本发明涉及电池监测领域，更具体涉及一种锂电池安全监测系统。
背景技术：
环境污染和能源危机成为当下发展的两大问题，因此汽车电动化技术以其绿色环保、节能减排等独特优势，得到了广泛的研究。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影响。汽车常用的电池为锂电池，对锂电池的热管理是安全监测的一个重点。常规监测传感器主要针对电池整体进行温度上的监测，无法实现对每个电池单元内部的温度进行实时监测，同时现有的监测方法也无法实现对锂电池内部形变的监测。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何实时检测锂电池内部的温度以及形变。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池安全监测系统，所述系统包括信号控制模块以及锂电池模块；所述锂电池模块包括若干个电池单元，每个所述电池单元均内嵌有光纤传感器；
所述信号控制模块向所述锂电池模块提供原始光信号，所述原始光信号经过对应的电池单元的所述光纤传感器调制后形成调制光信号，所述调制光信号反射回所述信号控制模块，所述信号控制模块对其接收的所述调制光信号进行解调形成解调光信号，并根据所述解调光信号的波长漂移度确定对应的待监测信息的数据。
优选地，所述光纤传感器的外表面设置有保护层，并且所述光纤传感器嵌入到所述电池单元的电池的内部。
优选地，所述电池单元的电池为叠片式锂电池或卷绕式锂电池。
优选地，所述锂电池模块还包括若干个电池块，每个所述电池块均包括若干个所述电池单元。
优选地，所述信号控制模块包括光源子模块、光环行器子模块、光开关子模块以及信号采集处理子模块；
所述光源子模块产生所述原始光信号，并将所述原始光信号输入所述光环行器子模块中，所述光环行器子模块将所述原始光信号送人所述光开关子模块，所述光开关子模块将所述原始光信号送入对应的所述电池块中，所述电池块中对应的所述电池单元对所述原始信号进行调制，形成的所述调制光信号由对应的所述电池单元反射后经过依次所述光开关子模块和光环行器子模块进入所述信号采集处理子模块，所述信号采集处理子模块对其接收的所述调制光信号进行解调形成解调光信号，并根据所述解调光信号的波长漂移度确定对应的待监测信息的数据。
优选地，所述光开关子模块包括时分复用多路光开关，所述时分复用多路光开关将其接收的所述原始光信号分时送入各个所述电池块中。
优选地，每个所述电池块均包括至少一根光纤，并且每根所述光纤上间隔设置有若干个具有不同反射波长的光纤传感器，每个所述光纤传感器分别位于一个所述电池单元中。
优选地，所述光纤传感器为光纤光栅传感器、基于膜间干涉的全光纤传感器或微纳米传感器。
优选地，所述光纤传感器为测量温度的光纤传感器或测量形变的光纤传感器。
优选地，所述光源子模块包括SLED光源。
(三)有益效果
本发明提供了一种锂电池安全监测系统，本发明的系统包括信号控制模块以及锂电池模块；锂电池模块包括若干个电池单元，每个电池单元均内嵌有光纤传感器。信号控制模块向锂电池模块提供原始光信号，原始光信号经过对应的电池单元的光纤传感器调制后反射回信号控制模块，信号控制模块对其接收的光信号进行解调，并根据解调得到的光信号的波长漂移度确定对应的待监测信息的数据。本发明通过带有传感器的锂电池模块、信号控制模块实现了对电芯内部的温度、压力、震动、位移形变、正负极极片位置变化等本征数据，从而使检测得到的数据更真实客观的电池内部电芯的实际情况，为动力电池的安全应用提供了更准确的数据。。另外，本发明的系统中设置了时分复用多路光开关，从而可以实现对多个电池块的分时监测，实现对锂电池的全方位监测，同时本发明在每个电池块中的一根光纤上设置了具有不同反射波长的光纤传感器，每个光纤传感器属于不同的电池单元，因此结合波分复用技术实现了通过不同的反射波长来对各个电池单元进行监测，进而实现对同一电池块中不同电池单元工作状态下的内部状态进行监测。
光纤传感器具有测量精度高，结构紧凑，耐腐蚀、无源等特性使得可将其内嵌入于每个电池单元内，因此完全可以将光纤传感器术应用到锂电池的安全性能管理中。本发明即将光纤传感器内嵌入每个锂电池单元中，并结合波分、时分复用技术进行组网，从而实现对锂电池内部温度、形变等的监测。这种时分、波分混合的技术极大扩容了光纤传感器的布置，也有利于立体化的监测锂电池在工作中的各种变化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的锂电池安全监测系统结构示意图；
图2是本发明中设置有保护层的光纤传感器的结构示意图；
图3A是本发明中叠片式锂电池的结构示意图
图3B是本发明中卷绕式锂电池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
一种锂电池安全监测系统，如图1所示，所述系统包括信号控制模块1以及锂电池模块2；所述锂电池模块2包括若干个电池单元8，每个所述电池单元均内嵌有光纤传感器9；所述信号控制模块1向所述锂电池模块2提供原始光信号，所述原始光信号经过对应的电池单元8的所述光纤传感器9调制后形成调制光信号，所述调制光信号反射回所述信号控制模块1，所述信号控制模块1对其接收的所述调制光信号进行解调形成解调光信号，并根据所述解调光信号的波长漂移度确定对应的待监测信息的数据。
上述系统通过将光纤传感器嵌入到电池中实现了对电池内部温度的实时监测，同时利用光纤传感器也可以实时监测电池内部的形变等，从而实现对锂电池安全的监测，从而可以提高锂电池的使用安全度。
近年来，分布式光纤传感以其灵敏度高，无源、抗电磁干扰、耐压耐腐蚀、质量轻体积小、复用能力强等优点，被广泛的应用于大坝、桥梁等大型建筑的健康监测当中。特别是其耐腐蚀、无源、抗电磁干扰等特点，使其在煤矿、石油管道、长距离输电线等应用场景中有着其他传感器(电学传感器等)无法比拟的优势。布拉格光纤光栅，凭借成熟可靠的制备方法，耐腐蚀、抗电磁干扰、结构紧凑等一系列优点，成为光纤传感网络中应用最为广泛的传感单元。当光纤光栅所处环境的应力、温度等参量发生改变时，会导致光栅周期或其有效折射率的变化，进而使得光栅反射波长在光谱域上发生漂移；由此实现对外界环境的感知测量。因此本发明采用光纤传感器进行电池内部温度、形变的测量。
进一步地，所述光纤传感器9的外表面设置有保护层，并且所述光纤传感器嵌入到所述电池单元8的电池的内部。如图2所示，优选地设置有保护层的光纤传感器9的结构为：包括依次叠加的第一高分子薄膜11、光纤传感器膜层12以及第二高分子薄膜13；其中所述光纤传感器膜层12中设置有若干个光纤传感器9，并且附着于所述第一高分子薄膜11上。
进一步地，所述电池单元8的电池为叠片式锂电池或卷绕式锂电池，但是不限于此。
如图3A所示，卷绕式锂电池包括：壳体25、置于所述壳体25内的电芯、置于所述电芯内的光纤传感高分子复合膜24，即上述设置有保护层的光纤传感器9以及与所述壳体25构成封闭空间的盖帽26；其中，所述光纤传感高分子复合膜24用于监测所述电芯内部的本征安全数据变化，并输出。
电池的电芯内部至少包括：正极片22、负极片23以及置于所述正极片22与所述负极片23之间的隔膜21。其中，本发明实施例中的电芯以一组正极片22、负极片23以及隔膜21为例进行说明，但并不以此为限。
如图3B所示，叠片式锂电池由上至下依次叠放正极片27、隔膜28、负极片29、隔膜30、光纤传感高分子复合膜31，即上述设置有保护层的光纤传感器9以及正极片32，其中光纤传感高分子复合膜31通过叠片的方式置于隔膜30与正极片32之间。
进一步地，所述锂电池模块2还包括若干个电池块7，每个所述电池块7均包括若干个所述电池单元8。
进一步地，所述信号控制模块1包括光源子模块3、光环行器子模块、光开关子模块以及信号采集处理子模块6；所述光源子模块3产生所述原始光信号，并将所述原始光信号输入所述光环行器子模块中，所述光环行器子模块将所述原始光信号送人所述光开关子模块，所述光开关子模块将所述原始光信号送入对应的所述电池块中，所述电池块中对应的所述电池单元对所述原始信号进行调制，形成的所述调制光信号由对应的所述电池单元反射后经过依次所述光开关子模块和光环行器子模块进入所述信号采集处理子模块，所述信号采集处理子模块对其接收的所述调制光信号进行解调形成解调光信号，并根据所述解调光信号的波长漂移度确定对应的待监测信息的数据。优选地，所述光开关子模块包括时分复用多路光开关5，所述时分复用多路光开关5将其接收的所述原始光信号分时送入各个所述电池块7中。本发明通过设置时分复用多路光开关5，从而可以实现对多个电池块的分时监测，实现对锂电池的全方位监测。
进一步地，每个所述电池块7均包括至少一根光纤，并且每根所述光纤上间隔设置有若干个具有不同反射波长的光纤传感器，每个所述光纤传感器分别位于一个所述电池单元中，设有若干个光纤传感器的光纤形成光纤传感链路10。本发明通过在每个电池块中的一根光纤上设置了具有不同反射波长的光纤传感器，结合波分复用技术实现了通过不同的反射波长来对各个电池单元进行监测，进而实现对同一电池块中不同电池单元工作状态下的内部状态进行监测。
在光纤传感链路10设计上，引入了波分复用技术进行传感扩容。其表现为同一电池块pack中的每一个电池单元cell内布置不同中心反射波长的光纤传感器，例如光纤光栅传感器。具体来说，在同一根光纤上等间距的刻写一串不同波长的光纤光栅传感器；随极耳导引出入，分别将各个不同反射波长的光纤光栅传感器内嵌入于各个电池单元cell中。这样，在波长域上，通过不同的反射波长来对各个电池单元cell进行鉴别，进而实现对同一电池块pack中不同单元cell工作下的内部状态进行监测。
各个电池块pack中采用相同的光纤传感链路，也就是说，通过波分复用技术对同一电池pack内各个cell单元中的光纤光栅传感器加以区分；同时通过时分复用技术，对各个电池pack的传感监测进行区分。这种时分、波分混合的技术极大扩容了光纤传感单元的布置，可实现对海量的光纤传感器的组网，进而实现大容量、多参量的分布式光纤传感应用，也有利于立体化的监测锂电池在工作中的各种变化。
进一步地，所述光纤传感器9为光纤光栅传感器、基于膜间干涉的全光纤传感器或微纳米传感器。
优选地采用光纤光栅传感器，利用光纤光栅传感器特定波长反射这一特性来进行电池内部温度、应变等变化的监测。具体来说，由于光纤光栅传感器具有轻质、体积小、耐腐蚀等优势，其可直接内嵌入于每一个电池单元cell内。实际中，将涂覆保护并封装后的光纤光栅连带着尾纤嵌入在中间隔膜上，这样的光纤光栅传感器将不受电池内部微小应变的扰动；引入和导出光纤则随极耳导引进出。当电池工作时，电池内部温度发生变化甚至突变，这所引起的周围环境的变化将使得光纤光栅传感器的反射波长急剧漂移；通过对反射光的解调，实现对电池温度特性的监测。
内嵌入式的光纤光栅传感器除了对电池内部温度进行监测，亦可对阴阳极板的形变进行感知。在内嵌入温度监测光纤光栅传感器的同时，也将另一光栅传感器紧贴于极板上，当极板发生形变或者鼓包时，光纤光栅将被挤压，同理可通过反射波长的漂移来感知相应变化。
进一步地，所述光源子模块包括SLED宽带光源。光环行器子模块包括光环行器4。宽带光源的选择对应于波分复用技术的实施；光环行器4用于正确地引导宽带信号光入射到内嵌入于锂电池的光纤传感系统中，入射光通过多路光开关5的开断线路选择，分时进入各个电池块pack，即为时分复用；进入到pack中的信号光经由各个电池单元cell中的光纤传感器对特定波长的调制并反射后，重回光环形器4端口，并正确导引进信号采集处理子模块6中，并由其转换为电信号并进行处理；最后通过软件控制，对各个光纤传感器反射波长的漂移进行监测，从而实现对工作中的电池内部状态的快速感知。时分、波分混合复用技术对信号的解调方式具有良好的普适性以及兼容性。
本发明为弥补现有电动汽车中锂电池安全监测技术中存在的不足，将光纤作为传感器内嵌入每个锂电池单元cell中，并结合波分、时分复用技术进行组网，从而实现对锂电池内部温度变化的监测。同时，考虑到光纤光栅多参量敏感的特性，可将光纤光栅进行增敏处理，使其亦可对锂电池内阴阳极板的形变进行监测。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。