光纖傳感器嵌入式電池隔膜的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種光纖傳感器嵌入式電池隔膜，包括：電池隔膜和嵌入所述電池隔膜中的傳感增敏光纖結構，所述傳感增敏光纖結構包括多個光纖傳感器。本實用新型的光纖傳感器嵌入式電池隔膜將光纖傳感器嵌入到電池隔膜中，能夠對電池內部的溫度和殼體的膨脹進行監測，從而增進了對電池狀態的了解和管理。
【專利說明】
光纖傳感器嵌入式電池隔膜
技術領域
[0001]本實用新型涉及光纖傳感技術在電池安全領域的應用，尤其涉及光纖傳感技術在電池隔膜中的應用。
【背景技術】
[0002]電動汽車以其綠色環保、節能減排等獨特優勢，成為解決環境污染和能源危機兩大問題的重要途徑。電池作為電動汽車的動力來源，其性能對電動汽車的使用安全以及發展前景具有重大意義，因此，實現對電池工作狀態的實時監測至關重要。傳統的電池安全監測主要集中在電池整體溫度變化及形變上，而電池內部的短路、過充和材料退化將會導致電池內部的過熱和殼體的膨脹，對電芯內部溫度以及殼體膨脹的監測成為亟待解決的難題。
[0003]在鋰電池的結構中，隔膜是關鍵的內層組件之一，隔膜位于正極和負極之間，主要作用是將正負極活性物質分隔開，防止兩極因接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。鑒于隔膜所在的位置，其直接受到電池內部溫度變化以及殼體膨脹的作用。因此，電池隔膜進行傳感增敏可為傳感隔膜賦予電池內部安全監測的新型功能。
[0004]光纖具有體積小、質量輕、無源，耐壓、耐腐蝕及抗電磁干擾的特點。隨著光纖傳感技術的發展，光纖傳感器在一些特殊的應用場景中，如油氣管、核電站、石油罐等，具備明顯的優勢。光纖傳感器應用于電池隔膜的設計成為實現隔膜安全性能監測功能化的一個可靠方式。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種光纖傳感器嵌入式電池隔膜，旨在用于解決現有的電池安全監測技術無法對電池內部溫度和殼體膨脹進行監測的問題。
[0006]本實用新型是這樣實現的:
[0007]本實用新型提供一種光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其特征在于，包括:電池隔膜和嵌入所述電池隔膜中的傳感增敏光纖結構，所述傳感增敏光纖結構包括多個光纖傳感器。
[0008]進一步地，所述電池隔膜具有兩層，所述傳感增敏光纖結構嵌入于所述兩層電池隔膜之間。
[0009]進一步地，所述傳感增敏光纖結構與所述兩層電池隔膜之間通過聚乙烯材料固化。
[0010]進一步地，所述光纖傳感器為全光纖在線式傳感器。
[0011]進一步地，所述光纖傳感器為布拉格光纖光柵傳感器。
[0012]進一步地，所述傳感增敏光纖結構為單根光纖，所述單根光纖上刻寫多個波長不同的布拉格光纖光柵傳感器。
[0013]進一步地，當應用于包含多個電池的電池組中時，在各個電池之間設置光纖延遲線。
[0014]進一步地，所述光纖延遲線的長度限制在20m以內。
[0015]進一步地，所述傳感增敏光纖結構包含多列光纖，每列光纖上分別刻寫多個光纖傳感器。
[0016]本實用新型具有以下有益效果:
[0017]1、本實用新型的光纖傳感器嵌入式電池隔膜將光纖傳感器嵌入到電池隔膜中，能夠對電池內部的溫度和殼體的膨脹進行監測，從而增進了對電池狀態的了解和管理。
[0018]2、光纖傳感器具有質量輕、體積小、耐腐蝕及耐高溫等特性，這也使得所述光纖傳感器嵌入式電池隔膜相較于傳統電池隔膜在質量和體積上沒有明顯差異，也保證了其在傳統鋰電池應用中的普適性與安全性。
[0019]3、光纖傳感技術無源的特性保證了電池內部安全監測的獨立性，基于所述光纖傳感器嵌入式電池隔膜的電池安全監測不會對電池自身的工作狀態造成影響。
[0020]4、嵌入在電池隔膜上的光纖傳感器布置方式靈活，可以根據實際應用需求并結合適當的復用技術和解調模式進行配置。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本實用新型光纖傳感器嵌入式電池隔膜的原理圖；
[0022]圖2是本實用新型光纖傳感器嵌入式電池隔膜的分解圖。
[0023]圖中:1_上隔膜，2-下隔膜，3-傳感增敏光纖結構，4-光纖傳感器。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0025]如圖1和圖2，本實用新型實施例提供一種光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其應用于鋰電池內部以對電池內部進行安全監測，包括:傳統的電池隔膜和嵌入所述電池隔膜中的傳感增敏光纖結構3，所述傳感增敏光纖結構3包括多個光纖傳感器4。
[0026]如圖2，本實施例中所述電池隔膜具有兩層，包括上隔膜I和下隔膜2，所述上隔膜I和所述下隔膜2的材料可選擇聚乙烯或聚丙烯微孔膜，在其他實施例中，所述電池隔膜也可以是單層或者兩層以上。所述傳感增敏光纖結構3采用標準單模光纖，外直徑為256微米，包層直徑為125微米，纖芯直徑為8微米，所述傳感增敏光纖結構3包括多個光纖傳感器4，并嵌入于所述上隔膜I和所述下隔膜2之間，通過聚乙烯等材料固化。所述傳感增敏光纖結構3的嵌入一定程度上將增加傳統電池隔膜的厚度，但并未對電池的尺寸造成較大的影響。同時，光纖的耐腐蝕、耐高溫能力也保證了其在電解質溶液中的兼容性與工作穩定性。
