[发明专利]基于磁电效应的磁成像阵列传感器

说明书

一种基于磁电效应的磁成像阵列传感器，包括：中空壳体状的外屏蔽层；位于外屏蔽层的底部的第一机械支撑层；位于第一机械支撑层的上方的第一导电层；设置于第一导电层的上方，包括以阵列形式排列的多个磁电敏感元的磁电敏感元阵列；位于磁电敏感元阵列的上方的第二导电层；位于第二导电层的上方的第二机械支撑层；以及分别与磁电敏感元对应地设置于第二机械支撑层的上方，将多个磁电敏感元输出的电荷信号转变为电压信号的多个前置电路。该基于磁电效应的磁成像阵列传感器能在线无损检测电池的电流密度分布情况，判断电池有否发生故障，并根据电流密度分布图准确定位电池的故障位置，从而提升电池使用的安全性。

技术领域

本发明属于磁成像技术领域，具体涉及一种基于磁电效应的磁成像阵列传感器。

背景技术

近年来，面临化石能源紧缺以及全球大气环境不断恶化的严峻考验，世界各国大力发展绿色环保的高新技术产业，如新能源汽车。据中国汽车工业协会统计的数据显示，2018年在传统汽车产销下滑的背景下，新能源汽车仍保持高速增长态势，产销量分别为127万辆和125.6万辆，比去年同期增长59.9%和61.7%；动力电池装机总电量约56.98GWh，同比增长56%。然而，频繁发生的电池起火、汽车自燃事件暴露出新能源汽车存在的安全隐患，阻碍了新能源汽车的发展。

相关研究表明，电池起火事故的原因之一是电池内部的电流密度在空间上分布不均匀，且这种情况随着电池的充放电次数增加而加剧，最终导致电池内部短路诱发局部热量聚集并起火。因此，急需开发一种能够对电池内部的电流密度分布情况进行无损检测的传感器，并对电池的状态给出正确的判断。

目前常用的电池检测方法是通过等效电路模型对电池的状态进行理论预测，再将电压、电流等电气参数实测值与理论值比对以评估电池健康状态。但上述电气参数检测都是基于整体的集总参数或者有限的局部集总参数，无法获得电池局部更细节的电流密度分布情况，无法预测及识别电池局部故障。

发明内容

发明要解决的问题：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能通过高分辨率地实时在线无损检测电池的电流密度分布状况来确定电池是否发生故障以及电池故障位置的基于磁电效应的磁成像阵列传感器。

解决问题的技术手段：

为解决上述问题，本发明提供一种基于磁电效应的磁成像阵列传感器，包括：中空壳体状的外屏蔽层；位于所述外屏蔽层的底部的第一机械支撑层；位于所述第一机械支撑层的上方的第一导电层；设置于所述第一导电层的上方，包括以阵列形式排列的多个磁电敏感元的磁电敏感元阵列；位于所述磁电敏感元阵列的上方的第二导电层；位于所述第二导电层的上方的第二机械支撑层；以及分别与所述磁电敏感元对应地设置于所述第二机械支撑层的上方，将所述多个磁电敏感元输出的电荷信号转变为电压信号的多个前置电路。

根据本发明，磁成像阵列传感器通过设置用以形成静电屏蔽的外屏蔽层和屏蔽电磁干扰的导电层，具有较强的抗干扰能力。借助由多个磁电敏感元以阵列形式排列而成的磁电敏感元阵列和设置于各磁电敏感元上方的前置电路，能以低成本在线无损检测电池内部的电流密度分布情况。

也可以是，本发明中，所述多个磁电敏感元按行列排列形成二维阵列。

也可以是，本发明中，所述磁电敏感元包括磁电复合体和设置于所述磁电复合体的两端的磁铁；所述磁电复合体由两层磁致伸缩材料和位于所述两层磁致伸缩材料之间的一层压电材料复合而成；所述磁电敏感元以所述磁致伸缩材料和所述压电材料层叠的方向为上下方向设置于所述第一导电层的上方。由此能使磁电敏感元处于两个导电层之间，可免受电磁干扰。

也可以是，本发明中，所述磁致伸缩材料为Terfenol-D或Metglas；所述压电材料为PMNT、BaTiO3或PZT。

也可以是，本发明中，所述多个前置电路与所述第二机械支撑层之间设置有第三导电层。通过设置第三导电层可以进一步有效屏蔽环境中的电磁干扰。