一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统及测温方法与流程

1.本发明涉及分布式光纤测温技术领域，具体涉及一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统及测温方法。

背景技术：

2.化学电池健康状态主要包括其电学性能和热力学特性的持续变化情况。很多锂电池的内部过程都与电池温升相关，因此电池温度作为电池健康状态的重要指标。
3.在实际应用中电池往往通过串并联满足应用对电池模组的电压和容量需求，而电池间的接触电阻可能导致电池单体承受不均匀的电流，进而导致温度升高，并最终影响整个电池包的容量和寿命。特别是单体电池热失控可能会在模组间引起蔓延，发生异常变化的早期能够发现并及时控制其运行状态，减少电池故障，甚至是事故的发生。
4.光纤传感具有不受电磁干扰、传输距离远、易于组成分布式传感网络等一系列独特优点，分布式光纤温度测量系统以光纤后向散射原理为基础，实现全光纤通路的准连续温度信息获取。但分布式光纤测温的准确度和响应时间对光纤的接触长度有要求，电池电芯触点很小，尤其是级联储能电池，光纤直接接触无法准确及时获得温度值。而光纤光栅温度传感器相对较大，无法布置在电池处，成本也相对比较高。因此，需要作出改进。

技术实现要素：

5.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统及测温方法。
6.第一方面，提供一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统，包括：感温光纤，敷设在级联储能电池模块上；测温模块，与感温光纤连接，用于向感温光纤发射激光，并接收感温光纤反射回的激光信号；数据处理模块，与测温模块连接，用于对反射回的激光信号进行处理，得到感温光纤各点位的温度数据；其中，所述级联储能电池模块包括电池插箱，电池插箱内插设多个电池，每个电池的正极通过导电板与另一块电池的负电极连接；所述感温光纤盘绕在每个导电板表面，在导电板表面形成第一盘绕结构。
7.根据本技术实施例提供的技术方案，所述第一盘绕结构为环形盘绕结构；每个环形盘绕结构的感温光纤长度不小于1米，环数不小于3圈，直径不小于50毫米。
8.根据本技术实施例提供的技术方案，每个第一盘绕结构之间的感温光纤的长度不小于4米。
9.根据本技术实施例提供的技术方案，每个第一盘绕结构之间的感温光纤也采用盘绕的方式，形成第二盘绕结构。
10.根据本技术实施例提供的技术方案，还包括报警模块，所述报警模块与数据处理模块连接；当数据处理模块监测的温度数据超过预设阈值，向报警模块发送报警信号。
11.根据本技术实施例提供的技术方案，所述感温光纤为多模光纤。
12.第二方面，提供一种用于级联储能电池的分布式光纤测温方法，采用前文所述的
测温系统实现，包括如下步骤：
13.敷设感温光纤于级联储能电池模块上；
14.对每个第一盘绕结构的位置进行标定，标定位置的温度对应电池电极的温度；
15.向感温光纤发射激光，并接收感温光纤反射回的激光信号；
16.对反射回的激光信号进行处理，得到感温光纤各点位的温度数据，进而得到标定位置即电池电极的温度数据。
17.根据本技术实施例提供的技术方案，对每个第一盘绕结构的位置进行标定包括如下步骤：
18.确定第一盘绕结构和第二盘绕结构的光纤长度；
19.每个第一盘绕结构长度对应的光纤位置为电池电极的测温区域，对每个测温区域，对每个测温区域进行标定；
20.每个标定测温区域与电池电极测温点对应；
21.获得每个测温区域的温度数据，则得到对应的电池电极的温度数据。
22.根据本技术实施例提供的技术方案，测温方法还包括如下步骤：对获得的每个电池电极的温度数据进行监测；
23.若温度数据超过预设阈值，则判断对应的电池电极温度异常，并发出报警信号。
24.本发明的有益效果：
25.级联储能电池的电池插箱内有多个电池，电池间紧密排布。采用分布式光纤直接敷设，存在温度测量不精准的问题；而采用光纤光栅温度传感器，布置复杂并且成本非常高。插箱内每两个电池正极和负极通过导电板连接，本发明将分布式光纤敷设在导电板上同样测得电池电极温度。避免了由于电极接触点面积很小，直接敷设光纤，则光纤与电极触点可接触的长度小于10厘米，影响光纤感温的测量准确度的问题。感温光纤在电池电极盘绕敷设的方式，满足了分布式光纤的空间分辨率的要求，可以快速、准确地获得温度值。同时，本发明将感温光纤缠绕形成盘绕结构敷设布置在各电芯触点处，利用光纤的物理特性，实现复杂电磁环境下的接触式柔性布局的温度分布测量。
附图说明
26.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
27.图1为本发明所述的分布式光纤测温系统结构示意图。
28.附图标记说明：
29.1、数据处理模块；
30.2、测温模块；
31.3、感温光纤；31、第一盘绕结构；32、第二盘绕结构；
32.4、级联储能电池模块；41、电池；42、导电板。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了
便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
35.实施例一
36.一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统，包括：感温光纤3，敷设在级联储能电池模块4上；测温模块2，与感温光纤3连接，用于向感温光纤3发射激光，并接收感温光纤3反射回的激光信号；数据处理模块1，与测温模块2连接，用于对反射回的激光信号进行处理，得到感温光纤3各点位的温度数据；其中，所述级联储能电池模块4包括电池插箱，电池插箱内插设多个电池41，每个电池41的正极通过导电板42与另一块电池41的负电极连接；所述感温光纤3盘绕在每个导电板42表面，在导电板42表面形成第一盘绕结构31。
