專利名稱：一種鋰離子電池表面溫度的測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鋰離子電池表面溫度的測量裝置，屬于光纖傳感技術領域。
背景技術：
鋰離子電池作為一種新型清潔、可再生的二次能源，具有工作電壓高、能量密度大、質量輕等優(yōu)點，在手機、筆記本電腦、電動工具、數(shù)碼相機和軍事國防等領域都得到廣泛的應用，并顯示出強勁的發(fā)展趨勢。然而，鋰離子電池在濫用條件下(如加熱、過充、過放、短路、振動、擠壓等)，會出現(xiàn)著火、爆炸甚至人員受傷等事件。因此，高容量及動力型鋰離子電池推廣的主要制約因素就是安全性問題。另外，鋰離子電池在放電過程中有一定的溫度限制，放電過程受焦耳熱、 反應熱、極化熱等影響，會有大量熱量聚集，使電池溫度上升，影響電池壽命和循環(huán)效率，嚴重的會引起爆炸。鋰離子電池在放電過程中，電池單體表面溫度分布是不均勻的，因此鋰離子電池表面溫度的測量對于鋰離子電池熱模型的研究有重要的參考意義，依此建立的模型可以預測鋰離子電池處在濫用情況下的安全性能，通過對模型參數(shù)的修改，可以給出影響鋰離子電池熱安全的因素，為電池安全設計提供理論依據(jù)。常用的鋰離子電池表面溫度測量方法有熱成像法和熱電偶法，熱成像法因為是非接觸測量和本身測量精度的限制，存在測量精度不高的缺點，傳統(tǒng)的熱電偶測溫方式，因為存在測量精度低、測量不穩(wěn)定、帶電測量不安全和測量探頭體積大等缺點，不能有效的測量鋰離子電池的二維表面實時溫度。

實用新型內容本實用新型的目的是設計一種鋰離子電池表面溫度的測量裝置，具體是提供一種基于熒光壽命檢測溫度的方法和熒光光纖溫度測量裝置。本實用新型要解決的是現(xiàn)有測量裝置不能有效安全的測量鋰離子電池的二維表面實時溫度，且測量的結果不精確的問題。本實用新型的測溫原理是基于稀土熒光物質的材料特性實現(xiàn)的，某些稀土熒光物質受紫外線照射并激發(fā)后，在可見光譜中發(fā)射線狀光譜，即熒光及其余輝(余輝為激勵停止后的發(fā)光)。熒光余輝的衰變時間常數(shù)是溫度的單值函數(shù)，通常溫度越高，時間常數(shù)越小。 只要測得時間常數(shù)的值，就可以求出溫度。應用這種方法測溫的最大優(yōu)點，就是被測溫度只取決于熒光材料的時間常數(shù)，而與系統(tǒng)的其他變量無關，例如光源強度的變化、傳輸效率、 耦合程度的變化等都不影響測量結果，較光強測溫法和波長解調法原理上有明顯優(yōu)勢。本實用新型所述的鋰離子電池表面溫度的測量裝置，包括箱體，箱體內設有熒光激發(fā)光源、光源驅動電路、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號探測及處理系統(tǒng)，箱體上設有熒光光纖測溫探頭和顯示系統(tǒng)。所述的光源驅動電路用于產(chǎn)生周期性電脈沖來驅動LED光源，使其產(chǎn)生相應的激勵脈沖光波，該光源驅動電路由單片機控制。[0010]所述的光路耦合系統(tǒng)包括濾波片、耦合透鏡和結構件，濾波片和耦合透鏡固定在結構件上，結構件固定在箱體內，以實現(xiàn)光路耦合要求的精確定位。所述的熒光光纖測溫探頭采用細芯徑耐腐蝕熒光光纖；各熒光光纖測溫探頭組成熒光光纖測溫探頭陳列。本實用新型的測量裝置的優(yōu)點1)本實用新型測量范圍大，可實現(xiàn)溫度-50 350°C溫度范圍的測量，測量精度高，可實現(xiàn)精度高于士0.5°C ；2)本實用新型測量裝置用的測溫探頭的結構設計簡單合理，制造成本低；3)本實用新型測溫探頭尺寸小，柔韌性好，耐高溫，可實現(xiàn)探頭直徑0. 