CN206002224U - 基于光纤传感网络的电池温度监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于光纤传感网络的电池温度监测装置，包括：可调制的宽带光源、光环形器、包含至少一电芯的电池组、置于每一电芯内部的光纤光栅、置于电芯之间的延时光纤以及光纤耦合器、多通道波长的滤波器、探测器组和控制采集模块，所述光环形器具有三个端口分别连接所述宽带光源、所述电池组和所述滤波器，所述滤波器还与所述探测器组连接，所述控制采集模块分别与所述探测器组和所述宽带光源连接。本实用新型的基于光纤传感网络的电池温度监测装置在电池组的每一电芯内部均设有光纤光栅，能够对电池组内各个电芯的状况进行有效的监测。
Description
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，尤其涉及一种基于光纤传感网络的电池温度监测装置。
背景技术
环境污染和能源危机成为当下发展的两大问题，电动汽车以其绿色环保、节能减排等独特优势，得到了全球汽车厂商的重视。电池作为汽车电动化技术的关键所在，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，电池内部，由于短路、过充和材料退化所引起的安全事故主要表现为电池内部的过热和壳体的膨胀，对于电池组而言，某个电池的状态异常会导致电池组整体效能的下降。可见实现对各个电芯内部温度的实时监测至关重要。
由于光纤具有体积小、质量轻、无源，耐压、耐腐蚀及抗电磁干扰的特点，光纤传感器在一些特殊领域的应用，如油气管、核电站、石油罐等场景中，具备明显的优势。同样的，光纤传感器亦可应用于电池内部的温度监测。
然而，现有的电池监测技术并未对电池组内部各个电芯的状况进行有效的检测和监控，当电池组性能下降时，无法判断是其中哪个电池状态出现异常。
因此，有必要设计一种新的电池温度监测装置，以解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于光纤传感网络的电池温度监测装置，旨在用于解决现有的电池监测技术并未对电池组内部各个电芯的状况进行有效监测的问题。
本实用新型是这样实现的：
本实用新型提供一种基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于，包括：可调制的宽带光源、光环形器、包含至少一电芯的电池组、置于每一电芯内部的光纤光栅、置于电芯之间的延时光纤以及光纤耦合器、多通道波长的滤波器、探测器组和控制采集模块，所述光环形器具有三个端口分别连接所述宽带光源、所述电池组和所述滤波器，所述滤波器还与所述探测器组连接，所述控制采集模块分别与所述探测器组和所述宽带光源连接。
进一步地，所述光纤光栅的反射带宽小于0.2纳米。
进一步地，所述光纤光栅的峰值反射率控制在1%-5%。
进一步地，每一所述电芯内部设有多个光纤光栅，同一电芯内部的多个光纤光栅采用波分复用的方式排布，即同一电芯内部的多个光纤光栅的波长各不相同。
进一步地，所述滤波器的不同的波长通道对应着不同的光纤光栅，每个通道的宽度对应着每个光纤光栅的波长变化范围。
进一步地，所述延时光纤采用环绕形的方式进行排布。
进一步地，所述延时光纤的长度限制于20m以下。
进一步地，所述宽带光源被所述控制采集模块调制后输出的光脉冲的长度与所述延时光纤的长度对应。
进一步地，整个所述电池组内部采用连续刻写光栅结构的单根光纤。
进一步地，所述电池组具有一壳体，所述壳体上设有光纤光栅。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的基于光纤传感网络的电池温度监测装置在电池组的每一电芯内部均设有光纤光栅，能够对电池组内各个电芯的状况进行有效的监测，从而在电池组性能下降时，能够判断是其中哪个电池状态出现异常。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的基于光纤传感网络的电池温度监测装置的示意图。
附图中各标号代表含义如下：
1-宽带光源、2-光环形器、3-光纤光栅、4-电芯、5-延时光纤、6-控制采集模块、7-探测器组、8-滤波器、9-壳体。
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，本实用新型实施例提供一种基于光纤传感网络的电池温度监测装置，包括：可调制的宽带光源1、光环形器2、包含三个电芯4的电池组、置于所述电池组外的壳体9、置于每一电芯4内部和所述壳体9上的光纤光栅3、置于电芯4之间的延时光纤5、光纤耦合器（未图示）、多通道波长的滤波器8、探测器组7和控制采集模块6，所述光环形器2具有三个端口分别连接所述宽带光源1、所述电池组和所述滤波器8，所述滤波器8还与所述探测器组7连接，所述控制采集模块6分别与所述探测器组7和所述宽带光源1连接。其中，所述宽带光源1能够提供满足所述光纤光栅3反射光谱所需的光谱波段，所述控制采集模块6能够对所述宽带光源1进行电流控制，调制所述宽带光源1输出光脉冲，这些功能利用常规技术即可实现。
