铿离子电池测温-锂电池组荧光光纤温度监测方案

铿离子电池为什么要进行温度监测

由于具备工作电压、功率密度和能量密度高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染等优点,在潜艇、无人机与单兵侦察等军用系统中有很好的应用前景。温度对铿离子电池各方面的性能都有影响,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,进而可能影响到整个系统的性能、可靠性、安全性和寿命。因此对铿离子电池温度的测量就显得非常重要。目前,铿离子电池测温技术主要可以应用于以下两个领域。首先铿离子电池内部、表面温度的测定可以用来验证锉离子电池的相关热模型,以利于辅助电池单体设计与模块设计;其次铿离子电池测温技术可以应用于铿离子电池管理系统中,当发现电池温度超过安全闽值等变化异常时,切断外部电路,及时发送报警信号以避免危险的发生。

电池热电偶温度监测,电池红外测温法,荧光光纤电池测温

当前常用的温度测量方法包括热电偶和红外成像。热电偶测温技术成熟,使用历史长,商品种类多,是锉离子电池研究领域中最常用的点温度测量手段;随着集成电路的发展与成本的降低,红外成像技术也变得越来越普及,尤其在面测温中占据了主导地位。但是上述两种方法在铿离子电池研究与应用领域都有其明显的不足。热电偶需要使用金属线,容易产生短路危险,而且使用的金属材质往往非常硬,给安装和使用带来了很多的不便;红外成像技术使用物体发射的红外信号进行测量,容易受到气流干扰,精度不够,只能粗糙测量物体表面的温度,而且使用时还需要针对不同被测物体发射率做校正,后续数据处理工作繁杂。为了克服上述不足,提出应用荧光光纤测温技术,实现锉离子电池温度的精确、快速与安全测量。

锂电池温度监测

锂电池具有电压高、比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点,不仅在便携式电子设备上(如移动电话、数码摄像机和手提电脑)得到广泛应用,而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面,因此对锂离子电池的性能要求越来越高。锂电池的内部结构是由正负电极片和隔膜组成,电池在使用过程中会产生大量的热量,影响其电池的循环寿命和安全,尤其是对大容量电池的影响较大,实时监测锂电池内部温度变化情况能最直接有效判断电池健康状况。在现有技术中都是通过在电芯的极耳处或者电芯与电芯之间、电芯和外壳之间设置温度传感器来监测电池温度的变化情况,然而这与电芯的发热源的温度变化真实情况会存在一些滞后。新型的锂电池测温温度传感器的已为急需。

荧光光纤温度传感器测温原理

荧光光纤温度传感器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。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。这种方法的最大优点在于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、祸合程度的变化等都不影响测量结果。在常温范围内,一般传感器只能采用接触式的测量方式,而荧光光纤温度传感器既可以采用接触式的测量方式,也可以采用非接触式方式,并可远距离传输,使传感器的光电器件脱离测温现场,避开恶劣环境。

电池光纤测温-电池温度测量监测使用荧光光纤测温

由于荧光光纤测温仪采用微小探头,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。荧光光纤温度传感器不仅限于物体表面的定向测量,其探头还可以插入固体物质中、浸入液体中或导入设备中,到达特定区域。温度是铿离子电池的重要参数,在电池设计与电池管理中有广泛的应用。应用荧光光纤技术测量锉离子电池的内部与表面温度。与传统热电偶等方法相比,该方法避免了电磁干扰对测量性能的影响,同时由于光纤探头的电惰性,减少了内部测温时传感器部件对电池运行的干扰。光纤探头小巧,精度高,而且在电解液环境中耐腐蚀,可以实现内部多点快速测温,满足了电池温度监测的需求。

锂电池光纤测温系统

锂电池包括电芯和外壳,电芯设置在外壳内,电芯包括正极片、负极片及隔膜,荧光光纤温度传感器安装方式灵活简单。荧光光纤温度传感器测温技术是一种新型的测温技术,是基于荧光光纤测温原理集成的测温系统,将荧光分析技术与光纤传感技术结合,不但尺寸微小而且灵敏度高。

锂电池测温

 

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