1mm，彎曲半徑最小到5mm以下，不同測溫探頭和不同信號檢測模塊均可以互換，測溫探頭和信號檢測模塊替換后不需要校正，測溫探頭無金屬材料，具有完全的電絕緣性，不受高壓、強電磁場的影響，抗化學腐蝕和無污染；在重復的熱循環(huán)下，測溫探頭的材料和結構非常穩(wěn)定，測溫探頭的性能對光信號的變化不敏感，使用壽命長。本實用新型所述的鋰離子電池二維表面溫度的實時測量方法為1.在鋰離子電池的表面均勻涂覆熒光物質，熒光物質采用稀土三基色熒光粉、硫氧化釓鋱或氟鍺酸鎂。2.根據(jù)鋰離子電池的表面尺寸，制作同等面積的熒光光纖陣列，熒光光纖陣列密集排布，每根光纖之間用環(huán)氧膠粘接固定，光纖陣列接受熒光信號端研磨拋光處理。3.熒光光纖陣列另一端每根光纖探頭分離，分別連接到熒光光纖溫度傳感器的接□端。4.測溫時，將固定的熒光光纖陣列一端與被測的鋰離子電池表面接觸，即可測得鋰離子電池二維表面每點的實時溫度。本實用新型測試方法的優(yōu)點是可以對鋰離子電池表面溫度進行實時、高精度探測，可以直接獲得鋰離子電池表面溫度場的二維分布，從而更科學有效的建立鋰離子電池表面溫度場的二維模型。

圖1是基于熒光壽命檢測的光纖溫度測量裝置組成示意圖。圖2是熒光光纖探頭陣列示意圖。圖3是鋰離子電池表面溫度測量裝置組成示意圖。上述各附圖標號說明如下1-光纖探頭，2-光纖，3、4、9_聚焦耦合透鏡，5-LED，6_溫度值顯示器(即顯示部分)，7-電子電路部分，8-熒光信號探測及處理系統(tǒng)，10-濾波片，11-箱體，12-填充膠， 13-保護外殼，14-光纖陳列，15-鋰電池，16-開關。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行進一步說明。如圖1所示，本實用新型的一種鋰離子電池表面溫度的測量裝置，包括箱體11，其
4箱體11內設有熒光激發(fā)光源5、光源驅動電路7、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號探測及處理系統(tǒng) 8，箱體上設有熒光光纖測溫探頭1和顯示系統(tǒng)。所述的熒光激發(fā)光源5采用波長為470nm的發(fā)光二極管(LED)。所述的光源驅動電路7用于產(chǎn)生周期性電脈沖來驅動LED光源，使其產(chǎn)生相應的激勵脈沖光波，該光源驅動電路7由單片機控制。所述的光路耦合系統(tǒng)包括濾波片10、耦合透鏡3、耦合透鏡4、耦合透鏡9和結構件，濾波片10對470nm波長的光反射，對510nm附近波長的光透射，耦合透鏡3、耦合透鏡 4、耦合透鏡9采用非球面透鏡、球透鏡、自聚焦透鏡、塑料透鏡中的至少一種。濾波片10和耦合透鏡3、耦合透鏡4、耦合透鏡9固定在結構件上。結構件固定在箱體內，以實現(xiàn)光路耦合要求的精確定位。所述的熒光光纖測溫探頭1采用細芯徑耐腐蝕熒光光纖，該光纖探頭部分摻雜熒光物質，光纖外側鍍有抗氫氟酸腐蝕的金屬材料，如鎳或銅；光纖外徑可細至0. 1mm。熒光光纖測溫探頭1組成熒光光纖陣列14。所述的顯示系統(tǒng)包括液晶顯示屏6或光電二極管顯示屏或其它數(shù)碼管顯示屏、顯示處理電路，實時顯示測試溫度。液晶顯示屏6和顯示處理電路連接。如圖2所示，熒光光纖陣列14由光纖探頭1、填充膠12及保護外殼13組成。熒光光纖陣列14面積根據(jù)鋰離子電池的表面尺寸制作，光纖探頭1密集排布，每根光纖之間用環(huán)氧膠粘接固定，光纖陣列14 一端研磨拋光處理。本實用新型所述的鋰離子電池二維表面溫度的實時測量方法為在鋰離子電池15的表面均勻涂覆熒光物質，熒光物質采用稀土三基色熒光粉、硫氧化釓鋱或氟鍺酸鎂。