CN116914299A - 一种锂离子电池内部压力原位监测系统及方法 - Google Patents
一种锂离子电池内部压力原位监测系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116914299A CN116914299A CN202310850116.3A CN202310850116A CN116914299A CN 116914299 A CN116914299 A CN 116914299A CN 202310850116 A CN202310850116 A CN 202310850116A CN 116914299 A CN116914299 A CN 116914299A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- lithium ion
- ion battery
- pressure
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 82
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 82
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 145
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 46
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 17
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical group [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
- G01L11/025—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
本发明公开了一种锂离子电池内部压力原位监测系统及方法，具体采用两个灵敏度系数不同的光纤F‑P传感器，两个光纤F‑P传感器间隔安装于待监测锂离子电池上，光纤F‑P传感器的传感探头位于待监测锂离子电池内部，光纤F‑P传感器连接有解调系统，光纤F‑P传感器用于获取待监测锂离子电池充放电过程产生的温度压力耦合数据，解调系统对待监测锂离子电池充放电过程产生的温度压力耦合数据进行解耦得到待监测锂离子电池充放电过程产生的温度和压力数据，能够得到锂离子电池内部压力及温度变化的原位同时监测，同时能够根据温度压力耦合数据建立锂离子电池内部温度压力之间的关系，为锂离子电池安全生命周期提供有力的支撑数据。
Description
技术领域
本发明属于电池多参数监测技术领域，具体涉及一种锂离子电池内部压力原位监测系统及方法。
背景技术
随着锂离子电池的规模化应用，电池安全事故频繁发生，其安全性受到了广泛关注。电池的失效形式有多种可观测特征，如鼓胀，变形、漏液、发热等，其中变形鼓胀是电池性能衰退而引发安全隐患的一个重要失效表现形式。电池鼓胀变形的原因主要包括：过充导致负极的锂离子过度堆积使得锂原子长出树状结晶或过放导致SEI破坏后使得负极材料崩塌，以及内部副反应和电解质分解产生气体等。随着电池的使用，副反应产气的积累必然会造成内部压力升高，压力的增加可能引起电流集电器和电极活性材料之间接触断裂，从而导致电池容量衰减。因此，监测锂离子电池的内部压力也是评估电池老化程度和安全预警的一个重要手段。
目前的监测手段都是间接测量手段，即通过监测电池外部的应力应变间接反映内部压力变化。如用两块平板将电池夹住，平行板一侧固定不动，另一侧安装了压力传感器，用此方式测量电池充放电过程中的压力变化。还有利用类似的测量方式，将多个电池堆叠在一起，用应变片监测电池的体积变化。此类传感方式试验系统复杂，电子传感器抗电磁干扰能力弱，灵敏度低等缺点。另外，外部参数和内部参数是彼此关联的，但是必定会存在一定的差异性，且此差异性和关联性不确定，则通过外部参数监测很难精准的反映电池内部的压力状态，因此，现有方法无法满足电池内部温度及压力同时监测的要求，采用现有方法同时获取电池内部温度和压力的数据，需要同时安装至少两个传感器分别测量温度和压力的数据，系统结构复杂，可操作性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池内部压力原位监测系统及方法，以克服现有技术无法同时监测电池内部温度和压力，为电池安全生命周期提供有力的支撑数据。
