[实用新型]锂离子电池内部温度的测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种锂离子电池内部温度的测量装置。

背景技术

锂离子电池由于工作电压高、功率密度和能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、无污染等优点，其应用已经从信息产品扩展到能源交通和国防军事领域，具体应用如从移动电话、掌上电脑、笔记本等，到电动汽车、电网调峰、太阳能、风能蓄电站等，军用则涵盖了潜艇、水下机器人、陆军士兵系统、机器战士、无人飞机、卫星、飞船等。

但是锂离子电池在应用中潜在的安全温度，尤其是动力用锂离子电池组，已经成为制约其发展的一个瓶颈。锂离子电池具有较高的能量密度，在充放电过程中，伴随着多种化学、电化学反应和物质传输过程，有些反应在开路的情况下仍然进行，这些过程会造成热量的产生，这些产生的热量不能完全散失到环境中就会引起电池内部热量的积累。如果热量的积累造成电池内部的高温点，就有可能引发电池的热失控。因此，温度对锂离子电池的各方面性能都有影响，包括电化学系统的工作状况、循环效率、容量、功率、安全性、可靠性、一致性和寿命等。电池的设计，如单体设计、模块设计、热管理系统设计等，对于电池温度都有着重要影响。锂离子电池温度测量是研究锂离子电池温度分布和变化的重要手段，可以辅助电池单体设计、模块设计以及热管理系统的设计。

由于锂离子电池内部中心温度不容易测量，此前多是在实验时测得不同时间电池在放电时的表面温度，由三维非稳态热传导问题反求出电池中心温度，这种推出的中心温度不能准确反应出锂离子电池内部中心温度的状况。传统的热电偶测温方式，因为存在测量精度低、测量不稳定、带电测量不安全和测量探头体积大等缺点，不能有效安全的测量锂离子电池的内部实时温度。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种锂离子电池内部温度的测量装置，具体是提供一种基于荧光寿命检测温度的方法和荧光光纤温度测量装置。

本实用新型要解决的是现有测量装置不能有效安全的测量锂离子电池的内部实时温度，且测量的结果不能准确反应出锂离子电池内部中心温度的问题。

本实用新型的测温原理是基于稀土荧光物质的材料特性实现的，某些稀土荧光物质受紫外线照射并激发后，在可见光谱中发射线状光谱，即荧光及其余辉(余辉为激励停止后的发光)。荧光余辉的衰变时间常数是温度的单值函数，通常温度越高，时间常数越小。只要测得时间常数的值，就可以求出温度。应用这种方法测温的最大优点，就是被测温度只取决于荧光材料的时间常数，而与系统的其他变量无关，例如光源强度的变化、传输效率、耦合程度的变化等都不影响测量结果，较光强测温法和波长解调法原理上有明显优势。

本实用新型所述的锂离子电池内部温度的测量装置，包括箱体，箱体内设有荧光激发光源、光源驱动电路、光路耦合系统，荧光信号探测及处理系统，箱体上设有荧光光纤测温探头和显示系统。

所述的光源驱动电路用于产生周期性电脉冲来驱动LED光源，使其产生相应的激励脉冲光波，该光源驱动电路由单片机控制。

所述的光路耦合系统包括滤波片、耦合透镜和结构件，滤波片和耦合透镜固定在结构件上，结构件固定在箱体内，以实现光路耦合要求的精确定位。

所述的荧光光纤测温探头采用细芯径耐腐蚀荧光光纤。

本实用新型的测量装置的优点：

1)本实用新型测量范围大，可实现温度-50～350℃温度范围的测量，测量精度高，可实现精度高于±0.5℃；

2)本实用新型测量装置用的测温探头的结构设计简单合理，制造成本低；

3)本实用新型测温探头尺寸小，柔韧性好，耐高温，可实现探头直径0.1mm，弯曲半径最小到5mm以下，不同测温探头和不同信号检测模块均可以互换，测温探头和信号检测模块替换后不需要校正，测温探头无金属材料，具有完全的电绝缘性，不受高压、强电磁场的影响，抗化学腐蚀和无污染；

在重复的热循环下，测温探头的材料和结构非常稳定，测温探头的性能对光信号的变化不敏感，使用寿命长。

本实用新型对锂离子电池内部温度的测量方法为：

在制作锂离子电池时，将多根荧光光纤测温探头按照一定分布埋入电池内部。

在锂离子电池封装时，将多根荧光光纤测温探头的另一端剪断，保持和电池封装结构外表面平齐；对多根荧光光纤测温探头裸露的电池一端进行适当的研磨抛光处理。