本發(fā)明涉及一種鋰電池安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于電池監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰電池安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鋰離子電池因其低成本，高性能，大功率，綠環(huán)境等諸多優(yōu)勢(shì)，使其成為一種能源的典型代表，廣泛應(yīng)用于3C數(shù)碼產(chǎn)品，移動(dòng)電源以及電動(dòng)工具等領(lǐng)域。這幾年，因環(huán)境污染加劇以及國(guó)家政策引導(dǎo)，以電動(dòng)汽車(chē)為主的電動(dòng)交通工具市場(chǎng)對(duì)鋰離子電池的需求不斷加大，在發(fā)展大功率鋰離子電池體系過(guò)程中，安全問(wèn)題引起了足夠重視，急需進(jìn)一步解決。

電池體系的溫度變化是由熱量的產(chǎn)生與散發(fā)兩個(gè)因素決定的。鋰離子電池?zé)崃康漠a(chǎn)生可以通過(guò)熱分解和電池材料之間的反應(yīng)所致；降低電池體系的熱量和提高體系的抗高溫性能，電池體系則安全。與小型便攜式設(shè)備如手機(jī)，筆記本電池容量一般小于2Ah不同，電動(dòng)汽車(chē)采用的功率型鋰離子電池容量一般大于10Ah,其在正常工作時(shí)局部溫度常高于55℃,內(nèi)部溫度會(huì)達(dá)到300℃以上，在高溫或者大倍率充放電條件下，高能電極的放熱和可燃性有機(jī)溶劑溫度的上升將引起一系列副反應(yīng)的發(fā)生，最終導(dǎo)致熱失控和電池的燃燒或者爆炸。除其自身化學(xué)反應(yīng)因素導(dǎo)致熱失控外，一些人為因素如過(guò)熱、過(guò)充、機(jī)械沖擊導(dǎo)致的短路同樣也會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池的熱不穩(wěn)定造成安全事故的發(fā)生。因而研究開(kāi)發(fā)出能提高鋰離子電池的安全性能的監(jiān)測(cè)傳感器具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)CN105758432A中公開(kāi)了一種鋰電池安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括信號(hào)控制模塊以及鋰電池模塊；鋰電池模塊包括若干個(gè)電池單元，每個(gè)電池單元均內(nèi)嵌有光纖傳感器。信號(hào)控制模塊向鋰電池模塊提供原始光信號(hào)，原始光信號(hào)經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的電池單元的光纖傳感器調(diào)制后反射回信號(hào)控制模塊，信號(hào)控制模塊對(duì)其接收的光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)解調(diào)得到的光信號(hào)的波長(zhǎng)漂移度確定對(duì)應(yīng)的待監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)。該發(fā)明通過(guò)帶有傳感器的鋰電池模塊、信號(hào)控制模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)電芯內(nèi)部的溫度、壓力、震動(dòng)、位移形變、正負(fù)極極片位置變化等本征數(shù)據(jù)，從而使檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)更真實(shí)客觀的電池內(nèi)部電芯的實(shí)際情況，為動(dòng)力電池的安全突應(yīng)用提供了更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。但是，由于該光纖傳感器必須內(nèi)置于電池單元內(nèi)部，故存在不便于加工的問(wèn)題，且該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法對(duì)現(xiàn)有的鋰電池成品進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因而該發(fā)明的通用性不強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鋰電池安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其能夠簡(jiǎn)單高效地實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型鋰電池的安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且成本低廉、使用方便。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了這樣一種鋰電池安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)采集處理模塊和鋰電池模塊；所述鋰電池模塊包括電池和傳感型光纖傳感器；所述傳感型光纖傳感器通過(guò)纏繞方式或者平行于所述電池的中心軸線的直鋪方式固定于所述電池的外表面上。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，所述傳感型光纖傳感器的檢測(cè)精度為a；所述電池的長(zhǎng)度為L(zhǎng)；所述電池上需要布置的傳感型光纖傳感器的圈數(shù)為n＝a/L；當(dāng)n>1時(shí)，所述傳感型光纖傳感器通過(guò)纏繞方式固定于所述電池的外表面；當(dāng)n≤1時(shí)，所述傳感型光纖傳感器通過(guò)直鋪方式固定于所述電池的外表面。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，采用纏繞方式布置時(shí)，所述傳感型光纖傳感器沿所述電池的中心軸線方向呈螺旋狀均勻布置于所述電池的外表面。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，采用直鋪方式布置時(shí)，所述傳感型光纖傳感器固接于所述電池的外表面且與所述電池的中心軸線平行。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，所述電池包括多個(gè)；所述傳感型光纖傳感器為一根；所述傳感型光纖傳感器通過(guò)纏繞方式或者直鋪方式將所有電池串聯(lián)成一整體；所述傳感型光纖傳感器的首尾與信號(hào)采集處理模塊連接。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，采用纏繞方式布置時(shí)，每個(gè)電池上均纏繞有所述傳感型光纖傳感器。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，采用直鋪方式布置時(shí)，所述傳感型光纖傳感器的中心軸線與每個(gè)所述電池的中心軸線共線。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，所述傳感型光纖傳感器通過(guò)膠接或者焊接固定在所述電池的外表面上。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種利用該鋰電池安全實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)校驗(yàn)鋰電池組的方法，所述鋰電池組內(nèi)每個(gè)鋰電池均由同一根傳感型光纖傳感器連接；校驗(yàn)時(shí)，根據(jù)傳感型光纖傳感器采集確定異常反饋信號(hào)的位置；假設(shè)該異常反饋信號(hào)距離傳感型光纖傳感器起始端的距離為x，單個(gè)電池的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，傳感型光纖傳感器的檢測(cè)精度為a，則每個(gè)電池上面所纏繞或平鋪的傳感型光纖傳感器的圈數(shù)為n＝a/L且n取整數(shù)；根據(jù)S＝x/(L*n)且S取整數(shù)得到S0，即可得到第S0個(gè)電池工作狀態(tài)異常。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便，使用者在使用此種電池測(cè)試設(shè)備時(shí)，能夠以很低的成本實(shí)現(xiàn)對(duì)電池特別是大型電堆的溫度、壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效地提高了儲(chǔ)能器件的安全性，本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)際電堆尺寸大小增減傳感頭數(shù)量和傳感器長(zhǎng)度，具備很強(qiáng)的實(shí)用性，將會(huì)在電動(dòng)汽車(chē)以及其他儲(chǔ)能設(shè)備上得到很廣泛的應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一種鋰電池安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電池模塊示意圖(圓柱狀電池纏繞方式)；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種鋰電池安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電池模塊示意圖(圓柱狀電池直鋪方式)；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一種鋰電池安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電池模塊示意圖(塊狀電池直鋪方式)；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例一種鋰電池安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的圓柱狀電池模塊示意圖；

