專利名稱：鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001 ] 本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置。
技術(shù)背景[0002]鋰離子電池由于工作電壓高、功率密度和能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用已經(jīng)從信息產(chǎn)品擴(kuò)展到能源交通和國防軍事領(lǐng)域，具體應(yīng)用如從移動(dòng)電話、掌上電腦、筆記本等，到電動(dòng)汽車、電網(wǎng)調(diào)峰、太陽能、風(fēng)能蓄電站等，軍用則涵蓋了潛艇、水下機(jī)器人、陸軍士兵系統(tǒng)、機(jī)器戰(zhàn)士、無人飛機(jī)、衛(wèi)星、飛船等。[0003]但是鋰離子電池在應(yīng)用中潛在的安全溫度，尤其是動(dòng)力用鋰離子電池組，已經(jīng)成為制約其發(fā)展的一個(gè)瓶頸。鋰離子電池具有較高的能量密度，在充放電過程中，伴隨著多種化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)傳輸過程，有些反應(yīng)在開路的情況下仍然進(jìn)行，這些過程會(huì)造成熱量的產(chǎn)生，這些產(chǎn)生的熱量不能完全散失到環(huán)境中就會(huì)引起電池內(nèi)部熱量的積累。如果熱量的積累造成電池內(nèi)部的高溫點(diǎn)，就有可能引發(fā)電池的熱失控。因此，溫度對(duì)鋰離子電池的各方面性能都有影響，包括電化學(xué)系統(tǒng)的工作狀況、循環(huán)效率、容量、功率、安全性、可靠性、 一致性和壽命等。電池的設(shè)計(jì)，如單體設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，對(duì)于電池溫度都有著重要影響。鋰離子電池溫度測(cè)量是研究鋰離子電池溫度分布和變化的重要手段，可以輔助電池單體設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)以及熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。[0004]由于鋰離子電池內(nèi)部中心溫度不容易測(cè)量，此前多是在實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得不同時(shí)間電池在放電時(shí)的表面溫度，由三維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題反求出電池中心溫度，這種推出的中心溫度不能準(zhǔn)確反應(yīng)出鋰離子電池內(nèi)部中心溫度的狀況。傳統(tǒng)的熱電偶測(cè)溫方式，因?yàn)榇嬖跍y(cè)量精度低、測(cè)量不穩(wěn)定、帶電測(cè)量不安全和測(cè)量探頭體積大等缺點(diǎn)，不能有效安全的測(cè)量鋰離子電池的內(nèi)部實(shí)時(shí)溫度。發(fā)明內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置，具體是提供一種基于熒光壽命檢測(cè)溫度的方法和熒光光纖溫度測(cè)量裝置。[0006]本實(shí)用新型要解決的是現(xiàn)有測(cè)量裝置不能有效安全的測(cè)量鋰離子電池的內(nèi)部實(shí)時(shí)溫度，且測(cè)量的結(jié)果不能準(zhǔn)確反應(yīng)出鋰離子電池內(nèi)部中心溫度的問題。[0007]本實(shí)用新型的測(cè)溫原理是基于稀土熒光物質(zhì)的材料特性實(shí)現(xiàn)的，某些稀土熒光物質(zhì)受紫外線照射并激發(fā)后，在可見光譜中發(fā)射線狀光譜，即熒光及其余輝(余輝為激勵(lì)停止后的發(fā)光)。熒光余輝的衰變時(shí)間常數(shù)是溫度的單值函數(shù)，通常溫度越高，時(shí)間常數(shù)越小。 只要測(cè)得時(shí)間常數(shù)的值，就可以求出溫度。應(yīng)用這種方法測(cè)溫的最大優(yōu)點(diǎn)，就是被測(cè)溫度只取決于熒光材料的時(shí)間常數(shù)，而與系統(tǒng)的其他變量無關(guān)，例如光源強(qiáng)度的變化、傳輸效率、 耦合程度的變化等都不影響測(cè)量結(jié)果，較光強(qiáng)測(cè)溫法和波長(zhǎng)解調(diào)法原理上有明顯優(yōu)勢(shì)。