[发明专利]测量电池内部温度和应变的装置、方法及电池

说明书

一种测量电池内部温度和应变的装置、方法及电池，该装置包括光纤布拉格光栅传感器及电池内固定结构，该传感器包括第一和第二布拉格光栅，被预拉好的第一布拉格光栅的两端分别通过电池内固定结构固定在电池的壳体内壁上，第二布拉格光栅的一端通过电池内固定结构固定在电池的壳体内壁上，而另一端处于自由状态；其中，通过第一布拉格光栅采集由电池内部的温度变化和应变共同产生的第一波长偏移量，通过第二布拉格光栅采集仅由电池内部的温度变化产生的第二波长偏移量；其中，电池内部的温度变化根据第二波长偏移量确定，电池内部的应变根据第一波长偏移量和第二波长偏移量共同确定。该装置能够准确可靠地对电池内部的温度和应变进行测量。

技术领域

本发明涉及测量电池内部温度和应变的装置、方法及电池。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、宽工作温度范围、长使用寿命的特点，已在电力储能电源、移动通信电源、新能源储能动力电源、航天军工电源、交通动力电源等取得了广泛的应用。

然而，在实际应用过程中，由于实际运行环境复杂多变，使得电池性能、循环寿命变差，甚至电池出现热失控现象，引发电池起火燃烧、爆炸等灾难性事件，严重威胁人身安全和造成重大的经济损失。

目前，电动汽车上的电池性能管理，健康诊断和极端条件下的保护均由电池管理系统(BMS)完成，因此，BMS的稳定、高效运行对电动汽车至关重要。BMS的功能目前严重依赖于电池电压、电流和温度参数的精确测量。然而，近年来越来越多的电池事故表明BMS表现得“失效”，无法及时预警灾难性故障的发生。这其中很重要的一个原因就是BMS中使用的传感器均是基于电气连接，具有体积大，布线复杂，易受电磁干扰，难以集成到电池内部等特点。也就是说，BMS只能测量到电池表面的物理量，无法真实监控到电池内部的物理量如温度和应变。

根据欧盟Horizon 2020研究与创新计划：《Battery 2030+》中提及尽管监测温度与应变对于提高电池循环寿命和寿命至关重要，但目前难以直接测量电动汽车中电池单体内部的温度与应变。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种测量电池内部温度和应变的装置、方法及电池。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种测量电池内部温度和应变的装置，包括光纤布拉格光栅传感器以及电池内固定结构，所述光纤布拉格光栅传感器包括第一布拉格光栅和第二布拉格光栅，被预拉好的所述第一布拉格光栅的两端分别通过所述电池内固定结构固定在所述电池的壳体内壁上，所述第二布拉格光栅的一端通过所述电池内固定结构固定在所述电池的壳体内壁上，而另一端处于自由状态；其中，通过所述第一布拉格光栅采集由所述电池内部的温度变化和应变共同产生的第一波长偏移量，通过所述第二布拉格光栅采集仅由所述电池内部的温度变化产生的第二波长偏移量；其中，所述电池内部的温度变化根据所述第二波长偏移量确定，所述电池内部的应变根据所述第一波长偏移量和所述第二波长偏移量共同确定。

进一步地：

所述电池内固定结构为耐电解液腐蚀的高分子聚合物材料。

所述高分子聚合物材料为聚酰亚胺薄膜，在所述第一布拉格光栅的两端以及所述第二布拉格光栅的固定端涂覆聚酰胺酸溶液经热固化形成所述聚酰亚胺薄膜；优选地，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为50-110μm。

所述光纤布拉格光栅传感器形成在一根光纤上。

所述一根光纤包括连接于所述第一布拉格光栅和所述第二布拉格光栅之间的中间段，经过所述中间段的弯曲回转以使得所述第二布拉格光栅靠近所述第一布拉格光栅。