、系统及存储介质。
背景技术
近年来电池安全事故呈递增态势，电池材料精准原位测试表征与失效分析是全球性科学难题，因此开发非侵入式监测工具对动力与储能电池进行日常跟踪和全生命周期管理非常重要。
当前，只能通过大型分析仪器进行电池内部微观反应过程的测量，但这些设备不但价格昂贵，并且使用条件十分苛刻，没法应用于电池使用的实际环境。因此，迫切需要发展适用于电池使用终端的原位测试技术。现有的电池监控管理技术不能达到对储能系统中每一个电芯单体进行准确检测、控制以及提前预警，而大多数电池火灾事故都是由电池单体引发，最终导致整个电池包的起火甚至爆炸。
由于动力电池的设计结构及化学特性，导致其在使用过程中存在热失控的风险，对电池结构与温度的监测是储能系统稳定运行的关键因素。目前行业内普遍采用电学点式温度传感器对电池热状态进行检测，但是该方法难以实现对每一个电池单体进行检测与定位；与此同时，当前的电池系统无法监测电池的机械状态，导致电池被机械滥用甚至损坏导致热失控。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种电池模组温度检测方法、系统及存储介质。
第一方面，本申请提供了一种电池模组温度检测方法，所述方法包括步骤：
在电池模组外周安装光纤；
通过所述光纤向所述电池模组发射连续光扫频；
获取所述连续光扫频的参数信息；
对所述参数信息进行处理；
根据处理结果判断所述电池模组的温度变化。
优选地，所述获取所述连续光扫频的参数信息包括步骤：
获取所述光纤上全部光栅的位置信息；
获取所述光纤的反射光谱波长信息。
优选地，所述对所述参数信息进行处理包括步骤：
获取所述参数信息中的反射光谱波长信息；
对所述反射光谱波长信息进行波长调解；
根据波长调解结果进行温度和波长漂移曲线拟合；
根据波长调解结果进行应变和波长漂移曲线拟合。
优选地，所述温度和波长漂移曲线的表达式为：
；
其中，表示波长漂移，/>表示波长，/>表示光纤热膨胀系数 ，/>表示光纤热光系数，表示温度变化。
优选地，所述应变和波长漂移曲线的表达式为：
；
其中，表示波长漂移，/>表示波长，/>表示电极处全同弱光栅波长变化量，/>表示电极处全同弱光栅波长，/>表示光纤弹光系数，/>表示应变。
优选地，所述波长漂移的表达式为：
；
其中，表示波长漂移，/>表示实际波长，/>表示光谱扫频速度，/>表示延迟时间。
优选地，所述光谱扫频速度的表达式为：
；
其中，表示光谱扫频速度，/>表示输出光谱范围，/>表示扫描频率。
优选地，所述延迟时间的表达式为：
；
其中，表示延迟时间，/>表示光线距离，/>表示光传输介质折射率，/>表示光速。
第二方面，本申请提供了一种电池模组温度检测系统，包括：
安装模块，用于在电池模组外周安装光纤；
发射模块，用于通过所述光纤向所述电池模组发射连续光扫频；
获取模块，用于获取所述连续光扫频的参数信息；
处理模块，用于对所述参数信息进行处理；
判断模块，用于根据处理结果判断所述电池模组的温度变化。
第三方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述任一所述电池模组温度检测方法。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请提供的一种电池模组温度检测方法、系统及存储介质可以实现对大规模储能系统中各个电池单体的实时多物理场监测，通过调制解调连续扫频光时域反射信息，无需提前在传感光纤内设计布拉格光栅，实现对储能系统的机械性能与热性能的实时监测，在高效利用电池功能的同时保障电池储能系统安全运行，避免热失控甚至爆炸等事故的发生。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电池模组温度检测方法的流程示意图;
图2是本发明实施例提供的一种电池模组温度检测系统的结构示意图；
图3是本发明提供的一种电子设备的结构示意图；
图4是本发明提供的一种非暂态计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的一种电池模组温度检测方法的流程示意图。
本申请提供了一种电池模组温度检测方法，所述方法包括步骤：
S1：本申请提供了一种电池模组温度检测方法，所述方法包括步骤：
在电池模组外周安装光纤；
通过所述光纤向所述电池模组发射连续光扫频；
获取所述连续光扫频的参数信息；
对所述参数信息进行处理；