一种锂离子电池内部压力原位监测系统，包括解调系统和两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感器，两个光纤F-P传感器间隔安装于待监测锂离子电池上，光纤F-P传感器的监测头部位于待监测锂离子电池内部，光纤F-P传感器与解调系统连接，光纤F-P传感器用于获取待监测锂离子电池充放电过程产生的温度压力耦合数据，解调系统用于对待监测锂离子电池充放电过程产生的温度压力耦合数据进行解耦得到待监测锂离子电池充放电过程产生的温度和压力数据。
优选的，待监测锂离子电池包括电池外壳和顶部盖板，电池外壳为开口结构，顶部盖板装配式固定于电池外壳的开口结构处，电池外壳内部用于放置电池卷芯和电解液，顶部盖板上设有两个预留孔，两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感器分别安装于一个预留孔上，光纤F-P传感器的测量部通过预留孔置入锂离子电池内部。
优选的，光纤F-P传感器与顶部盖板上的预留孔通过螺纹连接固定。
优选的，光纤F-P传感器焊接固定于顶部盖板上的预留孔内。
优选的，顶部盖板上还设有泄压阀。
优选的，纤F-P传感器包括筒体、光纤、光纤准直头、反射膜和压力敏感单元，筒体为中通结构，压力敏感单元固定于筒体的一端，反射膜设置于压力敏感单元的内侧，光纤通过光纤准直头固定于筒体的另一端，光纤的另一端与反射膜间隔设置；光纤和光纤准直头的一端平齐设置，光纤一端、光纤准直头的一端与筒体的内壁、以及压力敏感单元之间形成F-P腔。
优选的，光纤F-P传感器包括筒体、内空心筒、光纤、光纤准直头、反射膜和压力敏感单元，筒体为中通结构，压力敏感单元固定于筒体的一端，反射膜设置于压力敏感单元的内侧，内空心筒固定于筒体另一端，内空心筒为中通结构，光纤通过光纤准直头固定于内空心筒内，光纤的另一端与反射膜间隔设置；内空心筒、光纤和光纤准直头的一端平齐设置，内空心筒、光纤和光纤准直头的一端与筒体的内壁、以及压力敏感单元之间形成F-P腔。
优选的，光纤与光纤准直头采用光纤固化胶胶粘固定。
一种锂离子电池内部压力原位监测方法，包括以下步骤：
对两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感器在锂离子电池上进行标定获取光纤F-P传感腔长改变量与压力和温度的相关系数；
将得到光纤F-P传感腔长改变量与压力和温度的相关系数的两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感腔分别装配于待监测锂离子电池上；
实时采集干涉光谱数据，利用解调系统解调干涉光谱的变化获得电池内部压力温度变化信息。
优选的，解调干涉光谱通过以下公式获得：
ΔL1为光纤F-P传感器ⅠF-P腔长改变量，ΔL2为光纤F-P传感器ⅡF-P腔长改变量，ΔP为电池内部压力变化量，ΔT为电池内部温度变化量，Kp1和Kt1分别为光纤F-P传感器Ⅰ和光纤F-P传感器Ⅱ腔长改变量与压力和温度的相关系数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种锂离子电池内部压力原位监测系统，具体采用解调系统5和两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感器3，两个光纤F-P传感器3间隔安装于待监测锂离子电池上，光纤F-P传感器3的监测头部位于待监测锂离子电池内部，光纤F-P传感器3与解调系统5连接，光纤F-P传感器3用于获取待监测锂离子电池充放电过程产生的温度压力耦合数据，解调系统5用于对待监测锂离子电池充放电过程产生的温度压力耦合数据进行解耦得到待监测锂离子电池充放电过程产生的温度和压力数据，从而能够得到锂离子电池内部压力及温度变化的原位同时监测，确保了监测数据的准确性，同时能够根据温度压力耦合数据建立锂离子电池内部温度压力之间的关系，为锂离子电池安全生命周期提供有力的支撑数据。
附图说明
图1为本发明实施例中压力传感器与锂电池集成图。
图2为本发明实施例中图1的局部剖视图。
图3为本发明实施例中光纤F-P压力传感器结构图。
图4为本发明实施例中基于光纤传感器的锂离子电池内部压力监测系统图。
其中，1、锂离子电池外壳；2、顶部盖板；3、光纤F-P传感器；4、电池卷芯；5、解调系统；6、待监测锂离子电池；7、计算机；8、电池充放电设备；21、预留孔；22、泄压阀；23、外极柱；31、外U型筒；32、内空心筒；33、光纤33；34、光纤准直头；35、反射膜；36、压力敏感单元。
