CN219497888U - 一种用于硬壳电池模组的电池监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，属于电池性能监测技术领域；其包括：散热隔板，其设置于两硬壳电池之间且与硬壳电池抵接，所述散热隔板的内部中空且两端开口，形成散热腔，所述散热腔中设有用于支撑内壁的横梁；所述散热隔板两侧开设有第一凹槽，所述横梁上开设有第二凹槽；监测组件，所述监测组件包括光纤传感单元，两所述光纤传感单元分别埋设于所述第一凹槽和第二凹槽中，所述光纤传感单元能够分别监测所述散热隔板表面和横梁的温度和应力变化。本实用新型使得光纤传感器与硬壳电池无接触的情况下完成对电池内部温度和应力变化的监测。

Description

一种用于硬壳电池模组的电池监测装置

技术领域

本实用新型涉及电池性能监测技术领域，尤其涉及一种用于硬壳电池模组的电池监测装置。

背景技术

目前储能电站与电动汽车的储能元件多数为硬壳电池，受益于金属材质外壳，它具有散热较好、形变较小、成本较低等特点。然而当发生内部短路等危险情况时，硬壳电池的温度会急剧升高，伴随剧烈产气、应力激增，甚至造成爆炸等严重事故。光纤传感器能够实时监测模组内部应力和温度的变化，为电池管理系统提供准确参数，进而保证电池的安全运行。

然而，光纤传感器所测得参数的准确性高度依赖于其与模组的封装方式。此外，不恰当的封装方法还有可能降低光纤抗外界冲击性能，进而缩短其有效工作寿命。现有的封装技术或是将光纤传感器置于模组内电池表面，或是直接植入电池内部。前者会使光纤直接与硬质材料接触，极易引发光纤的剪切断裂；后者则对电池生产工艺、性能、安全性等提出更高的要求，所带来的附加成本高，难以产业化。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，用以解决现有的光纤传感器容易与电池发生干涉的问题。

本实用新型提供一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，包括：

散热隔板，其设置于两硬壳电池之间且与硬壳电池抵接，所述散热隔板的内部中空且两端开口，形成散热腔，所述散热腔中设有用于支撑内壁的横梁；所述散热隔板两侧开设有第一凹槽，所述横梁上开设有第二凹槽；

监测组件，所述监测组件包括光纤传感单元，两所述光纤传感单元分别埋设于所述第一凹槽和第二凹槽中，所述光纤传感单元能够分别监测所述散热隔板表面和横梁的温度和应力变化。

进一步的，所述光纤传感单元包括光纤、测温光栅以及测应力光栅，所述测温光栅和测应力光栅刻蚀于所述光纤上。

进一步的，所述测温光栅和测应力光栅两两相邻设置形成光感模块，多个所述光感模块沿所述光纤均匀布置。

进一步的，所述光纤上套设有硬质套管，所述硬质套管围合所述测温光栅设置。

进一步的，一所述光纤传感单元的光纤和光感模块嵌设于所述第一凹槽中，以供监测所述散热隔板表面的温度和应力变化。

进一步的，所述第一凹槽为发卡形且覆盖所述散热隔板的表面。

进一步的，所述第一凹槽的截面深度大于所述光纤、测温光栅和测应力光栅的尺寸，所述第一凹槽中填充有与所述散热隔板表面平齐的封装条。

进一步的，同一所述散热隔板的两侧表面上的光纤首尾相接，相邻所述散热隔板的相对表面上的光纤首尾相接。

进一步的，所述第二凹槽沿所述散热隔板的长度方向设置，另一所述光纤传感单元的光纤和光感模块嵌设于所述第二凹槽中，以供监测所述横梁的温度和应力变化。

进一步的，位于相邻两所述散热隔板的横梁中的光纤首尾连接。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：

(1)本实用新型的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，设置有散热隔板，散热隔板设置于两硬壳电池之间且与硬壳电池抵接，硬壳电池的温度和应力变化直接传导给散热隔板，从而反映硬壳电池内部温度和应力的变化。散热隔板的内部中空且两端开口，形成散热腔，散热腔内的空气流动即可实现对散热隔板的散热降温，从而降低硬壳电池的温度。