根据处理结果判断所述电池模组的温度变化。
具体地，电池模组外周安装有光纤，光纤相应配置有解调分析仪、传感光纤、控制模块以及通讯模块；所述光纤解调分析仪为基于连续扫频光时域反射的高速解调系统，光分路器将激光器发出的扫频光分为两路，其中一路光被导入弱光栅传感网络，另一束光被导入参考通道，弱光栅传感网络和参考通道输出的信息通过光电探测器被接收解调，最后通过信号处理模块被收集；所述光纤解调分析仪为基于连续扫频光时域反射的高速解调系统，光分路器将激光器发出的扫频光分为两路，其中一路光被导入弱光栅传感网络，另一束光被导入参考通道，弱光栅传感网络和参考通道输出的信息通过光电探测器被接收解调，最后通过信号处理模块被收集。
在本申请实施例中，所述获取所述连续光扫频的参数信息包括步骤：
获取所述光纤上全部光栅的位置信息；
获取所述光纤的反射光谱波长信息。
具体地，连续光扫频的参数信息包括：光纤上全部光栅的位置信息和反射光谱波长信息。
在本申请实施例中，所述对所述参数信息进行处理包括步骤：
获取所述参数信息中的反射光谱波长信息；
对所述反射光谱波长信息进行波长调解；
根据波长调解结果进行温度和波长漂移曲线拟合；
根据波长调解结果进行应变和波长漂移曲线拟合。
具体地，对参数进行处理后，可以得到拟合结果。
本发明所提供的电池模组温度检测方法通过连续扫频光一个周期的扫频，就能够完成全同光栅的时域分离，并取得所有全同光栅反射光谱的时间信息。在这些时间信息中，由光栅之间的光纤距离d产生的延时时间为：
；
式中，是光传输介质的折射率，c是光在真空中的传输速度。
全同弱光栅在连续光（光谱扫频速度和延时时间/>）的作用下有系统计数值和等效波长的区分，解调系统使用系统时钟对反射谱的时间信息进行计数，把扫频时域中的波长值λ转换成计数值/>,/>符合的线性函数公式是：
；
表示波长值，k表示系数，b表示常数。
扫频激光器被设计成正半周期出光，光谱扫频速度和扫描频率f0、输出光谱范围/>out的关系为：
；
即相邻的两个弱光栅反射光因为延时产生的计数值差值∆和延时时间/>以及光谱扫频速度/>的关系式为：
；
在理想情况下，每个等间隔布置的全同弱光栅在解调系统中的计数值间隔是，并且每个光栅根据布置位置的逐次远离，其计数值依次增大，这样就能够通过计数值的大小不同对每个光栅的位置顺序进行区分。
同时，参考通道会输出一组已知波长是的梳状波峰计数值，通过梳状滤波器对已经进行区分的全同光栅进行波长解调, 把标定参考定为光栅两侧的光梳状滤波器波峰值，可以得到峰值计数值是/>,/>对应的已知波长是/>,/>。所以每个全同弱光栅在连续扫频光时域反射谱与光谱扫频速度/>下解调的等效波长值/>是：
；
如此，仅在激光器的一个扫频周期内，系统就可以通过区分全同弱光栅的位置信息，来获取全部的全同弱光栅反射光谱波长信息。这种位置区分及波长解调的方法并不需要发出多个不同波长的脉冲光进行波长解调，使得全同光栅在时分复用中的解调速度得到了大幅提高。
然而通过上述解调系统得到的等效波长值并不是光栅的真实波长值，由于光传输过程中存在一定的时间延迟，故而结果会出现一个波长漂移/>:
；
即；
因此，这种解调技术应该在初始阶段设计一种延时误差自校准的方法，通过获取每个光栅固有的延时参量，计算出每个光栅反射回的无传输延迟的时间值，实现每个光栅在扫频光时域中的解调，完成误差补偿。
在校准的实现过程中，系统要对扫频激光器进行一定的改进，制造出可输出不同光谱扫频速度的激光器。
已知光谱扫频速度是由扫频频率/>和激光器光谱范围/>共同决定的，故而固定扫频激光器的扫描周期/>一直是120.99 kHz，然后改变F-P驱动电压的幅值, 使得扫频激光器的扫描范围/>发生一定的变化, 获得不同的光谱扫频速度/>,/>。
在光谱扫频速度下，保存未解调光栅/>的计数值是/>,/>以及光栅两侧梳状滤波器峰值计数值/>，/>和/>，/>，由延迟关系可以得到：
；
；
将上述两式联立可得每个全同弱光栅的延迟时间是：
；
根据计数值延时参量和延时时间的关系,得到在光谱扫频速度，/>下每个全同弱光栅固有的计数值延时参量是：
；
；
在得到每个光栅固定计数值延时参量后, 系统能够在不同光谱扫频速度下，消除光延迟带来的波长误差，完成解调校准得到真实的波长：
；
上述过程仅在初始化阶段利用了一次光谱扫频速率的切换，就计算出来每个全同光栅固有的计数值延时参量， 实现了解调误差的补偿。