37.请具体地参考附图1所示，所述测温模块2一般为测温主机，具体地为分布式光纤测温主机，支持多区域设置温度阈值。
38.所述数据处理模块1一般为上位机或者计算机，与所述测温模块2通过usb接口连接。
39.所述级联储能电池模块，一般为级联储能电池，具有电池插箱，电池插箱内设有多个电池。位于端部的电池正极端或者负极端设有导电板，每两个电池的正极和负极之间也通过导电板连接。通过测量导电板的温度实现测量电池电极的温度，进而实现对电池温度的监测。
40.第一盘绕结构31位于两个电池中间的导电板42处，可以理解的是同时监测的是两块电池的温度。
41.一个级联储能电池的插箱41内有多组电池，电池间紧密排布。采用分布式光纤直接敷设，存在温度测量不精准的问题；而采用光纤光栅温度传感器，布置复杂并且成本非常高。插箱41内每两个电池正极和负极通过导电板连接，本发明将分布式光纤敷设在导电板上同样测得电池电极温度。电极接触点面积很小，直接敷设光纤，则光纤与电极触点可接触的长度小于10厘米，影响光纤感温的测量准确度。感温光纤3在电池电极盘绕敷设的方式，满足了分布式光纤的空间分辨率的要求，可以快速、准确地获得温度值。同时，本发明将感温光纤3缠绕形成盘绕结构敷设布置在各电芯触点处，利用光纤的物理特性，实现复杂电磁环境下的接触式柔性布局的温度分布测量。
42.在本发明一实施例中，所述第一盘绕结构31为环形盘绕结构；每个环形盘绕结构的感温光纤3长度不小于1米，环数不小于3圈，直径不小于50毫米。
43.具体地，经过试验测试，测试电池电极温度的光纤长度不小于1米，直径不小于50毫米时，测得温度的准确度误差小于
±
1％，重复性误差小于
±
1％。
44.在本发明一实施例中，每个第一盘绕结构31之间的感温光纤3的长度不小于4米。
45.具体地，分布式光纤感温有一定的空间分辨率要求，每两个第一盘绕结构31之间也即两个测温点间的距离不小于4米，避免前后两个测温点间的温度干扰。
46.在本发明一实施例中，每个第一盘绕结构31之间的感温光纤3也采用盘绕的方式，形成第二盘绕结构32。
47.具体地，插箱41内空间有限，每个第一盘绕结构31之间也采用缠绕圆环的方式，当然也可以缠绕成椭圆环，可以节省空间。
48.在本发明一实施例中，还包括报警模块，所述报警模块与数据处理模块1连接；当数据处理模块1监测的温度数据超过预设阈值，向报警模块发送报警信号。
49.具体地，电池充放电过程中，电极触点处温度升温过快或者超过警戒温度，及时报警。工作人员根据标定的测温区域快速到相应的电池电极，也即发现问题电池，及时进行处理。
50.在本发明一实施例中，所述感温光纤3为多模光纤。
51.具体地，多模光纤容许不同模式的光于一根光纤上传输，便于对温度数值进行测量。
52.实施例二
53.一种用于级联储能电池的分布式光纤测温方法，采用前文所述的测温系统实现，包括如下步骤：
54.敷设感温光纤3于级联储能电池上；
55.对每个第一盘绕结构31的位置进行标定，标定位置的温度对应电池电极的温度；
56.向感温光纤3发射激光，并接收感温光纤3反射回的激光信号；
57.对反射回的激光信号进行处理，得到感温光纤3各点位的温度数据，进而得到标定位置即电池电极的温度数据。
58.具体地，测温模块2中设有激光光源，激光光源向感温光纤3中发射激光，激光与光纤分子相互作用，产生极其微弱的背向散射光，产生瑞利光、反斯托克斯光和斯托克斯光；其中反斯托克斯光温度敏感，为信号光；斯托克斯光温度不敏感，为参考光。从背向散射的信号光隔离瑞利光散射光，透过温度敏感的反斯托克斯信号光和温度不敏感的斯托克斯参考光，并且由同一测量通道接收，根据两者的光强比值可计算得出测温温度。而测温位置的确定是基于光时域反射技术，利用高速数据采集测量散射信号的回波时间即可确定散射信号所对应的感温光缆的测温位置。
59.本技术中，级联储能电池模块4中级联储能电池数量多、空间小，而本技术采用分布式光纤占用空间小，将感温光纤3敷设在电池电极处，确定光纤位置，也即能获得对应电极的温度，进而实现对温度的监测；采用一根光纤准确连续感温，光纤盘绕敷设在电极触点处，增大光纤的接触面积和长度，实时、准确、快速监测到插箱内所有电池电极触点处的温度变化。
60.在本发明一实施例中，对每个第一盘绕结构31的位置进行标定包括如下步骤：
61.确定第一盘绕结构31和第二盘绕结构32的光纤长度；
62.每个第一盘绕结构31长度对应的光纤位置为电池电极的测温区域，对每个测温区域标定；
63.每个标定测温区域与电池电极测温点对应；
64.获得每个标定测温区域的温度数据，则得到对应的电池电极的温度数据。
65.具体地，当确定了第一盘绕结构31和第二盘绕结构32的光纤长度，每个测温区域采用确定长度的光纤进行敷设。则可以根据此光纤长度依次获得测温区域所处的光纤位置，对此光纤位置进行标定为测温区域，将每个测温区域与电池电极进行对应，在温度监测过程中即可直接获得相应的电池电极的温度。
66.在本发明一实施例中，测温方法还包括如下步骤：
67.对获得的每个电池电极的温度数据进行监测；
68.若温度数据超过预设阈值，则判断对应的电池电极温度异常，并发出报警信号。
69.具体地，电池充放电过程中，电极触点处温度升温过快或者超过警戒温度，及时报警。工作人员根据标定的测温区域快速到相应的电池电极，也即发现问题电池，及时进行处理。
70.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