[0008]本實(shí)用新型所述的鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置，包括箱體，箱體內(nèi)設(shè)有熒光激發(fā)光源、光源驅(qū)動(dòng)電路、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號(hào)探測(cè)及處理系統(tǒng)，箱體上設(shè)有熒光光纖測(cè)溫探頭和顯示系統(tǒng)。[0009]所述的光源驅(qū)動(dòng)電路用于產(chǎn)生周期性電脈沖來驅(qū)動(dòng)LED光源，使其產(chǎn)生相應(yīng)的激勵(lì)脈沖光波，該光源驅(qū)動(dòng)電路由單片機(jī)控制。[0010]所述的光路耦合系統(tǒng)包括濾波片、耦合透鏡和結(jié)構(gòu)件，濾波片和耦合透鏡固定在結(jié)構(gòu)件上，結(jié)構(gòu)件固定在箱體內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)光路耦合要求的精確定位。[0011]所述的熒光光纖測(cè)溫探頭采用細(xì)芯徑耐腐蝕熒光光纖。[0012]本實(shí)用新型的測(cè)量裝置的優(yōu)點(diǎn)[0013]1)本實(shí)用新型測(cè)量范圍大，可實(shí)現(xiàn)溫度-50 350°C溫度范圍的測(cè)量，測(cè)量精度高，可實(shí)現(xiàn)精度高于士0.5°C ；[0014]2)本實(shí)用新型測(cè)量裝置用的測(cè)溫探頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理，制造成本低；[0015]3)本實(shí)用新型測(cè)溫探頭尺寸小，柔韌性好，耐高溫，可實(shí)現(xiàn)探頭直徑0. 1mm，彎曲半徑最小到5mm以下，不同測(cè)溫探頭和不同信號(hào)檢測(cè)模塊均可以互換，測(cè)溫探頭和信號(hào)檢測(cè)模塊替換后不需要校正，測(cè)溫探頭無金屬材料，具有完全的電絕緣性，不受高壓、強(qiáng)電磁場(chǎng)的影響，抗化學(xué)腐蝕和無污染；[0016]在重復(fù)的熱循環(huán)下，測(cè)溫探頭的材料和結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，測(cè)溫探頭的性能對(duì)光信號(hào)的變化不敏感，使用壽命長(zhǎng)。[0017]本實(shí)用新型對(duì)鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量方法為[0018]在制作鋰離子電池時(shí)，將多根熒光光纖測(cè)溫探頭按照一定分布埋入電池內(nèi)部。[0019]在鋰離子電池封裝時(shí)，將多根熒光光纖測(cè)溫探頭的另一端剪斷，保持和電池封裝結(jié)構(gòu)外表面平齊；對(duì)多根熒光光纖測(cè)溫探頭裸露的電池一端進(jìn)行適當(dāng)?shù)难心伖馓幚?。[0020]根據(jù)多個(gè)熒光光纖測(cè)溫探頭的排列分布，制作一個(gè)完全對(duì)應(yīng)的多根光纖探頭裝置，此多根光纖探頭裝置一端固定在已有夾具中，光纖端面研磨拋光處理，多根光纖探頭另一端均進(jìn)行研磨拋光處理，分別連接到鋰離子電池內(nèi)部溫度多點(diǎn)測(cè)量裝置接口端。[0021]測(cè)溫時(shí)，將多根光纖探頭裝置中的多根裸露光纖對(duì)準(zhǔn)鋰離子電池表面裸露的多根光纖，即可測(cè)得每一路埋入鋰離子電池內(nèi)部的測(cè)溫探頭反射的熒光信號(hào)，通過信號(hào)解調(diào)處理裝置，讀出每路測(cè)溫探頭感應(yīng)的溫度。[0022]本實(shí)用新型測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是[0023]可以對(duì)鋰離子電池內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)、高精度、多點(diǎn)探測(cè)，可以直接獲得鋰離子電池內(nèi)部溫度場(chǎng)的三維分布，從而更科學(xué)有效的建立鋰離子電池內(nèi)部溫度場(chǎng)的三維模型。


[0024]圖1是基于熒光壽命檢測(cè)的光纖溫度測(cè)量裝置組成示意圖。[0025]圖2是熒光光纖測(cè)溫探頭示意圖。[0026]圖3是鋰離子電池內(nèi)部溫度單點(diǎn)測(cè)量裝置組成示意圖。[0027]圖4是鋰離子電池內(nèi)部溫度三點(diǎn)測(cè)量裝置組成示意圖。[0028]圖5是鋰離子電池內(nèi)部溫度六點(diǎn)測(cè)量裝置組成示意圖。[0029]圖6是鋰離子電池內(nèi)部溫度多點(diǎn)三維測(cè)量裝置組成示意圖。[0030]上述附圖標(biāo)號(hào)說明如下[0031]1-光纖探頭，2-光纖，3、4、9_聚焦耦合透鏡，5-LED，6_溫度值顯示器(即顯示部分)，7-電子電路部分，8-熒光信號(hào)探測(cè)及處理系統(tǒng)，10-濾波片，11-箱體，12-涂覆層， 13-包層，14-熒光材料，15-防腐蝕保護(hù)層，16-纖芯，17-銅套管，18-密封圈，19-結(jié)構(gòu)件， 20-開關(guān)，21-鋰電池。