圖中：1-電池，2-傳感型光纖傳感器。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

由說(shuō)明書(shū)附圖可知，本發(fā)明一種鋰電池安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括信號(hào)采集處理模塊和鋰電池模塊；所述鋰電池模塊包括電池和傳感型光纖傳感器；所述傳感型光纖傳感器通過(guò)垂直于所述電池的中心軸線的纏繞方式或者平行于所述電池的中心軸線的直鋪方式固定于所述電池的外表面上。在對(duì)電池堆的檢測(cè)中，采用三維立體布線的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電堆/電池的檢測(cè)。具體來(lái)說(shuō)，就是在電堆的X-Y,X-Z,Y-Z三個(gè)方向上進(jìn)行光纖布局和位置坐標(biāo)編碼，通過(guò)不同單元的信號(hào)采集與計(jì)算，來(lái)采集電池或電堆的工作狀態(tài)的參數(shù)；這種方式是通過(guò)對(duì)傳感型光纖傳感器的合理布置實(shí)現(xiàn)的，其中，傳感型光纖傳感器的檢測(cè)精度為a；所述電池的長(zhǎng)度為L(zhǎng)；所述電池上需要布置的傳感型光纖傳感器的圈數(shù)為n＝a/L；當(dāng)n>1時(shí)，所述傳感型光纖傳感器通過(guò)纏繞方式固定于所述電池的外表面；當(dāng)n≤1時(shí)，所述傳感型光纖傳感器通過(guò)直鋪方式固定于所述電池的外表面；當(dāng)采用纏繞方式布置時(shí)，所述傳感型光纖傳感器沿所述電池的中心軸線方向呈螺旋狀均勻布置；相鄰電池上的傳感型光纖傳感器相互連接；傳感型光纖傳感器通過(guò)膠接或者焊接固定在所述電池的外表面上，以免產(chǎn)生位移。

