(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910840056.0
(22)申请日 2019.09.06
(71)申请人 中国科学院上海光学精密机械研究
所
地址 201800 上海市嘉定区清河路390号
申请人 上海中科神光光电产业有限公司
(72)发明人 周炜航 叶青 叶蕾 王照勇
卢斌 蔡海文
(74)专利代理机构 上海恒慧知识产权代理事务
所(特殊普通合伙) 31317
代理人 张宁展
(51)Int.Cl.
H01M 10/058(2010.01)
H01M 10/48(2006.01)
G01K 11/32(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
一种锂电池传感光纤的埋入方法，关键在于
避免光纤与电解液直接接触而造成长期使用后
解质性能下降。本发明具有多种方式，适用于多
种实用环境，本发明能有效地将光纤传感器埋入
锂电池内部进行温度、振动、应变/应力等各传感
量的监测而不影响电池性能及光纤传感性能；本
发明不仅提出了将光纤布设入锂电池的埋入工
艺以及密封工艺，而且为后期锂电池内部分布式
光纤测温奠定了良好的基础。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 110690505 A 2020.01.14
C N 110690505
A
1.一种锂电池传感光纤的埋入方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1)在锂电池壳的下模具的两边设有通孔或槽口，将所述的传感光纤置于保护套管中，将所述的保护套管和传感光纤埋入所述的通孔或槽口中；
2)利用锂电池专用的密封胶，将所述的保护套管与所述的锂电池壳通孔或槽口内外粘合固定，防止内部电解液溢出；
3)通过传输光纤将所述的传感光纤与解调系统的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的锂电池传感光纤的埋入方法，其特征在于所述的保护套管是贯通锂电池两端的一根细管，既可为贯通锂电池中心的或偏离锂电池中心的一根细管，由不锈钢、陶瓷或有机材料制成，材料尽量保证电解液与保护套管、电池壳壁不会发生化学反应。
3.根据权利要求1所述的锂电池传感光纤的埋入方法，其特征在于所述的锂电池为纽扣电池、软包电池或圆柱型电池。
4.根据权利要求1所述的锂电池传感光纤的埋入方法，其特征在于所述的传感光纤包括光纤温度传感器、光纤应力/应变传感器、光纤振动传感器、光纤化学传感器，所述的光纤温度传感器包括以普通光栅、布里渊动态光栅为代表的点式光纤传感器、以光频域反射计、布里渊光时域反射计、DTS为代表的分布式
光纤传感器。
5.根据权利要求1所述的锂电池传感光纤的埋入方法，其特征在于所述的传输光纤主要采用单模/多模光纤感。
6.根据权利要求1至5任一项所述的锂电池传感光纤的埋入方法，其特征在于所述的解调系统是对用单模/多模光纤连接各分布式光纤传感器后得到的整条光纤链路信号进行复用，解调得到各传感器位置的温度、应力/应变等信息，实现分布式实时连续监测。
权 利 要 求 书1/1页CN 110690505 A
锂电池传感光纤的埋入方法
技术领域
[0001]本发明涉及锂电池，特别是一种锂电池传感光纤的埋入方法，该方法能够减少电解液对光纤传感器传感性能影响以及光纤埋入对锂电池长期工作性能影响的方法。
技术背景
[0002]受石油危机的影响，传统燃油车逐渐被电动汽车所取代。锂电池作为电动汽车的首选动力来源，其工作性能受温度影响较为严重，因此需对锂电池组的温度场进行热管理，保证电池组在安全温度范围内工作十分必要。