具體實(shí)施方式
[0032]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明。[0033]如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型的一種鋰離子電池22內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置， 包括箱體11，其箱體11內(nèi)設(shè)有熒光激發(fā)光源5、光源驅(qū)動(dòng)電路7、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號(hào)探測(cè)及處理系統(tǒng)，箱體上設(shè)有熒光光纖測(cè)溫探頭1和顯示系統(tǒng)。[0034]所述的熒光激發(fā)光源5采用波長(zhǎng)為470nm的發(fā)光二極管(LED)。[0035]所述的光源驅(qū)動(dòng)電路7用于產(chǎn)生周期性電脈沖來驅(qū)動(dòng)LED光源，使其產(chǎn)生相應(yīng)的激勵(lì)脈沖光波，該光源驅(qū)動(dòng)電路7由單片機(jī)控制。[0036]所述的光路耦合系統(tǒng)包括濾波片10、三塊耦合透鏡，分別為耦合透鏡3、耦合透鏡 4、耦合透鏡9和結(jié)構(gòu)件19，濾波片10對(duì)470nm波長(zhǎng)的光反射，對(duì)510nm附近波長(zhǎng)的光透射， 耦合透鏡采用非球面透鏡、球透鏡、自聚焦透鏡、塑料透鏡中的至少一種，濾波片20和耦合透鏡固定在結(jié)構(gòu)件19上，結(jié)構(gòu)件19固定在箱體內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)光路耦合要求的精確定位。[0037]所述的熒光光纖測(cè)溫探頭1采用細(xì)芯徑耐腐蝕熒光光纖，該光纖探頭部分摻雜熒光物質(zhì)14，光纖外側(cè)鍍有抗氫氟酸腐蝕的金屬材料，如鎳或銅。[0038]光纖外徑可細(xì)至0. 1謹(jǐn)。[0039]所述的顯示系統(tǒng)包括液晶顯示屏20或光電二極管顯示屏或其它數(shù)碼管顯示屏、 顯示處理電路，實(shí)時(shí)顯示測(cè)試溫度。液晶顯示屏20和顯示處理電路連接。[0040]本實(shí)用新型對(duì)鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量方法為[0041]在制作鋰離子電池22時(shí)，將多根熒光光纖測(cè)溫探頭1按照一定分布埋入電池內(nèi)部。[0042]在鋰離子電池封裝時(shí)，將多根熒光光纖測(cè)溫探頭的另一端剪斷，保持和電池封裝結(jié)構(gòu)外表面平齊；對(duì)多根熒光光纖測(cè)溫探頭裸露的電池一端進(jìn)行適當(dāng)?shù)难心伖馓幚怼0043]根據(jù)多個(gè)熒光光纖測(cè)溫探頭的排列分布，制作一個(gè)完全對(duì)應(yīng)的多根光纖探頭裝置，此多根光纖探頭裝置一端固定在已有夾具中，光纖端面研磨拋光處理，多根光纖探頭另一端均進(jìn)行研磨拋光處理，分別連接到鋰離子電池內(nèi)部溫度多點(diǎn)測(cè)量裝置的接口端。[0044]測(cè)溫時(shí)，將多根光纖探頭裝置中的多根裸露光纖對(duì)準(zhǔn)鋰離子電池表面裸露的多根光纖，即可測(cè)得每一路埋入鋰離子電池內(nèi)部的測(cè)溫探頭反射的熒光信號(hào)，通過信號(hào)解調(diào)處理裝置，讀出每路測(cè)溫探頭感應(yīng)的溫度。[0045]如圖2所示，本測(cè)量裝置的傳感探頭具有抗電解液腐蝕的作用。測(cè)量時(shí)光纖探頭在熒光材料涂于光纖端頭以后，用金屬銅毛細(xì)管對(duì)其進(jìn)行封裝。采用這樣的處理方式可以避免電解液對(duì)光纖以及熒光材料的腐蝕，使得整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；[0046]本實(shí)用新型可以對(duì)鋰離子電池內(nèi)部溫度進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量或三點(diǎn)、或六點(diǎn)或多點(diǎn)的測(cè)量。