(2)本实用新型的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，设置有监测组件，监测组件包括光纤传感单元，两光纤传感单元分别埋设于第一凹槽和第二凹槽中，埋设于第一凹槽中的光纤传感单元既不会与硬质材料电池直接接触，引发光纤传感单元的损坏，也不会干扰硬壳电池的结构。硬壳电池的温变和应力变化会传导给埋设于第一凹槽中的光纤传感单元，从而被光纤传感单元监测到。埋设于第二凹槽中的光纤传感单元可以监测流经散热腔的气流温度变化，对温度异常升高而造成的散热异常进行预警。同时，横梁作为应力集中点，对外界应力变化更为敏感，能够产生更明显的协调变形。埋设于第二凹槽中的光纤传感单元，可以更加灵敏地监测硬壳电池产生的细微应力形变，实现对硬壳电池更加精细化的监测和管理。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型整体的结构示意图；

图2是本实用新型中散热隔板的结构示意图；

图3是本实用新型中光纤传感单元的结构示意图；

图4是本实用新型与硬壳电池组成的电池模组的结构示意图；

图中，散热隔板100、散热腔110、横梁120、第一凹槽130、第二凹槽140、监测组件200、光纤传感单元210、光纤211、测温光栅212、测应力光栅213、光感模块214、硬质套管215、硬壳电池300。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

本实施例中的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，涉及电池性能监测技术领域，通过在相邻的硬壳电池300之间设置散热隔板100，将光纤传感器嵌设于散热隔板100内，硬壳电池300的温度和应力变化直接传导给散热隔板100上的光纤传感器，从而达到监测电池内部温度和应力变化的目的。

请参阅图1至图4，本实施例中的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，包括散热隔板100和监测组件200，散热隔板100设置于两硬壳电池300之间且与硬壳电池300抵接，硬壳电池300的温度和应力变化直接传导给散热隔板100，从而反映硬壳电池300内部温度和应力的变化。

散热隔板100的内部中空且两端开口，形成散热腔110，散热腔110内的空气流动即可实现对散热隔板100的散热降温，从而降低硬壳电池300的温度。

散热腔110中设有用于支撑内壁的横梁120，横梁120可以增强壳形的散热隔板100的抗挤压能力，在横梁120开设有第二凹槽140，在散热隔板100两侧开设有第一凹槽130，凹槽内可以用来安装光纤传感器。

监测组件200包括光纤传感单元210，两光纤传感单元210分别埋设于第一凹槽130和第二凹槽140中，埋设于第一凹槽130中的光纤传感单元210既不会与硬壳电池300直接接触，引发光纤传感单元210的损坏，也不会干扰硬壳电池300的结构。硬壳电池300的温变和应力变化会传导给埋设于第一凹槽130中的光纤传感单元210，从而被光纤传感单元210监测到。

埋设于第二凹槽140中的光纤传感单元210可以监测流经散热腔110的气流温度变化，对温度异常升高而造成的散热异常进行预警。同时，横梁120作为应力集中点，对外界应力变化更为敏感，能够产生更明显的协调变形。埋设于第二凹槽140中的光纤传感单元210，可以更加灵敏地监测硬壳电池300产生的细微应力形变，实现对硬壳电池300更加精细化的监测和管理。

请参阅图1至图3，光纤传感单元210包括光纤211、测温光栅212以及测应力光栅213，测温光栅212和测应力光栅213刻蚀于光纤211上。测温光栅212可以监测外部温度变化，测应力光栅213可以监测外部应力变换，所获取的温度和应力变化信号可以通过光纤211来传导。

测温光栅212和测应力光栅213两两相邻设置形成光感模块214，多个光感模块214沿光纤211均匀布置，进而可以检测各个光感模块214附近的温度和应力变化。

需要说明的是：光纤211上套设有硬质套管215，硬质套管215围合测温光栅212设置，硬质套管215套设于测温光栅212上，硬质套管215会完全吸收硬壳电池300传导而来的应力变形，使得测温光栅212不因外界应力变化而被拉伸或收缩，进而实现测温光栅212仅对温度进行监测。测应力光栅213则直接裸露在外，同时受外界温度、应力影响，随后通过与测温光栅212直接解耦合，即可得到应力监测数据。

一光纤传感单元210的光纤211和光感模块214嵌设于第一凹槽130中，位于第一凹槽130中的测温光栅212和测应力光栅213共同作用，监测各个光感模块214处的温度和应力变化。在具体实施过程中，第一凹槽130为发卡形，至少具有两个发卡形的弯曲的第一凹槽130覆盖整个散热隔板100的表面，随着光感模块214沿光纤211的排布，从而对散热隔板100各个位置的温度和应力变化进行监控。