[0003]现阶段电池温度测试技术主要有热敏电阻、热电偶、约翰逊噪声测温、基于阻抗估计、热像仪等测温方式。这些测温方式都存在一定的缺陷，前三者主要测的是局部温度，通过阻抗角和阻抗模估计电池内部温度，主要是估计电池内部的大致整体温度，热像仪测温精度不高且主要反映的是电池表面温度，而利用分布式光纤测温方法在克服以上缺点的同时还具备更高的测温精度，并支持分布式单点及多点温度测量，故在电池测温领域具有巨大的市场前景。
[0004]由于电池生热主要来源于内部的电化学反应热、电热效应等，因此与外部检测相比，内部的温度变化检测对于电池健康状态的评估更具指导意义。由于电池内部存在的电解液(LiFP6)具有一定的腐蚀性，会对光纤涂覆层有一定的溶解，甚至会与光纤掺杂的微量Ge发生反应。根据之前的研究，将光纤置于电解液中浸泡较长时间后，置于显微镜下观察发现锂电池电解液对光纤涂覆层有一定溶解作用，电解液会影响光纤本身的物理尺寸，光纤表面缺陷在经电解液浸泡后也会发生一定程度的扩张。将光栅置于电解液浸泡后，取出经光谱仪测得的光谱特性与初始状态相比也有一定变化，但影响较小。另外，对置入裸光纤的电池进行性能测试后也发现裸光纤的简单埋入会使电池性能降低。为解决上述这几个问题，设计了几种光纤埋入电池的方法，埋入方式可分为裸光纤埋入与加钢管保护两种方式，并设计了开槽模
具来为钢管的布设提供便利。
发明内容
[0005]为了克服上述在先技术的缺点，本发明目的在于提供一种锂电池传感光纤的埋入方法，该方法利用一根单模传输光纤连接各光纤传感器来实现对多电池阵列进行实时分布式连续监测，以期突破目前光纤埋入易受到电解液(LiFP6)腐蚀性影响，测量环境不稳定，无法分布式测量锂电池内部温度场分布等瓶颈问题，本方法具有测量精度高、轻便灵活、拓展性高、复用性高、成本相对较低等优势，可根据不同研究需要在电池空间内布设相应位置的光纤传感器。
[0006]本发明的技术解决方案如下：
[0007]一种锂电池传感光纤的埋入方法，其特点在于该方法包括下列步骤：
[0008]1)在锂电池壳的下模具的两边设有通孔或槽口，将所述的传感光纤置于保护套管中，将所述的保护套管和传感光纤埋入所述的通孔或槽口中；
[0009]2)利用锂电池专用的密封胶，将所述的保护套管与所述的锂电池壳通孔或槽口内外粘合固定，防止内部电解液溢出；
[0010]3)通过传输光纤将所述的传感光纤与解调系统的输入端相连。
[0011]所述的保护套管是贯通锂电池两端的一根细管，既可为贯通锂电池中心的或偏离锂电池中心的一根细管，由不锈钢、陶瓷或有机材料制成，材料尽量保证电解液与保护套管、电池壳壁不会发生化学反应。
[0012]所述的锂电池为纽扣电池、软包电池或圆柱型电池。
[0013]所述的传感光纤包括光纤温度传感器、光纤应力/应变传感器、光纤振动传感器、光纤化学传感器，所述的光纤温度传感器包括以普通光栅、布里渊动态光栅为代表的点式光纤传感器、以光频域反射计、布里渊光时域反射计、DTS为代表的分布式光纤传感器。[0014]所述的传输光纤主要采用单模/多模光纤感。
[0015]所述的解调系统是对用单模/多模光纤连接各分布式光纤传感器后得到的整条光纤链路信号进行复用，解调得到各传感器位置的温度、应力/应变等信息，实现分布式实时连续监测。
[0016]本发明的方法具有如下的优点：
[0017]1、根据之前的研究，锂电池电解液对光纤涂覆层有一定溶解作用，会影响光纤本身的物理尺寸，对光栅光谱特性也有比较小的影响。对置入裸光纤的电池进行性能测试后也发现裸光纤的简单埋入会使电池性能降低。故该发明能避免光纤与锂电池电解液直接接触导致光纤涂覆层溶解或发生化学反应，影响光纤传感器的测温性能或锂电池后期工作性能。
[0018]2、区别于目前应用广泛的局部测温方法：点式温度传感器—热电偶、热敏电阻约翰逊噪声测温、阻抗估计等，该方法，在同样可以满足二十四小时无间断对工作中的电池上多点进行监测的需求基础上，还具备分布式监测的能力，并具有根据不同研究需要的灵活可拓展性，即光纤传感器埋入位置可以按具体需求调整布设位置。
