專利名稱：鋰離子電池內部溫度的測量裝置的制作方法
技術領域：
鋰離子電池內部溫度的測量裝置技術領域[0001 ] 本實用新型屬于光纖傳感技術領域，涉及一種鋰離子電池內部溫度的測量裝置。
技術背景[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、自放電小、無記憶效應、無污染等優(yōu)點，其應用已經(jīng)從信息產(chǎn)品擴展到能源交通和國防軍事領域，具體應用如從移動電話、掌上電腦、筆記本等，到電動汽車、電網(wǎng)調峰、太陽能、風能蓄電站等，軍用則涵蓋了潛艇、水下機器人、陸軍士兵系統(tǒng)、機器戰(zhàn)士、無人飛機、衛(wèi)星、飛船等。[0003]但是鋰離子電池在應用中潛在的安全溫度，尤其是動力用鋰離子電池組，已經(jīng)成為制約其發(fā)展的一個瓶頸。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、電化學反應和物質傳輸過程，有些反應在開路的情況下仍然進行，這些過程會造成熱量的產(chǎn)生，這些產(chǎn)生的熱量不能完全散失到環(huán)境中就會引起電池內部熱量的積累。如果熱量的積累造成電池內部的高溫點，就有可能引發(fā)電池的熱失控。因此，溫度對鋰離子電池的各方面性能都有影響，包括電化學系統(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。電池的設計，如單體設計、模塊設計、熱管理系統(tǒng)設計等，對于電池溫度都有著重要影響。鋰離子電池溫度測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計、模塊設計以及熱管理系統(tǒng)的設計。[0004]由于鋰離子電池內部中心溫度不容易測量，此前多是在實驗時測得不同時間電池在放電時的表面溫度，由三維非穩(wěn)態(tài)熱傳導問題反求出電池中心溫度，這種推出的中心溫度不能準確反應出鋰離子電池內部中心溫度的狀況。傳統(tǒng)的熱電偶測溫方式，因為存在測量精度低、測量不穩(wěn)定、帶電測量不安全和測量探頭體積大等缺點，不能有效安全的測量鋰離子電池的內部實時溫度。發(fā)明內容[0005]本實用新型的目的是設計一種鋰離子電池內部溫度的測量裝置，具體是提供一種基于熒光壽命檢測溫度的方法和熒光光纖溫度測量裝置。[0006]本實用新型要解決的是現(xiàn)有測量裝置不能有效安全的測量鋰離子電池的內部實時溫度，且測量的結果不能準確反應出鋰離子電池內部中心溫度的問題。[0007]本實用新型的測溫原理是基于稀土熒光物質的材料特性實現(xiàn)的，某些稀土熒光物質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(余輝為激勵停止后的發(fā)光)。熒光余輝的衰變時間常數(shù)是溫度的單值函數(shù)，通常溫度越高，時間常數(shù)越小。 只要測得時間常數(shù)的值，就可以求出溫度。應用這種方法測溫的最大優(yōu)點，就是被測溫度只取決于熒光材料的時間常數(shù)，而與系統(tǒng)的其他變量無關，例如光源強度的變化、傳輸效率、 耦合程度的變化等都不影響測量結果，較光強測溫法和波長解調法原理上有明顯優(yōu)勢。[0008]本實用新型所述的鋰離子電池內部溫度的測量裝置，包括箱體，箱體內設有熒光激發(fā)光源、光源驅動電路、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號探測及處理系統(tǒng)，箱體上設有熒光光纖測溫探頭和顯示系統(tǒng)。[0009]所述的光源驅動電路用于產(chǎn)生周期性電脈沖來驅動LED光源，使其產(chǎn)生相應的激勵脈沖光波，該光源驅動電路由單片機控制。[0010]所述的光路耦合系統(tǒng)包括濾波片、耦合透鏡和結構件，濾波片和耦合透鏡固定在結構件上，結構件固定在箱體內，以實現(xiàn)光路耦合要求的精確定位。[0011]所述的熒光光纖測溫探頭采用細芯徑耐腐蝕熒光光纖。[0012]本實用新型的測量裝置的優(yōu)點[0013]1)本實用新型測量范圍大，可實現(xiàn)溫度-50 350°C溫度范圍的測量，測量精度高，可實現(xiàn)精度高于士0.5°C ；[0014]2)本實用新型測量裝置用的測溫探頭的結構設計簡單合理，制造成本低；[0015]3)本實用新型測溫探頭尺寸小，柔韌性好，耐高溫，可實現(xiàn)探頭直徑0. 1mm，彎曲半徑最小到5mm以下，不同測溫探頭和不同信號檢測模塊均可以互換，測溫探頭和信號檢測模塊替換后不需要校正，測溫探頭無金屬材料，具有完全的電絕緣性，不受高壓、強電磁場的影響，抗化學腐蝕和無污染；[0016]在重復的熱循環(huán)下，測溫探頭的材料和結構非常穩(wěn)定，測溫探頭的性能對光信號的變化不敏感，使用壽命長。[0017]本實用新型對鋰離子電池內部溫度的測量方法為[0018]在制作鋰離子電池時，將多根熒光光纖測溫探頭按照一定分布埋入電池內部。[0019]在鋰離子電池封裝時，將多根熒光光纖測溫探頭的另一端剪斷，保持和電池封裝結構外表面平齊；對多根熒光光纖測溫探頭裸露的電池一端進行適當?shù)难心伖馓幚?。[0020]根據(jù)多個熒光光纖測溫探頭的排列分布，制作一個完全對應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行研磨拋光處理，分別連接到鋰離子電池內部溫度多點測量裝置接口端。[0021]測溫時，將多根光纖探頭裝置中的多根裸露光纖對準鋰離子電池表面裸露的多根光纖，即可測得每一路埋入鋰離子電池內部的測溫探頭反射的熒光信號，通過信號解調處理裝置，讀出每路測溫探頭感應的溫度。[0022]本實用新型測量方法的優(yōu)點是[0023]可以對鋰離子電池內部溫度進行實時、高精度、多點探測，可以直接獲得鋰離子電池內部溫度場的三維分布，從而更科學有效的建立鋰離子電池內部溫度場的三維模型。


