CN208706800U - 一种电池内部温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池内部温度测量装置，包括电池外壳、内部光纤、外部光纤、第一光纤接头、第二光纤接头和光电解调仪；内部光纤上设置有FBG传感器；内部光纤和第一光纤接头的尾端设置在电池外壳的内部，第一光纤接头的连接端、外部光纤、第二光纤接头和光电解调仪设置在电池外壳的外部；内部光纤与第一光纤接头的尾端相连，第一光纤接头的连接端与第二光纤接头的连接端耦合，第二光纤接头的尾端通过外部光纤与光电解调仪相连。把设置有FBG传感器的内部光纤设置在电池外壳的内壁，FBG传感器可以直接测量电池内部的温度，最大程度减少了延时和误差，相比起把FBG传感器设置在电池外壳的外壁，本技术方案能够更加精确地反映电池的实时状态。

Description

一种电池内部温度测量装置

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域和光纤传感技术领域，尤其涉及一种电池内部温度测量装置。

背景技术

电池包是新能源汽车核心能量源，为整车提供驱动电能。电池包的安全在极大程度上影响着新能源汽车及其用户的安全。随着新能源汽车的广泛应用，人们对新能源汽车电池包的安全的要求也越来越高。

电池、电池模组和电池包的关系为：多个电池组成电池模组，多个电池模组组成电池包。电池包故障肯定是由某个电池故障引起的。现有技术中，通常通过测量各个电池的电压、电流和温度等方式，对电池包中各个电池的状态进行评估，以保证电池包的安全工作。

为了测量电池包中各个电池的温度，现有技术中最有效、最实用的方式是把光纤固定在电池外壳的外壁上，通过光纤上的FBG传感器来测量电池的温度。由于电池内部与FBG传感器之间隔着电池外壳，电池内部的温度在向外传导需要一定时间，且容量出现热量流失，因此，上述测温方式存在一定的延时和误差，未能精确反映电池的实时状态。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种电池内部温度测量装置，通过直接测量电池内部的温度，最大程度减少了延时和误差，能够更加精确地反映电池的实时状态。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种电池内部温度测量装置，包括电池外壳、内部光纤、外部光纤、第一光纤接头、第二光纤接头和光电解调仪；

所述内部光纤上设置有FBG传感器；

所述内部光纤和所述第一光纤接头的尾端设置在所述电池外壳的内部，所述第一光纤接头的连接端、所述外部光纤、所述第二光纤接头和所述光电解调仪设置在所述电池外壳的外部；

所述内部光纤与所述第一光纤接头的尾端相连，所述第一光纤接头的连接端与所述第二光纤接头的连接端耦合，所述第二光纤接头的尾端通过所述外部光纤与所述光电解调仪相连。

与现有技术相比，本技术方案的有益效果是：把设置有FBG传感器的内部光纤设置在电池外壳的内壁，FBG传感器可以直接测量电池内部的温度，最大程度减少了延时和误差，相比起把FBG传感器设置在电池外壳的外壁，本技术方案能够更加精确地反映电池的实时状态。

进一步，所述电池外壳的内壁上设置有固定套筒，所述内部光纤穿设在所述固定套筒内。

采用上述技术方案的有益效果是：通过把内部光纤穿入设置在电池外壳内壁上的固定套筒内，能够把内部光纤固定在电池外壳的内壁，防止由于振动而导致内部光纤松散。

进一步，所述电池外壳的内壁上开设有凹槽，所述固定套筒设置在所述凹槽内。

采用上述技术方案的有益效果是：在电池外壳的内壁上开设有凹槽并把固定套筒设置在凹槽内，把内部光纤穿入固定套筒后，能够使得内部光纤嵌入凹槽内，不占用电池内部的空间，使得电池内部的结构更加合理。