[0047]鋰離子電池內(nèi)部溫度單點(diǎn)測(cè)量裝置如圖3所示。測(cè)量前先把光纖探頭1根據(jù)測(cè)量需要埋入鋰離子電池22內(nèi)部，電池22表面與銅套管17通過密封圈18密封。光纖探頭15說明書4/4頁探測(cè)到溫度的變化經(jīng)由光纖12傳至溫度傳感器處理并由顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示。[0048]本實(shí)用新型三通道、六通道及多通道鋰電池內(nèi)部溫度測(cè)量裝置，具體參見圖4、圖 5、和圖6。[0049]本實(shí)用新型探頭尺寸微小、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍大、響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，抗腐蝕、抗電磁干擾能力強(qiáng)，很好地解決了其它測(cè)量方法在測(cè)量時(shí)引入誤差、靈敏度和穩(wěn)定性差等問題。[0050]本實(shí)用新型可以對(duì)鋰離子電池11內(nèi)部溫度進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量或三點(diǎn)、或六點(diǎn)或多點(diǎn)的測(cè)量。
權(quán)利要求1.一種鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置，包括箱體，其特征在于箱體內(nèi)設(shè)有熒光激發(fā)光源、光源驅(qū)動(dòng)電路、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號(hào)探測(cè)及處理系統(tǒng)，箱體上設(shè)有熒光光纖測(cè)溫探頭和顯示系統(tǒng)；所述的光路耦合系統(tǒng)包括濾波片、耦合透鏡和結(jié)構(gòu)件，濾波片和耦合透鏡固定在結(jié)構(gòu)件上，結(jié)構(gòu)件固定在箱體內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)光路耦合要求的精確定位；所述的熒光光纖測(cè)溫探頭采用細(xì)芯徑耐腐蝕熒光光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置，其特征在于所述的熒光激發(fā)光源采用波長(zhǎng)為470nm的發(fā)光二極管LED。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置，其特征在于濾波片對(duì) 470nm波長(zhǎng)的光反射，對(duì)510nm附近波長(zhǎng)的光透射，耦合透鏡采用非球面透鏡、球透鏡、自聚焦透鏡、塑料透鏡中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置，其特征在于該光纖探頭部分摻雜熒光物質(zhì)，光纖外側(cè)鍍有抗氫氟酸腐蝕的金屬材料，如鎳或銅；光纖外徑可細(xì)至 0. Imm0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置，其特征在于所述的顯示系統(tǒng)包括液晶顯示屏或光電二極管顯示屏或其它數(shù)碼管顯示屏、顯示處理電路，液晶顯示屏和顯示處理電路連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋰離子電池內(nèi)部溫度的測(cè)量裝置，包括設(shè)于箱體內(nèi)熒光激發(fā)光源、光源驅(qū)動(dòng)電路、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號(hào)探測(cè)及處理系統(tǒng)，箱體上設(shè)有熒光光纖測(cè)溫探頭和顯示系統(tǒng)。用本實(shí)用新型測(cè)溫時(shí)，將多根光纖探頭裝置中的多根裸露光纖對(duì)準(zhǔn)鋰離子電池表面裸露的多根光纖，即可測(cè)得每一路埋入鋰離子電池內(nèi)部的測(cè)溫探頭反射的熒光信號(hào)，通過信號(hào)解調(diào)處理裝置，讀出每路測(cè)溫探頭感應(yīng)的溫度。
文檔編號(hào)G01K11/32GK202255682SQ201020589879
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者何亮明, 劉蘭書, 張文松, 杜翀 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院嘉興無線傳感網(wǎng)工程中心, 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所