所述光纤光栅3为窄带宽的弱反射光栅，具体为所述光纤光栅3的反射带宽小于0.2纳米，峰值反射率控制在1%-5%。每一所述电芯4内部设有多个光纤光栅3，从而对每个电芯4的多个节点进行温度和应力的监测，所述光纤光栅3布置于电芯4内部材料、电池电极、化学反应区、电池组壳体9等容易发生短路、过热变形的位置，由于光纤的无源及绝缘等良好的化学性质，所述光纤光栅3也可以置于其他需要监测的位置。同一电芯4内部的多个光纤光栅3采用波分复用的方式排布，即同一电芯4内部的多个光纤光栅3的波长各不相同，从而能根据波长对不同位置的光纤光栅3进行区分。所述延时光纤5置于电芯4之间，其长度限制于20m以下，且采用环绕形的方式进行排布，以保证延时光纤5能够较好地嵌入到不同电池当中。所述宽带光源1被所述控制采集模块6调制后输出的光脉冲的长度与所述延时光纤5的长度对应，以保证被不同的电芯4内部反射回来的光脉冲能够被相互区分。整个所述电池组内部采用连续刻写光栅结构的单根光纤来实现对电池组内部温度与应力的监测，降低电池安全监测系统的复杂程度。所述宽带光源1、所述光纤耦合器（未图示）、所述滤波器8、所述探测器组7和所述控制采集模块6与所述电池组内部的光纤之间进行隔离处理，以确保传感端的无源特性。
所述滤波器8的不同的波长通道对应着不同的光纤光栅3，每个通道的宽度设计时对应着每个光纤光栅3的波长变化范围，每个通道将光纤光栅3的波长编码信息转换为强度编码信息，即所述光纤光栅3的波长漂移信息通过所述滤波器8转换为光强的变化，且所述滤波器8的输出光强与所述光纤光栅3的波长值之间唯一对应。
所述控制采集模块6包括数据采集端和控制模块，在数据采集端，控制模块调制宽带光源1产生光脉冲之后，通过精确计时，能够在采集端准确地对不同电芯4的光信号进行采集。每一次脉冲采集之后，根据所采集的脉冲顺序，区分光纤光栅3所属的电芯4，根据信号所处的波长通道能够区分单个电芯4内部不同的光纤光栅3。对相应信号进行除噪和其它处理后，根据所得强度信息进行光纤光栅3波长的判断，进一步地判断其传感信息，如温度、应力等参量的变化。
所述光纤光栅3监测的参量主要包括电池组内部温度和应力变化，但不限于此，还可以包括其他参量。电芯4温度主要用于监控其内短路和化学物质状况，应力变化则用于监测电芯4膨胀引起的变形，单个光纤光栅3只负责单个参量的监测。光纤光栅3同时会受到温度和电池膨胀的影响，对本实用新型而言无需进行温度和应变的区分，当光强的变化所表明的波长偏移超过一定的阈值时，则表明电池内部的温度变化和形变已经超过安全范围，此时将与电池控制单元进行通讯，并对电池组进行断电等安全操作。
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 (10)
1.一种基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于，包括：可调制的宽带光源、光环形器、包含至少一电芯的电池组、置于每一电芯内部的光纤光栅、置于电芯之间的延时光纤以及光纤耦合器、多通道波长的滤波器、探测器组和控制采集模块，所述光环形器具有三个端口分别连接所述宽带光源、所述电池组和所述滤波器，所述滤波器还与所述探测器组连接，所述控制采集模块分别与所述探测器组和所述宽带光源连接。
2.如权利要求1所述的基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于：所述光纤光栅的反射带宽小于0.2纳米。
3.如权利要求1或2所述的基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于：所述光纤光栅的峰值反射率控制在1%-5%。
4.如权利要求1所述的基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于：每一所述电芯内部设有多个光纤光栅，同一电芯内部的多个光纤光栅采用波分复用的方式排布，即同一电芯内部的多个光纤光栅的波长各不相同。
5.如权利要求1或4所述的基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于：所述滤波器的不同的波长通道对应着不同的光纤光栅，每个通道的宽度对应着每个光纤光栅的波长变化范围。
6.如权利要求1所述的基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于：所述延时光纤采用环绕形的方式进行排布。
7.如权利要求1或6所述的基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于：所述延时光纤的长度限制于20m以下。
8.如权利要求1所述的基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于：所述宽带光源被所述控制采集模块调制后输出的光脉冲的长度与所述延时光纤的长度对应。
9.如权利要求1所述的基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于：整个所述电池组内部采用连续刻写光栅结构的单根光纤。
10.如权利要求1所述的基于光纤传感网络的电池温度监测装置，其特征在于：所述电池组具有一壳体，所述壳体上设有光纤光栅。
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| CN109683095A (zh) * | 2017-10-18 | 2019-04-26 | 奥动新能源汽车科技有限公司 | 电池组的故障检测方法及系统 |
| CN110261005A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-09-20 | 南昌航空大学 | 一种光纤网络新能源电池温度监测系统 |
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