作为进一步的实施方式，第一凹槽130的截面深度大于光纤211、测温光栅212和测应力光栅213的尺寸，光纤211、测温光栅212和测应力光栅213完全埋设于第一凹槽130内部，使得各元件与硬壳电池300的表面不相接触，避免硬壳电池300应力变形直接作用于光纤211、测温光栅212和测应力光栅213，造成不必要的破坏。第一凹槽130中填充有与散热隔板100表面平齐的封装条，将聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装材料与固化剂以10：1的质量比混合均匀，加入其凹槽中，加热使得其完全凝固形成封装条，封装条可以将光纤211和光栅完全封装在第一凹槽130内。来自硬壳电池300的应力变化和温度变化经过封装条传导给纤、测温光栅212和测应力光栅213。

请参阅图4，同一散热隔板100的两侧表面上的光纤211首尾相接，相邻散热隔板100的相对表面上的光纤211首尾相接，多个散热隔板100上的光纤传感单元210串联到一起形成网络，汇总的电池模组不同位置的温度和应力变化，共同构建硬壳电池模组的温度场和应力场分布。

请参阅图1和图2，第二凹槽140沿散热隔板100的长度方向设置，另一光纤传感单元210的光纤211和光感模块214嵌设于第二凹槽140中，随着光感模块214沿光纤211的排布，从而对横梁120的长度方向的各个位置的温度和应力变化进行监控。

需要说明的是：第二凹槽140的截面深度同样大于光纤211、测温光栅212和测应力光栅213的尺寸，也可以在第二凹槽140中填充封装条。

位于相邻两散热隔板100的横梁120中的光纤211首尾连接形成网络，汇总的横梁120的温度和应力变化与电池模组不同位置的温度和应力变化合并，进一步完善硬壳电池模组的温度场和应力场分布。

工作流程：先将刻蚀有光栅的光纤211穿设于第一凹槽130和第二凹槽140中，并将硬质套管215移动至相应的测温光栅212的位置。接下来，向第一凹槽130和第二凹槽140中填充封装条，最后将散热板插装于两相邻的硬壳电池300之间，形成新的硬壳电池模组。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型之内。

Claims (10)

1.一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，其特征在于，包括：

散热隔板，其设置于两硬壳电池之间且与硬壳电池抵接，所述散热隔板的内部中空且两端开口，形成散热腔，所述散热腔中设有用于支撑内壁的横梁；所述散热隔板两侧开设有第一凹槽，所述横梁上开设有第二凹槽；

监测组件，所述监测组件包括光纤传感单元，两所述光纤传感单元分别埋设于所述第一凹槽和第二凹槽中，所述光纤传感单元能够分别监测所述散热隔板表面和横梁的温度和应力变化。

2.根据权利要求1所述的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，其特征在于，所述光纤传感单元包括光纤、测温光栅以及测应力光栅，所述测温光栅和测应力光栅刻蚀于所述光纤上。

3.根据权利要求2所述的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，其特征在于，所述测温光栅和测应力光栅两两相邻设置形成光感模块，多个所述光感模块沿所述光纤均匀布置。

4.根据权利要求3所述的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，其特征在于，所述光纤上套设有硬质套管，所述硬质套管围合所述测温光栅设置。

5.根据权利要求4所述的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，其特征在于，一所述光纤传感单元的光纤和光感模块嵌设于所述第一凹槽中，以供监测所述散热隔板表面的温度和应力变化。

6.根据权利要求5所述的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，其特征在于，所述第一凹槽为发卡形且覆盖所述散热隔板的表面。

7.根据权利要求6所述的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，其特征在于，所述第一凹槽的截面深度大于所述光纤、测温光栅和测应力光栅的尺寸，所述第一凹槽中填充有与所述散热隔板表面平齐的封装条。

8.根据权利要求7所述的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，其特征在于，同一所述散热隔板的两侧表面上的光纤首尾相接，相邻所述散热隔板的相对表面上的光纤首尾相接。

9.根据权利要求4所述的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，其特征在于，所述第二凹槽沿所述散热隔板的长度方向设置，另一所述光纤传感单元的光纤和光感模块嵌设于所述第二凹槽中，以供监测所述横梁的温度和应力变化。

10.根据权利要求9所述的一种用于硬壳电池模组的电池监测装置，其特征在于，位于相邻两所述散热隔板的横梁中的光纤首尾连接。