技术特征：

1.一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统，其特征在于，包括：感温光纤(3)，敷设在级联储能电池模块(4)上；测温模块(2)，与感温光纤(3)连接，用于向感温光纤(3)发射激光，并接收感温光纤(3)反射回的激光信号；数据处理模块(1)，与测温模块(2)连接，用于对反射回的激光信号进行处理，得到感温光纤(3)各点位的温度数据；其中，所述级联储能电池模块(4)包括电池插箱，电池插箱内插设多个电池(41)，每个电池(41)的正极通过导电板(42)与另一块电池(41)的负电极连接；所述感温光纤(3)盘绕在每个导电板(42)处，在导电板(42)表面形成第一盘绕结构(31)。2.根据权利要求1所述的一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统，其特征在于，所述第一盘绕结构(31)为环形盘绕结构；每个环形盘绕结构的感温光纤(3)的长度不小于1米，环数不小于3圈，直径不小于50毫米。3.根据权利要求1所述的一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统，其特征在于，每个第一盘绕结构(31)之间的感温光纤(3)的长度不小于4米。4.根据权利要求1所述的一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统，其特征在于，每个第一盘绕结构(31)之间的感温光纤(3)也采用盘绕的方式，形成第二盘绕结构(32)。5.根据权利要求1所述的一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块与数据处理模块(1)连接；当数据处理模块(1)监测的温度数据超过预设阈值，向报警模块发送报警信号。6.根据权利要求1所述的一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统，其特征在于，所述感温光纤(3)为多模光纤。7.一种用于级联储能电池的分布式光纤测温方法，其特征在于，采用权利要求1-6所述的测温系统实现，包括如下步骤：敷设感温光纤(3)于级联储能电池模块上；对每个第一盘绕结构(31)的位置进行标定，标定位置的温度对应电池电极的温度；向感温光纤(3)发射激光，并接收感温光纤(3)反射回的激光信号；对反射回的激光信号进行处理，得到感温光纤(3)各点位的温度数据，进而得到标定位置即电池电极的温度数据。8.根据权利要求7所述的一种用于级联储能电池的分布式光纤测温方法，其特征在于，对每个第一盘绕结构(31)的位置进行标定包括如下步骤：确定第一盘绕结构(31)和第二盘绕结构(32)的光纤长度；每个第一盘绕结构(31)长度对应的光纤位置为电池电极的测温区域，对每个测温区域标定；每个标定测温区域与电池电极测温点对应；获得每个标定测温区域的温度数据，则得到对应的电池电极的温度数据。9.根据权利要求7所述的一种用于级联储能电池的分布式光纤测温方法，其特征在于，还包括如下步骤：对获得的每个电池电极的温度数据进行监测；
若温度数据超过预设阈值，则判断对应的电池电极温度异常，并发出报警信号。

技术总结

本发明提供一种用于级联储能电池的分布式光纤测温系统及测温方法，包括：感温光纤，敷设在级联储能电池模块上；测温模块，与感温光纤连接，用于向感温光纤发射激光，并接收感温光纤反射回的激光信号；数据处理模块，与测温模块连接，用于对反射回的激光信号进行处理，得到感温光纤各点位的温度数据；其中，所述级联储能电池模块包括电池插箱，插箱内插设多个电池，每个电池的正极通过导电板与另一块电池的负电极连接；所述感温光纤盘绕在每个导电板表面，在导电板表面形成第一盘绕结构；测温方法采用上述测温系统实现。感温光纤在电池电极盘绕敷设的方式，利用光纤的物理特性，实现复杂电磁环境下的接触式柔性布局的温度分布测量。量。量。