上述校准解调方法能够在每次扫频周期内得到每个全同光栅的只对应于激光器扫频光时域中相应波长值且没有传输延迟的时间值。这种校准解调方法通过全同光栅的校准解调不仅有效的打破了扫频光谱宽度的限制，还使光栅的复用容量得到了大幅提高。
在现实工程应用中，一旦完成全同弱光栅传感网络的布置，就不需要频繁变化光纤的长度，如果外界环境出现了大幅度变化，可对系统再进行校准，这样做并不对系统在工作状态下的解调速度有所降低。此一对光纤传感器并列铺设在电芯单体外部，包括电芯外表面、正负极、减压排气区以及连接处，采集电芯单体外部温度场与形变场数据。
本发明中，电池形变与温度监测点的位置由放置在被测点的光纤传感器确定，各个被测点之间的距离可根据具体需求任意调整；相比于现有的布拉格光栅光纤传感以及电学传感系统，各个测试点的位置是提前确定的；本发明利用两根传感光纤实现应力与温度的补偿解析，测试精度高，灵活性强；
当电池温度变化时，全同弱光栅级联整体的波长漂移和温度变化/>的关系为：
；
其中，是光纤的热膨胀系数，ξ是光纤的热光系数。
当电池鼓包时，全同弱光栅级联整体的波长漂移和应变/>的关系为：
；
其中，是电极处全同弱光栅波长的变化量，/>是光纤的弹光系数。
在一根光纤上可以布置很多个监测点，进行锂电池组的多点准分布式温度监测和应变测量，从而实现系统对锂电池组的有效安全监测。
在本申请实施例中，所述温度和波长漂移曲线的表达式为：
；
其中，表示波长漂移，/>表示波长，/>表示光纤热膨胀系数 ，/>表示光纤热光系数，/>表示温度变化。
在本申请实施例中，所述应变和波长漂移曲线的表达式为：
；
其中，表示波长漂移，/>表示波长，/>表示电极处全同弱光栅波长变化量，/>表示电极处全同弱光栅波长，/>表示光纤弹光系数，/>表示应变。
在本申请实施例中，所述波长漂移的表达式为：
；
其中，表示波长漂移，/>表示实际波长，/>表示光谱扫频速度，/>表示延迟时间。
在本申请实施例中，所述光谱扫频速度的表达式为：
；
其中，表示光扫频速度，/>表示输出光谱范围，/>表示扫描频率。
在本申请实施例中，所述延迟时间的表达式为：
；
其中，表示延迟时间，/>表示光线距离，/>表示光传输介质折射率，/>表示光速。
如图2，本申请提供了一种电池模组温度检测系统，包括：
安装模块10，用于在电池模组外周安装光纤；
发射模块20，用于通过所述光纤向所述电池模组发射连续光扫频；
获取模块30，用于获取所述连续光扫频的参数信息；
处理模块40，用于对所述参数信息进行处理；
判断模块50，用于根据处理结果判断所述电池模组的温度变化。
本申请提供的一种电池模组温度检测系统可以执行上述步骤提供的一种电池模组温度检测方法。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
下面参考图3，其示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备100的结构示意图。本公开实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA（个人数字助理）、PAD（平板电脑）、PMP（便携式多媒体播放器）、车载终端（例如车载导航终端）等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图3示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图3所示，电子设备100可以包括处理装置（例如中央处理器、图形处理器等）101，其可以根据存储在只读存储器（ROM）102中的程序或者从存储系统108加载到随机访问存储器（RAM）103中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 103中，还存储有电子设备100操作所需的各种程序和数据。处理装置101、ROM 102以及RAM 103通过总线104彼此相连。输入/输出（I/O）接口105也连接至总线104。
