鏗離子電池測溫-鋰電池組熒光光纖溫度監(jiān)測方案

鏗離子電池為什么要進行溫度監(jiān)測

由于具備工作電壓、功率密度和能量密度高、充放電壽命長、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點,在潛艇、無人機與單兵偵察等軍用系統(tǒng)中有很好的應(yīng)用前景。溫度對鏗離子電池各方面的性能都有影響,包括電化學(xué)系統(tǒng)的工作狀況、循環(huán)效率、容量、功率、安全性、可靠性、一致性和壽命等,進而可能影響到整個系統(tǒng)的性能、可靠性、安全性和壽命。因此對鏗離子電池溫度的測量就顯得非常重要。目前,鏗離子電池測溫技術(shù)主要可以應(yīng)用于以下兩個領(lǐng)域。首先鏗離子電池內(nèi)部、表面溫度的測定可以用來驗證銼離子電池的相關(guān)熱模型,以利于輔助電池單體設(shè)計與模塊設(shè)計;其次鏗離子電池測溫技術(shù)可以應(yīng)用于鏗離子電池管理系統(tǒng)中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池溫度超過安全閩值等變化異常時,切斷外部電路,及時發(fā)送報警信號以避免危險的發(fā)生。

電池?zé)犭娕紲囟缺O(jiān)測，電池紅外測溫法，熒光光纖電池測溫

當(dāng)前常用的溫度測量方法包括熱電偶和紅外成像。熱電偶測溫技術(shù)成熟,使用歷史長,商品種類多,是銼離子電池研究領(lǐng)域中最常用的點溫度測量手段;隨著集成電路的發(fā)展與成本的降低,紅外成像技術(shù)也變得越來越普及,尤其在面測溫中占據(jù)了主導(dǎo)地位。但是上述兩種方法在鏗離子電池研究與應(yīng)用領(lǐng)域都有其明顯的不足。熱電偶需要使用金屬線,容易產(chǎn)生短路危險,而且使用的金屬材質(zhì)往往非常硬,給安裝和使用帶來了很多的不便;紅外成像技術(shù)使用物體發(fā)射的紅外信號進行測量,容易受到氣流干擾,精度不夠,只能粗糙測量物體表面的溫度,而且使用時還需要針對不同被測物體發(fā)射率做校正,后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作繁雜。為了克服上述不足,提出應(yīng)用熒光光纖測溫技術(shù),實現(xiàn)銼離子電池溫度的精確、快速與安全測量。

鋰電池溫度監(jiān)測

鋰電池具有電壓高、比能量高、循環(huán)使用次數(shù)多、存儲時間長等優(yōu)點，不僅在便攜式電子設(shè)備上(如移動電話、數(shù)碼攝像機和手提電腦)得到廣泛應(yīng)用，而且也廣泛應(yīng)用于電動汽車、電動自行車以及電動工具等大中型電動設(shè)備方面，因此對鋰離子電池的性能要求越來越高。鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由正負電極片和隔膜組成，電池在使用過程中會產(chǎn)生大量的熱量，影響其電池的循環(huán)壽命和安全，尤其是對大容量電池的影響較大，實時監(jiān)測鋰電池內(nèi)部溫度變化情況能最直接有效判斷電池健康狀況。在現(xiàn)有技術(shù)中都是通過在電芯的極耳處或者電芯與電芯之間、電芯和外殼之間設(shè)置溫度傳感器來監(jiān)測電池溫度的變化情況，然而這與電芯的發(fā)熱源的溫度變化真實情況會存在一些滯后。新型的鋰電池測溫溫度傳感器的已為急需。

熒光光纖溫度傳感器測溫原理

熒光光纖溫度傳感器是基于稀土熒光物質(zhì)的材料特性實現(xiàn)的,某些稀土熒光物質(zhì)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。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。這種方法的最大優(yōu)點在于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(guān),例如光源強度的變化、傳輸效率、禍合程度的變化等都不影響測量結(jié)果。在常溫范圍內(nèi),一般傳感器只能采用接觸式的測量方式,而熒光光纖溫度傳感器既可以采用接觸式的測量方式,也可以采用非接觸式方式,并可遠距離傳輸,使傳感器的光電器件脫離測溫現(xiàn)場,避開惡劣環(huán)境。

電池光纖測溫-電池溫度測量監(jiān)測使用熒光光纖測溫

由于熒光光纖測溫儀采用微小探頭,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。熒光光纖溫度傳感器不僅限于物體表面的定向測量,其探頭還可以插入固體物質(zhì)中、浸入液體中或?qū)朐O(shè)備中,到達特定區(qū)域。溫度是鏗離子電池的重要參數(shù),在電池設(shè)計與電池管理中有廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用熒光光纖技術(shù)測量銼離子電池的內(nèi)部與表面溫度。與傳統(tǒng)熱電偶等方法相比,該方法避免了電磁干擾對測量性能的影響,同時由于光纖探頭的電惰性,減少了內(nèi)部測溫時傳感器部件對電池運行的干擾。光纖探頭小巧,精度高,而且在電解液環(huán)境中耐腐蝕,可以實現(xiàn)內(nèi)部多點快速測溫,滿足了電池溫度監(jiān)測的需求。

鋰電池光纖測溫系統(tǒng)

鋰電池包括電芯和外殼，電芯設(shè)置在外殼內(nèi)，電芯包括正極片、負極片及隔膜，熒光光纖溫度傳感器安裝方式靈活簡單。熒光光纖溫度傳感器測溫技術(shù)是一種新型的測溫技術(shù)，是基于熒光光纖測溫原理集成的測溫系統(tǒng)，將熒光分析技術(shù)與光纖傳感技術(shù)結(jié)合，不但尺寸微小而且靈敏度高。