CN205657107U - 光纤传感器嵌入式电池隔膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光纤传感器嵌入式电池隔膜，包括：电池隔膜和嵌入所述电池隔膜中的传感增敏光纤结构，所述传感增敏光纤结构包括多个光纤传感器。本实用新型的光纤传感器嵌入式电池隔膜将光纤传感器嵌入到电池隔膜中，能够对电池内部的温度和壳体的膨胀进行监测，从而增进了对电池状态的了解和管理。

Description

光纤传感器嵌入式电池隔膜

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术在电池安全领域的应用，尤其涉及光纤传感技术在电池隔膜中的应用。

背景技术

电动汽车以其绿色环保、节能减排等独特优势，成为解决环境污染和能源危机两大问题的重要途径。电池作为电动汽车的动力来源，其性能对电动汽车的使用安全以及发展前景具有重大意义，因此，实现对电池工作状态的实时监测至关重要。传统的电池安全监测主要集中在电池整体温度变化及形变上，而电池内部的短路、过充和材料退化将会导致电池内部的过热和壳体的膨胀，对电芯内部温度以及壳体膨胀的监测成为亟待解决的难题。

在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，隔膜位于正极和负极之间，主要作用是将正负极活性物质分隔开，防止两极因接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。鉴于隔膜所在的位置，其直接受到电池内部温度变化以及壳体膨胀的作用。因此，电池隔膜进行传感增敏可为传感隔膜赋予电池内部安全监测的新型功能。

光纤具有体积小、质量轻、无源，耐压、耐腐蚀及抗电磁干扰的特点。随着光纤传感技术的发展，光纤传感器在一些特殊的应用场景中，如油气管、核电站、石油罐等，具备明显的优势。光纤传感器应用于电池隔膜的设计成为实现隔膜安全性能监测功能化的一个可靠方式。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光纤传感器嵌入式电池隔膜，旨在用于解决现有的电池安全监测技术无法对电池内部温度和壳体膨胀进行监测的问题。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种光纤传感器嵌入式电池隔膜，其特征在于，包括：电池隔膜和嵌入所述电池隔膜中的传感增敏光纤结构，所述传感增敏光纤结构包括多个光纤传感器。

进一步地，所述电池隔膜具有两层，所述传感增敏光纤结构嵌入于所述两层电池隔膜之间。

进一步地，所述传感增敏光纤结构与所述两层电池隔膜之间通过聚乙烯材料固化。

进一步地，所述光纤传感器为全光纤在线式传感器。

进一步地，所述光纤传感器为布拉格光纤光栅传感器。

进一步地，所述传感增敏光纤结构为单根光纤，所述单根光纤上刻写多个波长不同的布拉格光纤光栅传感器。

进一步地，当应用于包含多个电池的电池组中时，在各个电池之间设置光纤延迟线。

进一步地，所述光纤延迟线的长度限制在20m以内。

进一步地，所述传感增敏光纤结构包含多列光纤，每列光纤上分别刻写多个光纤传感器。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的光纤传感器嵌入式电池隔膜将光纤传感器嵌入到电池隔膜中，能够对电池内部的温度和壳体的膨胀进行监测，从而增进了对电池状态的了解和管理。

2、光纤传感器具有质量轻、体积小、耐腐蚀及耐高温等特性，这也使得所述光纤传感器嵌入式电池隔膜相较于传统电池隔膜在质量和体积上没有明显差异，也保证了其在传统锂电池应用中的普适性与安全性。

3、光纤传感技术无源的特性保证了电池内部安全监测的独立性，基于所述光纤传感器嵌入式电池隔膜的电池安全监测不会对电池自身的工作状态造成影响。

4、嵌入在电池隔膜上的光纤传感器布置方式灵活，可以根据实际应用需求并结合适当的复用技术和解调模式进行配置。

附图说明

图1是本实用新型光纤传感器嵌入式电池隔膜的原理图；

图2是本实用新型光纤传感器嵌入式电池隔膜的分解图。

图中：1-上隔膜，2-下隔膜，3-传感增敏光纤结构，4-光纤传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2，本实用新型实施例提供一种光纤传感器嵌入式电池隔膜，其应用于锂电池内部以对电池内部进行安全监测，包括：传统的电池隔膜和嵌入所述电池隔膜中的传感增敏光纤结构3，所述传感增敏光纤结构3包括多个光纤传感器4。