[0027]為簡化所述傳感增敏光纖結構3，使得所述傳感增敏光纖結構3兼具光傳導和外界環境感知的能力，所述光纖傳感器4可選擇全光纖在線式傳感器，如基于多模干涉機理的光纖微結構傳感器、長周期光纖光柵傳感器以及布拉格光纖光柵傳感器等，通過合理的解調配置，可實現對電池內部溫度、應力、PH值、電解質離子濃度等多參量變化的實時感知。
[0028]本實施例中的光纖傳感器4優選為布拉格光纖光柵傳感器。布拉格光纖光柵是一種使用頻率最高，應用范圍最廣的光纖傳感器，其可根據外界環境的溫度變化或受到的應變而改變其反射光波波長。我們可通過測量其反射波長漂移這一絕對量來實現對電池內部溫度以及應力變化的感知。
[0029]如圖1，所述傳感增敏光纖結構3的配置取決于實際應用中的安全監測需求。本實施例中傳感增敏光纖結構3采用單根光纖，按照陣列式嵌入于所述上隔膜I和所述下隔膜2之間，具體為所述傳感增敏光纖結構3包含四列光纖，每列光纖上分別刻寫三個光纖傳感器4，因此，所述上隔膜I和所述下隔膜2之間共嵌入有十二個光纖傳感器4。為區分同一電池內的各個光纖傳感器4，我們引入了波分復用技術，即刻寫的十二個光纖傳感器4具有不同的中心反射波長;相應的，當電池內的溫度變化時，所述光纖傳感器4的反射波長將發生漂移，最終通過中心局的解調裝置對波長信號進行處理，得到電池內部的溫度場分布。在其他實施例中，所述光纖傳感器4的數量可以調整，由監測密集需求所決定，實現對某一電芯內部進行多點的安全監測。同時，為避免各個光纖傳感器4之間的串擾，需要合理的預留出波長間隔，這和監測系統預期測量動態范圍相關。
[0030]當所述光纖傳感器嵌入式電池隔膜應用于包含多個電池的電池組中時，為簡化基于光纖傳感器嵌入式電池隔膜的電池內部安全監測網絡，我們對不同電池內的電池隔膜采用相同的配置，即嵌入的傳感增敏光纖結構3具有普適性。同時需對不同電池內的各個電池隔膜進行區分，我們通過在各個電池之間引入光纖延遲線實現時分復用技術，所述光纖延遲線的長度限制在20m以內。同時結合合理的解調技術實現基于光纖傳感器嵌入式電池隔膜的電池內部安全的實時監測。經中心局解調，可以得到電池內的溫度場或是應力場的分布，當溫度過高或應力過大，反射波長的漂移超過警戒值時，中心局將直接同電池組控制中心通信，實施保護措施。
[0031]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其特征在于，包括:電池隔膜和嵌入所述電池隔膜中的傳感增敏光纖結構，所述傳感增敏光纖結構包括多個光纖傳感器。2.如權利要求1所述的光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其特征在于:所述電池隔膜具有兩層，所述傳感增敏光纖結構嵌入于所述兩層電池隔膜之間。3.如權利要求2所述的光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其特征在于:所述傳感增敏光纖結構與所述兩層電池隔膜之間通過聚乙烯材料固化。4.如權利要求1所述的光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其特征在于:所述光纖傳感器為全光纖在線式傳感器。5.如權利要求4所述的光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其特征在于:所述光纖傳感器為布拉格光纖光柵傳感器。6.如權利要求5所述的光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其特征在于:所述傳感增敏光纖結構為單根光纖，所述單根光纖上刻寫多個波長不同的布拉格光纖光柵傳感器。7.如權利要求1所述的光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其特征在于:當應用于包含多個電池的電池組中時，在各個電池之間設置光纖延遲線。8.如權利要求7所述的光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其特征在于:所述光纖延遲線的長度限制在20m以內。9.如權利要求1所述的光纖傳感器嵌入式電池隔膜，其特征在于:所述傳感增敏光纖結構包含多列光纖，每列光纖上分別刻寫多個光纖傳感器。
【文檔編號】H01M10/42GK205657107SQ201620450737
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月18日 公開號201620450737.8, CN 201620450737, CN 205657107 U, CN 205657107U, CN-U-205657107, CN201620450737, CN201620450737.8, CN205657107 U, CN205657107U
【發明人】鄒托武
【申請人】小牛動力（武漢）新能源技術有限公司