进一步，所述固定套筒设置有至少一个。

采用上述技术方案的有益效果是：能够更好地防止由于振动而导致内部光纤松散。

进一步，所述固定套筒内套设有软质的保护套管，所述内部光纤通过远离所述第一光纤接头的一端活动套设在所述保护套管内。

采用上述技术方案的有益效果是：把内部光纤活动套设在软质的保护套管内，能够避免内部光纤受损。

进一步，所述保护套管为铁氟龙管。

采用上述技术方案的有益效果是：铁氟龙管的化学稳定性和耐老化性都较好，适用于电池内部。

进一步，所述内部光纤通过两个固定点固定设置在所述电池外壳的内壁上，所述内部光纤在两个所述固定点之间形成弯折部，所述FBG传感器设置在弯折部上。

采用上述技术方案的有益效果是：除了把内部光纤套设在固定套筒内，还可以把内部光纤通过两个固定点固定设置在电池外壳的内壁上，而后者具有结构简单的优点。

进一步，所述第一光纤接头和所述第二光纤接头为FC接头或者ST接头。

采用上述技术方案的有益效果是：FC接头或者ST接头为标准件，采用FC接头或者ST接头作为第一光纤接头和第二光纤接头，具有制作成本低和通用性强的优点。

进一步，所述电池外壳为铝壳。

采用上述技术方案的有益效果是：采用铝壳作为电池外壳，具有质量轻和强度高等优点。

进一步，所述外部光纤外套设有软质的外部保护套管。

采用上述技术方案的有益效果是：把外部光纤活动套设在软质的外部保护套管内，能够避免外部光纤受损。

附图说明

图1为本实用新型一种电池内部温度测量装置的示意图；

图2为本实用新型一种电池内部温度测量装置中第一实施例的示意图；

图3为本实用新型一种电池内部温度测量装置中第二实施例的示意图；

图4为本实用新型一种电池内部温度测量装置中第三实施例的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种电池内部温度测量装置，一种电池内部温度测量装置，包括电池外壳1、内部光纤2、外部光纤3、第一光纤接头4、第二光纤接头5和光电解调仪6。

电池外壳1内设置有金属和电解质等，电池通过其内部结构，实现电能和化学能之间的转换。其中，电池充电的过程为电能转化为化学能，而电池放电的过程为化学能转化为电能。需要说明的是，电池内部结构为现有技术，只要能够实现充放电功能，即可应用到本技术方案中，本实用新型不对电池具体的内部结构作限定。

内部光纤2和外部光纤3均为光纤，内部光纤2和外部光纤3的不同点在于二者的作用不同。内部光纤2上设置有FBG传感器，用于实现测温功能；而外部光纤3上未设置有FBG传感器，仅用于实现传输功能。

FBG传感器即为刻画在光纤上的光纤光栅。在光纤上刻画光纤光栅的过程具体为：先将光纤进行载氢处理，然后利用紫外光透过相位掩模板后的衍射光形成的干涉光对光纤进行曝光，使纤芯折射率产生周期性变化写入光纤光栅，即可在光纤上形成光纤光栅。

第一光纤接头4与第二光纤接头5耦合，实现内部光纤2和外部光纤3之间的连接，使得光信号可以从内部光纤2经过第一光纤接头4和第二光纤接头5传出外部光纤3，进而到达光电解调仪6。

电池外壳1为密封壳体。在本技术方案中，所述内部光纤2和所述第一光纤接头4的尾端设置在所述电池外壳1的内部，所述第一光纤接头4的连接端、所述外部光纤3、所述第二光纤接头5和所述光电解调仪6设置在所述电池外壳1的外部。第一光纤接头4和第二光纤接头5均具备头端和连接端，而第一光纤接头4的本体设置在电池外壳1的开口内，并使得第一光纤接头4的尾端位于电池外壳1的内部且第一光纤接头4的连接端位于电池外壳1的外部，如此一来，把第二光纤接头5的连接端与第一光纤接头4的连接端耦合后，便可使得内部光纤2和外部光纤3对接。需要说明的是，为了使得电池外壳1保持密封，在电池外壳1的开口与第一光纤接头4的本体之间还设置有密封组件，具体地，密封组件可为密封胶圈，也可通过点胶的方式把电池外壳1的开口与第一光纤接头4之间的空隙填满，使得电池外壳1保持密封。

在电池外壳1的内部，所述内部光纤2与所述第一光纤接头4的尾端相连，所述内部光纤2通过FBG传感器实现电池内部的测温功能。在电池外壳1的外部，所述第一光纤接头4的连接端与所述第二光纤接头5的连接端耦合，所述第二光纤接头5的尾端通过所述外部光纤3与所述光电解调仪6相连。