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。
如图1至图4所示，本发明提供一种锂离子电池内部压力原位监测系统，具体包括解调系统5和两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感器3，两个光纤F-P传感器3间隔安装于待监测锂离子电池6上，光纤F-P传感器3的监测头部位于待监测锂离子电池内部，光纤F-P传感器3与解调系统5连接，光纤F-P传感器3用于获取待监测锂离子电池充放电过程产生的温度压力耦合数据，解调系统5用于对待监测锂离子电池充放电过程产生的温度压力耦合数据进行解耦得到待监测锂离子电池充放电过程产生的温度和压力数据，从而能够得到锂离子电池内部压力及温度变化的原位同时监测，确保了监测数据的准确性，同时能够根据温度压力耦合数据建立锂离子电池内部温度压力之间的关系，为锂离子电池安全生命周期提供有力的支撑数据。
具体的，本申请针对锂离子电池内部压力进行原位监测，如图1、图2所示，以装配式锂离子电池为例，所述锂离子电池包括电池外壳1和顶部盖板2，电池外壳1为开口结构，顶部盖板2装配式固定于电池外壳1的开口结构处，电池外壳1内部用于放置电池卷芯4和电解液，电解液填充在电池卷芯4四周。顶部盖板2上设有两个预留孔21和两个外极柱23，两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感器3分别安装于一个预留孔21上，光纤F-P传感器3的测量部通过预留孔21置入锂离子电池内部；两个外极柱23用于作为锂离子电池的输出电极。
解调系统5具体采用光纤F-P解调仪，解调系统5连接有计算机7，用于数据的统计存储，计算机7连接有电池充放电设备8，电池充放电设备8用于对待监测锂离子电池进行充放电实验操作。
光纤F-P传感器3通过顶部盖板2上的预留孔21置入安装，光纤F-P传感器3与顶部盖板2上的预留孔21通过螺纹连接固定，在预留孔21上预制螺纹孔，光纤F-P传感器3的外圈设置连接螺纹，光纤F-P传感器3与顶部盖板2上的预留孔21螺纹连接，连接处设置有密封圈或者采用密封胶进行密封。
在本申请的一种实施例中，光纤F-P传感器3焊接固定于顶部盖板2上的预留孔21内，具体通过激光焊接同时密封。
顶部盖板2上还设有泄压阀22，用于确保测试过程中锂离子电池的安全。
电池外壳1和顶部盖板2采用激光焊接在一起，电池卷芯4与电池外壳1上端的顶部盖板2之间留有间隙，预留孔21开设于顶部盖板2上，光纤F-P传感器3通过预留孔21使光纤F-P传感器3的测量部位于电池卷芯4与电池外壳1上端的顶部盖板2之间的间隙部分，不会影响锂离子电池内部电池卷芯4的布局。电池卷芯4装配至电池外壳1后，通过顶部盖板2上的预留孔注21入电解液，然后安装两个光纤F-P传感器3并完成密封；通过安装两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感器3可以实现压力温度信息互解耦。
在本申请一种实施例中，光纤F-P传感器3包括筒体31、光纤33、光纤准直头34、反射膜35和压力敏感单元36，筒体31为中通结构，压力敏感单元36固定于筒体31的一端，反射膜35设置于压力敏感单元36的内侧，光纤33通过光纤准直头34固定于筒体31的另一端，光纤33的另一端与反射膜35间隔设置；光纤33和光纤准直头34的一端平齐设置，光纤33一端、光纤准直头34的一端与筒体31的内壁、以及压力敏感单元36之间形成F-P腔。压力敏感单元36的厚度根据灵敏度需求调节，厚度越大，传感器灵敏度越低。
如图3所示，光纤F-P传感器3包括筒体31、内空心筒32、光纤33、光纤准直头34、反射膜35和压力敏感单元36，筒体31为中通结构，压力敏感单元36固定于筒体31的一端，反射膜35设置于压力敏感单元36的内侧，内空心筒32固定于筒体31另一端，内空心筒32为中通结构，光纤33通过光纤准直头34固定于内空心筒32内，光纤33的另一端与反射膜35间隔设置；内空心筒32、光纤33和光纤准直头34的一端平齐设置，内空心筒32、光纤33和光纤准直头34的一端与筒体31的内壁、以及压力敏感单元36之间形成F-P腔。光纤33与光纤准直头34采用光纤固化胶353ND胶粘固定。筒体31与压力敏感单元36一体化加工成型；在压力敏感单元36的内测布置了高反射率的反射膜35；反射膜35与光纤准直头34之间的空腔形成F-P腔，且F-P腔长度可以通过旋转内空心筒32进行调节。