根據(jù)鋰離子電池15的表面尺寸，制作同等面積的熒光光纖陣列14，熒光光纖陣列 14密集排布，每根光纖2之間用環(huán)氧膠粘接固定，光纖陣列14接受熒光端研磨拋光處理。 熒光光纖陣列14另一端每根光纖探頭分離，分別連接到熒光光纖溫度傳感器的接口端。測溫時，將固定的熒光光纖陣列14 一端與被測的鋰離子電池15表面接觸，即可測得鋰離子電池15 二維表面每點的實時溫度。測試過程參見圖3。測試前在鋰離子電池15的表面均勻涂覆熒光物質，熒光物質采用稀土三基色熒光粉、硫氧化釓鋱或氟鍺酸鎂。測試時將固定的熒光光纖陣列14 一端與被測的鋰離子電池15表面接觸，另一端連接到多通道陣列熒光光纖溫度測量信號解調處理裝置的接口端。熒光光纖陣列探頭1探測到溫度的變化經(jīng)由光纖探頭感應到，帶有溫度信息的熒光通過光纖2傳至溫度傳感器進行壽命檢測，進而得到溫度信息，并由顯示系統(tǒng)實時顯示，即可測得鋰離子電池15 二維表面每點的實時溫度。試驗證明，本實用新型可以對鋰離子電池表面溫度進行實時、高精度探測，可以直接獲得鋰離子電池表面溫度場的二維分布，從而更科學有效的建立鋰離子電池表面溫度場的二維模型。
權利要求1.一種鋰離子電池表面溫度的測量裝置，包括箱體，其特征在于箱體內設有熒光激發(fā)光源、光源驅動電路、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號探測及處理系統(tǒng)，箱體上設有熒光光纖測溫探頭和顯示系統(tǒng)；所述的光源驅動電路由單片機控制；所述的光路耦合系統(tǒng)包括濾波片、耦合透鏡和結構件，濾波片和耦合透鏡固定在結構件上，結構件固定在箱體內；所述的熒光光纖測溫探頭采用細芯徑耐腐蝕熒光光纖；各熒光光纖測溫探頭組成熒光光纖測溫探頭陳列。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池表面溫度的測量裝置，其特征在于所述的熒光激發(fā)光源采用發(fā)光二極管LED。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池表面溫度的測量裝置，其特征在于耦合透鏡采用非球面透鏡、球透鏡、自聚焦透鏡、塑料透鏡中的至少一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池表面溫度的測量裝置，其特征在于光纖探頭部分摻雜熒光物質，光纖外側鍍有抗氫氟酸腐蝕的金屬材料。
5.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池表面溫度的測量裝置，其特征在于所述的顯示系統(tǒng)包括液晶顯示屏或光電二極管顯示屏、顯示處理電路；液晶顯示屏和顯示處理電路連接。
專利摘要本實用新型公開了一種鋰離子電池表面溫度的測量裝置，包括箱體，箱體內設有熒光激發(fā)光源、光源驅動電路、光路耦合器，熒光信號探測及處理器，箱體上設有熒光光纖測溫探頭和顯示器；所述的光源驅動電路路由單片機控制；所述的光路耦合器包括濾波片、耦合透鏡和結構件，濾波片和耦合透鏡固定在結構件上，結構件固定在箱體內；所述的熒光光纖測溫探頭采用細芯徑耐腐蝕熒光光纖；各熒光光纖測溫探頭組成熒光光纖測溫探頭陳列。
文檔編號G01K11/32GK202182781SQ20102058987
公開日2012年4月4日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權日2010年11月4日
發(fā)明者何亮明, 劉蘭書, 張文松, 杜翀 申請人:中國科學院嘉興無線傳感網(wǎng)工程中心, 中國科學院西安光學精密機械研究所