本装置实现电池内部温度测量的原理为：光电解调仪6中设置有激光器作为光源，激光器发出探测用的激光，激光沿着外部光纤3传播，并经过相互耦合的第二光纤接头5和第一光纤接头4传入内部光纤2，内部光纤2的FBG传感器在不同的温度下，由于热胀冷缩的作用会呈现不同的光纤光栅结构，激光传播到FBG传感器时会发生反射，而不同温度下由于光纤光栅结构不同，FBG传感器会反射回不同波长的激光信号，光电解调仪6接收到反射回来的激光信号，并与激光器所发出激光信号进行对比，根据中心波长偏移量即可得到温度值，完成测温。

电池在出厂前就已经把内部光纤2设置在电池内部，并把第一光纤接头4设置在电池外壳1的开口上使得第一光纤接头4的连接端裸露在外面。在电池包内的多个电池上都通过第二光纤接头5接上外部光纤3后，即可实现光电解调仪6与FBG传感器之间的连接。由于一个电池包内有多少电池，可通过分光器把多个电池中的FBG传感器分别与光电解调仪6连接。

具体装配时，先把多个电池组成电池模组，再把多个电池模组组成电池包。组成电池包后，再在各个电池的第一光纤接头4上的连接端耦合上第二光纤接头5，即可把整个电池内部温度测量装置搭建完成，不仅能够测量电池内部的温度，还具有模块化的优势。

需要说明的是，内部光纤2不能够处于紧绷状态，因为如果当内部光纤2处于紧绷状态时，光纤光栅会受到应力，反射回来的波长受应力的影响也会产生中心波长的漂移。因此，在进行温度测量时，必须消除应力的影响。

在本实用新型中，提供了三种消除应力的实施例。

如图2所示，在第一实施例中，所述电池外壳1的内壁上设置有固定套筒7，所述内部光纤2穿设在所述固定套筒7内。即内部光纤2的一端与第一光纤接头4的尾端相连，另一端则穿设在固定套筒7内。当有拉力施加在内部光纤2上时，由于内部光纤2只有一端被固定，所以此时内部光纤2不会出现紧绷，以此消除应力对测量结果的影响。

如图3所示，在第二实施例中，所述电池外壳1的内壁上设置有固定套筒7，所述内部光纤2穿设在所述固定套筒7内；进一步，电池外壳1的内壁上开设有凹槽8，所述固定套筒7设置在所述凹槽8内。即内部光纤2的一端与第一光纤接头4的尾端相连，另一端则穿设在固定套筒7内。当有拉力施加在内部光纤2上时，由于内部光纤2只有一端被固定，所以此时内部光纤2不会出现紧绷，以此消除应力对测量结果的影响。

第二实施例相对与第一实施例所具有的优点是，在电池外壳1的内壁上开设有凹槽8并把固定套筒7设置在凹槽8内，把内部光纤2穿入固定套筒7后，能够使得内部光纤2嵌入凹槽8内，不占用电池内部的空间，使得电池内部的结构更加合理。

具体地，所述固定套筒7设置有至少一个。一般来说，设置两个固定套筒7，就能够提供两个支点固定住内部光纤2，固定效果较好。当然，固定套筒7也可设置有一个或者三个，不作限定。

具体地，固定套筒7为制作电池的过程中所一体化设置在电池外壳1内壁上的硬质结构，容易划伤内部光纤2。优选地，所述固定套筒7内套设有软质的保护套管9，所述内部光纤2通过远离所述第一光纤接头4的一端活动套设在所述保护套管9内。优选地，所述保护套管9为铁氟龙管。铁氟龙管高度的化学稳定性，能承受所有的强酸，包括王水、氢氟酸、浓盐酸、硝酸、发烟硫酸、有机酸等，强碱、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用，适用于电池内部。另外，铁氟龙管还具有优异的耐老化性，同样适用于电池内部。

在第一实施例和第二实施例中，都是通过把内部光纤2的一端固定而另一端保持自由状态的方式去消除应力对FBG传感器的作用。除了这种方式外，还可以通过使内部光纤2保持弯折来消除应力。