采用内空心筒32作为筒体31与光纤33安装过渡结构，内空心筒32与筒体31内壁通过螺纹连接，可调节内空心筒32与筒体31连接的相对高度，从而得到不同灵敏度的光纤F-P传感器结构。
随着锂离子电池的老化，锂离子电池内部压力增加并直接作用在传感器敏感单元36底部，造成反射膜35与光纤准直头32之间的距离变短，也就是F-P腔长度发生变化，相应的干涉光谱也会发生变化，通过解调光谱的波长变化或者强度变化即可实现电池内部压力原位在线监测。
由于锂离子电池工作过程中会产生热量并导致温度升高，由于材料的热胀冷缩，光纤F-P传感器3的F-P腔长也会发生变化，本申请采用了两个预留孔安装两个不同灵敏度系数的光纤F-P传感器3的方式来解决此问题，采用两个灵敏度系数不一样的传感器可以实现温度压力的互解耦。
光纤F-P传感器3的压力敏感单元6是一层薄壁金属圆盘，其在受到压力作用时，在弹性变形范围，内圆盘中心的变形量w和压力P的关系可表示为：由此可得压力敏感单元的变形，即F-P腔长变化量与压力呈现线性关系。当锂离子电池内部压力增加时，压力作用到F-P传感器的压力敏感单元6上时，引起压力敏感单元6向内发生变形从而引起F-P腔长度发生变化，最终引起光纤F-P传感器3的干涉光谱发生变化，利用解调系统即可获得电池内部压力变化信息。
锂离子电池在工作过程中，内部会发生一系列的吸热和放热反应，会引起温度变化，由于光纤F-P传感器3材料的热胀冷缩，温度也会导致F-P腔长度发生变化。为了解决这种温度压力交叉耦合的问题，在电池内植入两个灵敏度系数不同的光纤F-P压力传感探头，该方式可以实现内部压力和温度的互解耦，两个光纤F-P传感器3的测量部的性能参数不一样，主要体现在压力温度灵敏度系数不一样，不同的传感参数通过F-P腔长和压力敏感元件的厚度来调节。设光纤F-P传感器Ⅰ和光纤F-P传感器Ⅱ的F-P腔长与温度和压力的关系满足如下：
ΔL1＝Kp1ΔP+Kt1ΔT (1)
ΔL2＝Kp2ΔP+Kt2ΔT (2)
式中：ΔL1为光纤F-P传感器Ⅰ的F-P腔长改变量，ΔL2为光纤F-P传感器Ⅱ的F-P腔长改变量，ΔP为电池内部压力变化量，ΔT为电池内部温度变化量，Kp1为光纤F-P传感器Ⅰ的F-P腔长改变量与压力的相关系数，Kt1为光纤F-P传感器Ⅰ的F-P腔长改变量与温度的相关系数，Kp2为光纤F-P传感器Ⅱ的F-P腔长改变量与压力的相关系数，Kt2为光纤F-P传感器Ⅱ的F-P腔长改变量与温度的相关系数，光纤F-P传感器的F-P腔长改变量与温度的相关系数以及光纤F-P传感器的F-P腔长改变量与压力的相关系数通过试验标定获得。
联立式可得解调干涉光谱通过以下公式获得：
当传感器结构不变时，其温度和压力灵敏度性能参数为常数。由上式可知：压力和温度变化量只与两个传感器的腔长变化量有关，F-P腔长变化通过解调干涉光谱的变化得出，从而则实现了压力温度互解耦。
上述实施例仅为本发明的一种优选实施方式。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，凡是通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种锂离子电池内部压力原位监测系统，其特征在于，包括两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感器(3)，两个光纤F-P传感器(3)间隔安装于待监测锂离子电池上，光纤F-P传感器(3)的监测头部位于待监测锂离子电池内部，两个光纤F-P传感器(3)连接有解调系统(5)，光纤F-P传感器(3)用于获取待监测锂离子电池充放电过程产生的温度压力耦合数据，解调系统(5)用于对待监测锂离子电池充放电过程产生的温度压力耦合数据进行解耦得到待监测锂离子电池充放电过程产生的温度和压力数据。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部压力原位监测系统，其特征在于，待监测锂离子电池包括电池外壳(1)和顶部盖板(2)，电池外壳(1)为开口结构，顶部盖板(2)装配式固定于电池外壳(1)的开口结构处，电池外壳(1)内部用于放置电池卷芯(4)和电解液，顶部盖板(2)上设有两个预留孔(21)，两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感器(3)分别安装于一个预留孔(21)上，光纤F-P传感器(3)的测量部通过预留孔(21)置入锂离子电池内部。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池内部压力原位监测系统，其特征在于，光纤F-P传感器(3)与顶部盖板(2)上的预留孔(21)通过螺纹连接固定。