[0019]3、本发明区别于利用热像仪，热电偶进行表面测温的方法，本方法将分布式光纤传感器埋入电池内部，具有测温精度更高，更能精确反映锂电池内外部各点温度的优点。[0020]4、本发明能利用一根单模传输光纤连接各光纤传感器来实现对多电池阵列进行实时分布式连续监测，具备轻便灵活，复用性高，成本相对较低的优势，可根据需要在电池空间内布设尽可能多的光纤传感器，满足后期锂电池汽车多电池组模块结构需在内部同时多点的物理量实时监测的应用需求。
附图说明
[0021]图1是本发明锂电池传感光纤的埋入方法实施例一(锂电池下壳体穿钢管后)的结构示意图；
[0022]图2是本发明锂电池按压式封装的结构示意图；
[0023]图3是本发明开槽下模具的结构示意图；
[0024]图4是本发明锂电池下壳体穿孔方案的结构示意图；
[0025]图5是本发明实施例二的系统结构示意图；
[0026]图6是本发明实施例三的系统结构示意图；
[0027]图7是本发明实施例四的系统结构示意图；
[0028]图8是本发明实施例五的系统结构示意图；
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不限于此。根据本发明的思想，可以采用若干实施方法。如下几种方案仅作为该发明思想的解释说明，具体方案不局限于此。
[0030]本发明锂电池传感光纤的埋入方法，其特点在于该方法包括下列步骤：[0031]1)在锂电池壳的下模具的两边设有通孔或槽口，将所述的传感光纤置于保护套管中，将所述的保护套管和传感光纤埋入所述的通孔或槽口中；
[0032]2)利用锂电池专用的密封胶，将所述的保护套管与所述的锂电池壳通孔或槽口内外粘合固定，防止内部电解液溢出；
[0033]3)通过传输光纤将所述的传感光纤与解调系统的输入端相连。
[0034]实施例一
[0035]实施例一如图1所示，将分布式光纤传感器穿入保护套管1-2后整体穿过靠近下电池壳体底部的两个通孔，利用传感光纤1-3连接各锂电池内的光纤传感器并接到解调系统主机1-4，其对分布式光纤传感器布设位置(在布入锂电池1-1内的保护套管1-2内任一位置，可通过系统定标确定具体位置)实时的温度信号的解调与检测。后期也可根据具体需求灵活布设应力/应变，振动，特制光纤化学传感器等对除温度外的电池其他性能进行监测。[0036]锂电池按压式封装结构请参阅图2，图2是本发明锂电池按压式封装的结构示意图，由图可见，本发明锂电池封装，包括：调节旋钮2-1、支架2-2、上模具2-3、下模具2-4、支座2-5、基座2-6。
[0037]所述的调节旋钮2-1是一个通过两螺母固定在所述支架2-2上的一个滑动螺杆结构，内部通过螺纹传动，该旋钮可通过电机自动调节，进行按压式封装。
[0038]所述的上模具2-3与下模具2-4都是一个内端面为槽型的结构，能设计成容纳不同锂电池壳形状来进行锂电池封装。
[0039]所述的支座2-5对下模具起支撑作用，同时也能对模具位置进行微调，从而适应不同锂电池封装的需求。
[0040]所述的基座2-6包含整台仪器的驱动电机、实时压力的LED显示，压力调节旋钮电源开关等，根据封装要求不同，能方便调节施加于锂电池壳上的压力大小。
[0041]如图3所示(以纽扣电池为例)，开槽下模具包括：内槽表面3-1，贯穿直径方向的两个槽口3-2。针对特制锂电池壳穿孔加保护套管或传感光纤的需求，而由于锂电池封装为按压式封装，是将电池壳上盖压入下部电池壳圆槽内从而密封封装成型的过程。因此对底部的加工模具进行了加工改造，原本只是与下电池壳体大小吻合的圆槽，现经加工，在贯穿直径方向对该模具边缘进行开了两个矩形槽口3-2，开槽深度直至与内槽的表面平齐，便于后期所述的钢管或传输光纤的埋入。
[0042]如图4所示(以纽扣电池为例)，锂电池下壳体穿孔后包括：贯穿直径方向的两个通孔4-1，下电池不锈钢壳体4-2。通过所述的两个通孔4-1，可方便后期将保护套管、分布式光纤传感器、传输光纤的埋入。
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