如图2，本实施例中所述电池隔膜具有两层，包括上隔膜1和下隔膜2，所述上隔膜1和所述下隔膜2的材料可选择聚乙烯或聚丙烯微孔膜，在其他实施例中，所述电池隔膜也可以是单层或者两层以上。所述传感增敏光纤结构3采用标准单模光纤，外直径为256微米，包层直径为125微米，纤芯直径为8微米，所述传感增敏光纤结构3包括多个光纤传感器4，并嵌入于所述上隔膜1和所述下隔膜2之间，通过聚乙烯等材料固化。所述传感增敏光纤结构3的嵌入一定程度上将增加传统电池隔膜的厚度，但并未对电池的尺寸造成较大的影响。同时，光纤的耐腐蚀、耐高温能力也保证了其在电解质溶液中的兼容性与工作稳定性。

为简化所述传感增敏光纤结构3，使得所述传感增敏光纤结构3兼具光传导和外界环境感知的能力，所述光纤传感器4可选择全光纤在线式传感器，如基于多模干涉机理的光纤微结构传感器、长周期光纤光栅传感器以及布拉格光纤光栅传感器等，通过合理的解调配置，可实现对电池内部温度、应力、PH值、电解质离子浓度等多参量变化的实时感知。

本实施例中的光纤传感器4优选为布拉格光纤光栅传感器。布拉格光纤光栅是一种使用频率最高，应用范围最广的光纤传感器，其可根据外界环境的温度变化或受到的应变而改变其反射光波波长。我们可通过测量其反射波长漂移这一绝对量来实现对电池内部温度以及应力变化的感知。

如图1，所述传感增敏光纤结构3的配置取决于实际应用中的安全监测需求。本实施例中传感增敏光纤结构3采用单根光纤，按照阵列式嵌入于所述上隔膜1和所述下隔膜2之间，具体为所述传感增敏光纤结构3包含四列光纤，每列光纤上分别刻写三个光纤传感器4，因此，所述上隔膜1和所述下隔膜2之间共嵌入有十二个光纤传感器4。为区分同一电池内的各个光纤传感器4，我们引入了波分复用技术，即刻写的十二个光纤传感器4具有不同的中心反射波长；相应的，当电池内的温度变化时，所述光纤传感器4的反射波长将发生漂移，最终通过中心局的解调装置对波长信号进行处理，得到电池内部的温度场分布。在其他实施例中，所述光纤传感器4的数量可以调整，由监测密集需求所决定，实现对某一电芯内部进行多点的安全监测。同时，为避免各个光纤传感器4之间的串扰，需要合理的预留出波长间隔，这和监测系统预期测量动态范围相关。

当所述光纤传感器嵌入式电池隔膜应用于包含多个电池的电池组中时，为简化基于光纤传感器嵌入式电池隔膜的电池内部安全监测网络，我们对不同电池内的电池隔膜采用相同的配置，即嵌入的传感增敏光纤结构3具有普适性。同时需对不同电池内的各个电池隔膜进行区分，我们通过在各个电池之间引入光纤延迟线实现时分复用技术，所述光纤延迟线的长度限制在20m以内。同时结合合理的解调技术实现基于光纤传感器嵌入式电池隔膜的电池内部安全的实时监测。经中心局解调，可以得到电池内的温度场或是应力场的分布，当温度过高或应力过大，反射波长的漂移超过警戒值时，中心局将直接同电池组控制中心通信，实施保护措施。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光纤传感器嵌入式电池隔膜，其特征在于，包括：电池隔膜和嵌入所述电池隔膜中的传感增敏光纤结构，所述传感增敏光纤结构包括多个光纤传感器。

2.如权利要求1所述的光纤传感器嵌入式电池隔膜，其特征在于：所述电池隔膜具有两层，所述传感增敏光纤结构嵌入于所述两层电池隔膜之间。

3.如权利要求2所述的光纤传感器嵌入式电池隔膜，其特征在于：所述传感增敏光纤结构与所述两层电池隔膜之间通过聚乙烯材料固化。

4.如权利要求1所述的光纤传感器嵌入式电池隔膜，其特征在于：所述光纤传感器为全光纤在线式传感器。

5.如权利要求4所述的光纤传感器嵌入式电池隔膜，其特征在于：所述光纤传感器为布拉格光纤光栅传感器。

6.如权利要求5所述的光纤传感器嵌入式电池隔膜，其特征在于：所述传感增敏光纤结构为单根光纤，所述单根光纤上刻写多个波长不同的布拉格光纤光栅传感器。

7.如权利要求1所述的光纤传感器嵌入式电池隔膜，其特征在于：当应用于包含多个电池的电池组中时，在各个电池之间设置光纤延迟线。

8.如权利要求7所述的光纤传感器嵌入式电池隔膜，其特征在于：所述光纤延迟线的长度限制在20m以内。

9.如权利要求1所述的光纤传感器嵌入式电池隔膜，其特征在于：所述传感增敏光纤结构包含多列光纤，每列光纤上分别刻写多个光纤传感器。