4.根据权利要求2所述的一种锂离子电池内部压力原位监测系统，其特征在于，光纤F-P传感器(3)焊接固定于顶部盖板(2)上的预留孔(21)内。
5.根据权利要求2所述的一种锂离子电池内部压力原位监测系统，其特征在于，顶部盖板(2)上还设有泄压阀(22)。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部压力原位监测系统，其特征在于，光纤F-P传感器(3)包括筒体(31)、光纤(33)、光纤准直头(34)、反射膜(35)和压力敏感单元(36)，筒体(31)为中通结构，压力敏感单元(36)固定于筒体(31)的一端，反射膜(35)设置于压力敏感单元(36)的内侧，光纤(33)通过光纤准直头(34)固定于筒体(31)的另一端，光纤(33)的另一端与反射膜(35)间隔设置；光纤(33)和光纤准直头(34)的一端平齐设置，光纤(33)一端、光纤准直头(34)的一端与筒体(31)的内壁、以及压力敏感单元(36)之间形成F-P腔。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部压力原位监测系统，其特征在于，光纤F-P传感器(3)包括筒体(31)、内空心筒(32)、光纤(33)、光纤准直头(34)、反射膜(35)和压力敏感单元(36)，筒体(31)为中通结构，压力敏感单元(36)固定于筒体(31)的一端，反射膜(35)设置于压力敏感单元(36)的内侧，内空心筒(32)固定于筒体(31)另一端，内空心筒(32)为中通结构，光纤(33)通过光纤准直头(34)固定于内空心筒(32)内，光纤(33)的另一端与反射膜(35)间隔设置；内空心筒(32)、光纤(33)和光纤准直头(34)的一端平齐设置，内空心筒(32)、光纤(33)和光纤准直头(34)的一端与筒体(31)的内壁、以及压力敏感单元(36)之间形成F-P腔。
8.根据权利要求6)或(7所述的一种锂离子电池内部压力原位监测系统，其特征在于，光纤(33)与光纤准直头(34)采用光纤固化胶胶粘固定。
9.一种基于权利要求1所述的一种锂离子电池内部压力原位监测系统的锂离子电池内部压力原位监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感器在锂离子电池上进行标定获取光纤F-P传感腔长改变量与压力和温度的相关系数；
将得到光纤F-P传感腔长改变量与压力和温度的相关系数的两个灵敏度系数不同的光纤F-P传感腔分别装配于待监测锂离子电池上；
实时采集干涉光谱数据，利用解调系统解调干涉光谱的变化获得电池内部压力温度变化信息。
10.根据权利要求9所述的一种锂离子电池内部压力原位监测系统的锂离子电池内部压力原位监测方法，其特征在于，解调干涉光谱通过以下公式获得：
ΔL1为光纤F-P传感器Ⅰ的F-P腔长改变量，ΔL2为光纤F-P传感器Ⅱ的F-P腔长改变量，ΔP为电池内部压力变化量，ΔT为电池内部温度变化量，Kp1为光纤F-P传感器Ⅰ的F-P腔长改变量与压力的相关系数，Kt1为光纤F-P传感器Ⅰ的F-P腔长改变量与温度的相关系数，Kp2为光纤F-P传感器Ⅱ的F-P腔长改变量与压力的相关系数，Kt2为光纤F-P传感器Ⅱ的F-P腔长改变量与温度的相关系数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310850116.3A CN116914299A (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种锂离子电池内部压力原位监测系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310850116.3A CN116914299A (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种锂离子电池内部压力原位监测系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116914299A true CN116914299A (zh) | 2023-10-20 |
Family
ID=88362175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310850116.3A Pending CN116914299A (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种锂离子电池内部压力原位监测系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116914299A (zh) |