本發(fā)明通過(guò)采用弱光反饋型傳感器即發(fā)射光在沿光纖傳播的過(guò)程中如果局部的光纖表面的溫度或應(yīng)力改變，就會(huì)影響反饋回路的光信號(hào)，從而可以根據(jù)光波長(zhǎng)測(cè)算出該處的光纖長(zhǎng)度L，進(jìn)而可以測(cè)算出位置(即哪個(gè)電池信號(hào)異常)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰電池以及鋰電池組的實(shí)時(shí)校驗(yàn)，通過(guò)提出了一種用于判斷鋰電池組內(nèi)哪一個(gè)電池處于故障狀態(tài)的方法，該方法包括將鋰電池組內(nèi)每個(gè)鋰電池均由同一根傳感型光纖傳感器連接；校驗(yàn)時(shí)，根據(jù)傳感型光纖傳感器采集確定異常反饋信號(hào)的位置；假設(shè)該異常反饋信號(hào)距離傳感型光纖傳感器起始端的距離為x，單個(gè)電池的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，傳感型光纖傳感器的檢測(cè)精度為a，則每個(gè)電池上面所纏繞或平鋪的傳感型光纖傳感器的圈數(shù)為n＝a/L且n取整數(shù)；根據(jù)S＝x/(L*n)且S取整數(shù)得到S0，即可得到第S0個(gè)電池工作狀態(tài)異常。

因?yàn)榘l(fā)明的解碼原理時(shí)根據(jù)傳感器采集的反饋信號(hào)，可以知道傳感器長(zhǎng)度方向上x(chóng)處的信號(hào)(如溫度)，則根據(jù)S＝x/(L*n)(取整數(shù)S0)，可以推算出第S0個(gè)電池溫度異常，同理，壓力傳感也類(lèi)推(其中，x為該檢測(cè)出的異常信號(hào)的位置距離傳感器起始端的距離；L為每個(gè)電池的長(zhǎng)度，n為纏繞或者平鋪在每個(gè)鋰電池上面的圈數(shù))。

因?yàn)楣饫w在信號(hào)檢測(cè)精度上具有誤差，這個(gè)誤差表現(xiàn)在編碼上就是位置誤差，而在此專(zhuān)利中這個(gè)位置就代表了某個(gè)電池。

本發(fā)明采用弱光反饋型傳感器即發(fā)射光在沿光纖傳播的過(guò)程中如果局部的光纖表面的溫度或應(yīng)力改變，就會(huì)影響反饋回路的光信號(hào)，從而可以根據(jù)光波長(zhǎng)測(cè)算出該處的光纖長(zhǎng)度L，進(jìn)而可以測(cè)算出位置(即哪個(gè)電池信號(hào)異常)。

以圖1所示的圓柱狀電池纏繞方式為例，使用本發(fā)明時(shí)，首先將傳感型光纖傳感器對(duì)圓柱狀電池進(jìn)行沿軸向環(huán)形纏繞布置，然后將光纖與電池進(jìn)行固定焊接方式進(jìn)行焊接，并將傳感器的接頭與數(shù)據(jù)采集接頭連接；接著用傳感器的數(shù)據(jù)采集接口對(duì)電池信息進(jìn)行采集，然后將采集數(shù)據(jù)通過(guò)處理軟件進(jìn)行可視化作圖；最后根據(jù)不同電池特點(diǎn)和監(jiān)測(cè)因素，設(shè)定預(yù)警闕值，設(shè)置程序，超過(guò)闕值激活聲音警報(bào)或者顯示警報(bào)。

本說(shuō)明書(shū)未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。

具體實(shí)施舉例1：

用長(zhǎng)度為200cm的光纖傳感器，其檢測(cè)精度為±10cm，假設(shè)電池長(zhǎng)度為6.5cm，則：每個(gè)電池上圈數(shù)n＝10/6.5＝1.54，取整數(shù)2，即每個(gè)電池至少要有2圈光纖傳感器；該光纖可以一共定位的電池個(gè)數(shù)為S＝200/(6.5*2)＝15.38，取整數(shù)15，即最多可以編碼15個(gè)單電池；

假設(shè)在檢測(cè)中，信號(hào)定位在155±10cm處有異常，即可以推知出第12個(gè)電池有信號(hào)異常。

具體實(shí)施舉例2：

用長(zhǎng)度為200cm的光纖傳感器，其檢測(cè)精度為±5cm，假設(shè)電池長(zhǎng)度為6.5cm，則：每個(gè)電池上圈數(shù)n＝5/6.5＝0.77<1，取整數(shù)1，即每個(gè)電池有1圈光纖傳感器即可；該光纖可以一共定位的電池個(gè)數(shù)為S＝200/(6.5*1)＝30.78，取整數(shù)30，即最多可以編碼30個(gè)單電池。

假設(shè)在檢測(cè)中，傳感器信號(hào)在155cm處有異常，即可推算出第24個(gè)電池有異常。