通常，以下系统可以连接至I/O接口105：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、图像传感器、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置106；包括例如液晶显示器（LCD）、扬声器、振动器等的输出装置107；包括例如磁带、硬盘等的存储装置108；以及通信装置109。通信装置109可以允许电子设备100与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图中示出了具有各种系统的电子设备100，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的系统。可以替代地实施或具备更多或更少的系统。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置109从网络上被下载和安装，或者从存储装置108被安装，或者从ROM 102被安装。在该计算机程序被处理装置101执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。
下面参考图4，其示出了适于用来实现本公开实施例的计算机可读存储介质的结构示意图，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现如上述中任一所述的电池模组温度检测方法。
本申请提供的一种电池模组温度检测方法、系统及存储介质可以实现对大规模储能系统中各个电池单体的实时多物理场监测，通过调制解调连续扫频光时域反射信息，无需提前在传感光纤内设计布拉格光栅，实现对储能系统的机械性能与热性能的实时监测，在高效利用电池功能的同时保障电池储能系统安全运行，避免热失控甚至爆炸等事故的发生。
需要说明的是，在本文中，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。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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)

1.一种电池模组温度检测方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
在电池模组外周安装光纤；
通过所述光纤向所述电池模组进行连续光扫频；
获取所述连续光扫频的参数信息；
对所述参数信息进行处理；
根据处理结果判断所述电池模组的温度变化。
2.根据权利要求1所述的电池模组温度检测方法，其特征在于，所述获取所述连续光扫频的参数信息包括步骤：
获取所述光纤上全部光栅的位置信息；
获取所述光纤的反射光谱波长信息。
3.根据权利要求1所述的电池模组温度检测方法，其特征在于，所述对所述参数信息进行处理包括步骤：
获取所述参数信息中的反射光谱波长信息；
对所述反射光谱波长信息进行波长调解；
根据波长调解结果进行温度和波长漂移曲线拟合；以及，
根据所述波长调解结果进行应变和波长漂移曲线拟合。
4.根据权利要求3所述的电池模组温度检测方法，其特征在于，所述温度和波长漂移曲线的表达式为：
；
其中，表示波长漂移，/>表示波长，/>表示光纤热膨胀系数 ，/>表示光纤热光系数，/>表示温度变化。
5.根据权利要求3所述的电池模组温度检测方法，其特征在于，所述应变和波长漂移曲线的表达式为：
；
其中，表示波长漂移，/>表示波长，/>表示电极处全同弱光栅波长变化量，/>表示电极处全同弱光栅波长，/>表示光纤弹光系数，/>表示应变。
6.根据权利要求4或5所述的电池模组温度检测方法，其特征在于，所述波长漂移的表达式为：
；
其中，表示波长漂移，/>表示实际波长，/>表示光扫频速度，/>表示延迟时间。
7.根据权利要求6所述的电池模组温度检测方法，其特征在于，所述光扫频速度的表达式为：
；
其中，表示光扫频速度，/>表示输出光谱范围，/>表示扫描频率。
8.根据权利要求6所述的电池模组温度检测方法，其特征在于，所述延迟时间的表达式为：
；
其中，表示延迟时间，/>表示光线距离，/>表示光传输介质折射率，/>表示光速。
9.一种电池模组温度检测系统，其特征在于，包括：
安装模块，用于在电池模组外周安装光纤；
发射模块，用于通过所述光纤向所述电池模组发射连续光扫频；
获取模块，用于获取所述连续光扫频的参数信息；
处理模块，用于对所述参数信息进行处理；
判断模块，用于根据处理结果判断所述电池模组的温度变化。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述权利要求1-7中任一项所述电池模组温度检测方法。
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