-
2023
- 2023-07-11 CN CN202310850116.3A patent/CN116914299A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Han et al. | A review on various optical fibre sensing methods for batteries | |
| US9209494B2 (en) | Monitoring/managing electrochemical energy device using detected intercalation stage changes | |
| CN108776311A (zh) | 一种方形锂电池气胀检测装置及检测方法 | |
| Liu et al. | Operando monitoring Lithium-ion battery temperature via implanting femtosecond-laser-inscribed optical fiber sensors | |
| US10403922B2 (en) | Battery with embedded fiber optic cable | |
| CN204215026U (zh) | 车用蓄电池充放电参数实时检测装置 | |
| KR20160012074A (ko) | 배터리 관리용 매몰형 광섬유 케이블들 | |
| Gulsoy et al. | In-situ temperature monitoring of a lithium-ion battery using an embedded thermocouple for smart battery applications | |
| Li et al. | A smart Li-ion battery with self-sensing capabilities for enhanced life and safety | |
| CN110838604A (zh) | 一种基于光纤布拉格光栅的动力电池及其监测系统和方法 | |
| CN115143893A (zh) | 通过光纤光栅传感器检测固态锂电池内部应变原位的方法 | |
| Zhang et al. | Health monitoring by optical fiber sensing technology for rechargeable batteries | |
| CN115020851A (zh) | 一种具有膨胀力检测功能的扣式电池及其制备方法 | |
| CN116914299A (zh) | 一种锂离子电池内部压力原位监测系统及方法 | |
| Li et al. | Functional Optical Fiber Sensors Detecting Imperceptible Physical/Chemical Changes for Smart Batteries | |
| US20230152259A1 (en) | Calorimeter for in operando measuring of the overall heat released by a battery cell | |
| WO2024065259A1 (zh) | 电芯组件、电池单体、电池及用电装置 | |
| CN111580001A (zh) | 一种电池体积变化原位测试装置 | |
| CN114994545A (zh) | 一种基于光纤spr和fbg传感器的混合监测电池结构健康系统 | |
| CN115047354A (zh) | 锂离子电池的充放电能量测量方法及锂离子电池 | |
| CN115453373A (zh) | 一种动力电池机械损伤在线探测方法 | |
| CN212341403U (zh) | 一种电池体积变化原位测试装置 | |
| CN213422155U (zh) | 一种锂电池膨胀量测量装置 | |
| CN114421037A (zh) | 测量电池内部温度和应变的装置、方法及电池 | |
| CN219349082U (zh) | 电池膨胀力测试装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |