一种锂电池安全实时监测系统的制作方法

本发明涉及一种锂电池安全监测系统，属于电池监测技术领域，具体涉及一种锂电池安全实时监测系统。

背景技术：

锂离子电池因其低成本，高性能，大功率，绿环境等诸多优势，使其成为一种能源的典型代表，广泛应用于3C数码产品，移动电源以及电动工具等领域。这几年，因环境污染加剧以及国家政策引导，以电动汽车为主的电动交通工具市场对锂离子电池的需求不断加大，在发展大功率锂离子电池体系过程中，安全问题引起了足够重视，急需进一步解决。

电池体系的温度变化是由热量的产生与散发两个因素决定的。锂离子电池热量的产生可以通过热分解和电池材料之间的反应所致；降低电池体系的热量和提高体系的抗高温性能，电池体系则安全。与小型便携式设备如手机，笔记本电池容量一般小于2Ah不同，电动汽车采用的功率型锂离子电池容量一般大于10Ah,其在正常工作时局部温度常高于55℃,内部温度会达到300℃以上，在高温或者大倍率充放电条件下，高能电极的放热和可燃性有机溶剂温度的上升将引起一系列副反应的发生，最终导致热失控和电池的燃烧或者爆炸。除其自身化学反应因素导致热失控外，一些人为因素如过热、过充、机械冲击导致的短路同样也会导致锂离子电池的热不稳定造成安全事故的发生。因而研究开发出能提高锂离子电池的安全性能的监测传感器具有重要的现实意义。

在中国发明专利说明书CN105758432A中公开了一种锂电池安全监测系统，其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。该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，为动力电池的安全突应用提供了更准确的数据。但是，由于该光纤传感器必须内置于电池单元内部，故存在不便于加工的问题，且该监测系统无法对现有的锂电池成品进行监测，因而该发明的通用性不强。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种锂电池安全实时监测系统，其能够简单高效地实现各种类型锂电池的安全实时监测，且成本低廉、使用方便。

为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种锂电池安全实时监测系统，包括信号采集处理模块和锂电池模块；所述锂电池模块包括电池和传感型光纤传感器；所述传感型光纤传感器通过缠绕方式或者平行于所述电池的中心轴线的直铺方式固定于所述电池的外表面上。

在本发明的一种优选实施方案中，所述传感型光纤传感器的检测精度为a；所述电池的长度为L；所述电池上需要布置的传感型光纤传感器的圈数为n＝a/L；当n>1时，所述传感型光纤传感器通过缠绕方式固定于所述电池的外表面；当n≤1时，所述传感型光纤传感器通过直铺方式固定于所述电池的外表面。

在本发明的一种优选实施方案中，采用缠绕方式布置时，所述传感型光纤传感器沿所述电池的中心轴线方向呈螺旋状均匀布置于所述电池的外表面。

在本发明的一种优选实施方案中，采用直铺方式布置时，所述传感型光纤传感器固接于所述电池的外表面且与所述电池的中心轴线平行。

在本发明的一种优选实施方案中，所述电池包括多个；所述传感型光纤传感器为一根；所述传感型光纤传感器通过缠绕方式或者直铺方式将所有电池串联成一整体；所述传感型光纤传感器的首尾与信号采集处理模块连接。

在本发明的一种优选实施方案中，采用缠绕方式布置时，每个电池上均缠绕有所述传感型光纤传感器。

在本发明的一种优选实施方案中，采用直铺方式布置时，所述传感型光纤传感器的中心轴线与每个所述电池的中心轴线共线。

在本发明的一种优选实施方案中，所述传感型光纤传感器通过胶接或者焊接固定在所述电池的外表面上。

本发明还公开了一种利用该锂电池安全实时检测系统校验锂电池组的方法，所述锂电池组内每个锂电池均由同一根传感型光纤传感器连接；校验时，根据传感型光纤传感器采集确定异常反馈信号的位置；假设该异常反馈信号距离传感型光纤传感器起始端的距离为x，单个电池的长度为L，传感型光纤传感器的检测精度为a，则每个电池上面所缠绕或平铺的传感型光纤传感器的圈数为n＝a/L且n取整数；根据S＝x/(L*n)且S取整数得到S0，即可得到第S0个电池工作状态异常。

本发明的有益效果是：本发明结构简单、成本低廉、使用方便，使用者在使用此种电池测试设备时，能够以很低的成本实现对电池特别是大型电堆的温度、压力进行实时监测，有效地提高了储能器件的安全性，本发明可以根据实际电堆尺寸大小增减传感头数量和传感器长度，具备很强的实用性，将会在电动汽车以及其他储能设备上得到很广泛的应用。

附图说明

图1是本发明实施例一种锂电池安全实时监测系统的电池模块示意图(圆柱状电池缠绕方式)；

图2是本发明实施例一种锂电池安全实时监测系统的电池模块示意图(圆柱状电池直铺方式)；

图3是本发明实施例一种锂电池安全实时监测系统的电池模块示意图(块状电池直铺方式)；

图4是本发明实施例一种锂电池安全实时监测系统的圆柱状电池模块示意图；

图中：1-电池，2-传感型光纤传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由说明书附图可知，本发明一种锂电池安全实时监测系统包括信号采集处理模块和锂电池模块；所述锂电池模块包括电池和传感型光纤传感器；所述传感型光纤传感器通过垂直于所述电池的中心轴线的缠绕方式或者平行于所述电池的中心轴线的直铺方式固定于所述电池的外表面上。在对电池堆的检测中，采用三维立体布线的方式实现对电堆/电池的检测。具体来说，就是在电堆的X-Y,X-Z,Y-Z三个方向上进行光纤布局和位置坐标编码，通过不同单元的信号采集与计算，来采集电池或电堆的工作状态的参数；这种方式是通过对传感型光纤传感器的合理布置实现的，其中，传感型光纤传感器的检测精度为a；所述电池的长度为L；所述电池上需要布置的传感型光纤传感器的圈数为n＝a/L；当n>1时，所述传感型光纤传感器通过缠绕方式固定于所述电池的外表面；当n≤1时，所述传感型光纤传感器通过直铺方式固定于所述电池的外表面；当采用缠绕方式布置时，所述传感型光纤传感器沿所述电池的中心轴线方向呈螺旋状均匀布置；相邻电池上的传感型光纤传感器相互连接；传感型光纤传感器通过胶接或者焊接固定在所述电池的外表面上，以免产生位移。

本发明通过采用弱光反馈型传感器即发射光在沿光纤传播的过程中如果局部的光纤表面的温度或应力改变，就会影响反馈回路的光信号，从而可以根据光波长测算出该处的光纤长度L，进而可以测算出位置(即哪个电池信号异常)，实现了对锂电池以及锂电池组的实时校验，通过提出了一种用于判断锂电池组内哪一个电池处于故障状态的方法，该方法包括将锂电池组内每个锂电池均由同一根传感型光纤传感器连接；校验时，根据传感型光纤传感器采集确定异常反馈信号的位置；假设该异常反馈信号距离传感型光纤传感器起始端的距离为x，单个电池的长度为L，传感型光纤传感器的检测精度为a，则每个电池上面所缠绕或平铺的传感型光纤传感器的圈数为n＝a/L且n取整数；根据S＝x/(L*n)且S取整数得到S0，即可得到第S0个电池工作状态异常。

因为发明的解码原理时根据传感器采集的反馈信号，可以知道传感器长度方向上x处的信号(如温度)，则根据S＝x/(L*n)(取整数S0)，可以推算出第S0个电池温度异常，同理，压力传感也类推(其中，x为该检测出的异常信号的位置距离传感器起始端的距离；L为每个电池的长度，n为缠绕或者平铺在每个锂电池上面的圈数)。

因为光纤在信号检测精度上具有误差，这个误差表现在编码上就是位置误差，而在此专利中这个位置就代表了某个电池。

本发明采用弱光反馈型传感器即发射光在沿光纤传播的过程中如果局部的光纤表面的温度或应力改变，就会影响反馈回路的光信号，从而可以根据光波长测算出该处的光纤长度L，进而可以测算出位置(即哪个电池信号异常)。

以图1所示的圆柱状电池缠绕方式为例，使用本发明时，首先将传感型光纤传感器对圆柱状电池进行沿轴向环形缠绕布置，然后将光纤与电池进行固定焊接方式进行焊接，并将传感器的接头与数据采集接头连接；接着用传感器的数据采集接口对电池信息进行采集，然后将采集数据通过处理软件进行可视化作图；最后根据不同电池特点和监测因素，设定预警阙值，设置程序，超过阙值激活声音警报或者显示警报。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

具体实施举例1：

用长度为200cm的光纤传感器，其检测精度为±10cm，假设电池长度为6.5cm，则：每个电池上圈数n＝10/6.5＝1.54，取整数2，即每个电池至少要有2圈光纤传感器；该光纤可以一共定位的电池个数为S＝200/(6.5*2)＝15.38，取整数15，即最多可以编码15个单电池；

假设在检测中，信号定位在155±10cm处有异常，即可以推知出第12个电池有信号异常。

具体实施举例2：

用长度为200cm的光纤传感器，其检测精度为±5cm，假设电池长度为6.5cm，则：每个电池上圈数n＝5/6.5＝0.77<1，取整数1，即每个电池有1圈光纤传感器即可；该光纤可以一共定位的电池个数为S＝200/(6.5*1)＝30.78，取整数30，即最多可以编码30个单电池。

假设在检测中，传感器信号在155cm处有异常，即可推算出第24个电池有异常。