如图4所示，在第三实施例中，所述内部光纤2通过两个固定点21固定设置在所述电池外壳1的内壁上，所述内部光纤2在两个所述固定点21之间形成弯折部，所述FBG传感器设置在弯折部上。具体地，两个固定点21为点胶形成的点，即通过点胶的方式把内部光纤2的两个点固定在电池外壳1的内壁上，并使得内部光纤2在两个点之间形成弯折。

由于内部光纤2在两个固定点21之间形成弯折部，而FBG传感器设置在弯折部上，当内部光纤2受到拉力时，拉力只会施加在第一个固定点21和/或第二个固定点21上，FBG传感器则由于弯折部的作用而保持自然状态，此时内部光纤2同样不会出现紧绷，以此消除应力对测量结果的影响。

具体地，所述第一光纤接头4和所述第二光纤接头5为FC接头或者ST接头。FC接头或者ST接头为标准件，采用FC接头或者ST接头作为第一光纤接头4和第二光纤接头5，具有制作成本低和通用性强的优点。

优选地，所述电池外壳1为铝壳。采用铝壳作为电池外壳1，具有质量轻和强度高等优点。另外，当电池发生爆炸时，铝壳比钢壳的破坏力小，因此，采用铝壳作为电池外壳1的安全性能更高。

优选地，所述外部光纤3外套设有软质的外部保护套管。把外部光纤3活动套设在软质的外部保护套管内，能够避免外部光纤3受损。与保护套管相似，外部保护套管可为铁氟龙管，也可以为光纤松套管。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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)

1.一种电池内部温度测量装置，其特征在于：包括电池外壳(1)、内部光纤(2)、外部光纤(3)、第一光纤接头(4)、第二光纤接头(5)和光电解调仪(6)；

所述内部光纤(2)上设置有FBG传感器；

所述内部光纤(2)和所述第一光纤接头(4)的尾端设置在所述电池外壳(1)的内部，所述第一光纤接头(4)的连接端、所述外部光纤(3)、所述第二光纤接头(5)和所述光电解调仪(6)设置在所述电池外壳(1)的外部；

所述内部光纤(2)与所述第一光纤接头(4)的尾端相连，所述第一光纤接头(4)的连接端与所述第二光纤接头(5)的连接端耦合，所述第二光纤接头(5)的尾端通过所述外部光纤(3)与所述光电解调仪(6)相连。

2.根据权利要求1所述的一种电池内部温度测量装置，其特征在于：所述电池外壳(1)的内壁上设置有固定套筒(7)，所述内部光纤(2)穿设在所述固定套筒(7)内。

3.根据权利要求2所述的一种电池内部温度测量装置，其特征在于：所述电池外壳(1)的内壁上开设有凹槽(8)，所述固定套筒(7)设置在所述凹槽(8)内。

4.根据权利要求2或3所述的一种电池内部温度测量装置，其特征在于：所述固定套筒(7)设置有至少一个。

5.根据权利要求2或3所述的一种电池内部温度测量装置，其特征在于：所述固定套筒(7)内套设有软质的保护套管(9)，所述内部光纤(2)通过远离所述第一光纤接头(4)的一端活动套设在所述保护套管(9)内。

6.根据权利要求5所述的一种电池内部温度测量装置，其特征在于：所述保护套管(9)为铁氟龙管。

7.根据权利要求1所述的一种电池内部温度测量装置，其特征在于：所述内部光纤(2)通过两个固定点(21)固定设置在所述电池外壳(1)的内壁上，所述内部光纤(2)在两个所述固定点(21)之间形成弯折部，所述FBG传感器设置在弯折部上。

8.根据权利要求1所述的一种电池内部温度测量装置，其特征在于：所述第一光纤接头(4)和所述第二光纤接头(5)为FC接头或者ST接头。

9.根据权利要求1所述的一种电池内部温度测量装置，其特征在于：所述电池外壳(1)为铝壳。

10.根据权利要求1所述的一种电池内部温度测量装置，其特征在于：所述外部光纤(3)外套设有软质的外部保护套管。