[0024]圖1是基于熒光壽命檢測的光纖溫度測量裝置組成示意圖。[0025]圖2是熒光光纖測溫探頭示意圖。[0026]圖3是鋰離子電池內部溫度單點測量裝置組成示意圖。[0027]圖4是鋰離子電池內部溫度三點測量裝置組成示意圖。[0028]圖5是鋰離子電池內部溫度六點測量裝置組成示意圖。[0029]圖6是鋰離子電池內部溫度多點三維測量裝置組成示意圖。[0030]上述附圖標號說明如下[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-熒光信號探測及處理系統(tǒng)，10-濾波片，11-箱體，12-涂覆層， 13-包層，14-熒光材料，15-防腐蝕保護層，16-纖芯，17-銅套管，18-密封圈，19-結構件， 20-開關，21-鋰電池。
具體實施方式
[0032]
以下結合附圖對本實用新型進行進一步說明。[0033]如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的一種鋰離子電池22內部溫度的測量裝置， 包括箱體11，其箱體11內設有熒光激發(fā)光源5、光源驅動電路7、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號探測及處理系統(tǒng)，箱體上設有熒光光纖測溫探頭1和顯示系統(tǒng)。[0034]所述的熒光激發(fā)光源5采用波長為470nm的發(fā)光二極管(LED)。[0035]所述的光源驅動電路7用于產(chǎn)生周期性電脈沖來驅動LED光源，使其產(chǎn)生相應的激勵脈沖光波，該光源驅動電路7由單片機控制。[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和結構件19，濾波片10對470nm波長的光反射，對510nm附近波長的光透射， 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構件19上，結構件19固定在箱體內，以實現(xiàn)光路耦合要求的精確定位。[0037]所述的熒光光纖測溫探頭1采用細芯徑耐腐蝕熒光光纖，該光纖探頭部分摻雜熒光物質14，光纖外側鍍有抗氫氟酸腐蝕的金屬材料，如鎳或銅。[0038]光纖外徑可細至0. 1謹。[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，實時顯示測試溫度。液晶顯示屏20和顯示處理電路連接。[0040]本實用新型對鋰離子電池內部溫度的測量方法為[0041]在制作鋰離子電池22時，將多根熒光光纖測溫探頭1按照一定分布埋入電池內部。[0042]在鋰離子電池封裝時，將多根熒光光纖測溫探頭的另一端剪斷，保持和電池封裝結構外表面平齊；對多根熒光光纖測溫探頭裸露的電池一端進行適當?shù)难心伖馓幚怼0043]根據(jù)多個熒光光纖測溫探頭的排列分布，制作一個完全對應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行研磨拋光處理，分別連接到鋰離子電池內部溫度多點測量裝置的接口端。[0044]測溫時，將多根光纖探頭裝置中的多根裸露光纖對準鋰離子電池表面裸露的多根光纖，即可測得每一路埋入鋰離子電池內部的測溫探頭反射的熒光信號，通過信號解調處理裝置，讀出每路測溫探頭感應的溫度。[0045]如圖2所示，本測量裝置的傳感探頭具有抗電解液腐蝕的作用。測量時光纖探頭在熒光材料涂于光纖端頭以后，用金屬銅毛細管對其進行封裝。采用這樣的處理方式可以避免電解液對光纖以及熒光材料的腐蝕，使得整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；[0046]本實用新型可以對鋰離子電池內部溫度進行單點測量或三點、或六點或多點的測量。[0047]鋰離子電池內部溫度單點測量裝置如圖3所示。測量前先把光纖探頭1根據(jù)測量需要埋入鋰離子電池22內部，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)實時顯示。[0048]本實用新型三通道、六通道及多通道鋰電池內部溫度測量裝置，具體參見圖4、圖 5、和圖6。[0049]本實用新型探頭尺寸微小、測量精度高、測量范圍大、響應速度快，穩(wěn)定性好，抗腐蝕、抗電磁干擾能力強，很好地解決了其它測量方法在測量時引入誤差、靈敏度和穩(wěn)定性差等問題。[0050]本實用新型可以對鋰離子電池11內部溫度進行單點測量或三點、或六點或多點的測量。
權利要求1.一種鋰離子電池內部溫度的測量裝置，包括箱體，其特征在于箱體內設有熒光激發(fā)光源、光源驅動電路、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號探測及處理系統(tǒng)，箱體上設有熒光光纖測溫探頭和顯示系統(tǒng)；所述的光路耦合系統(tǒng)包括濾波片、耦合透鏡和結構件，濾波片和耦合透鏡固定在結構件上，結構件固定在箱體內，以實現(xiàn)光路耦合要求的精確定位；所述的熒光光纖測溫探頭采用細芯徑耐腐蝕熒光光纖。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鋰離子電池內部溫度的測量裝置，其特征在于所述的熒光激發(fā)光源采用波長為470nm的發(fā)光二極管LED。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種鋰離子電池內部溫度的測量裝置，其特征在于濾波片對 470nm波長的光反射，對510nm附近波長的光透射，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)權利要求1所述的一種鋰離子電池內部溫度的測量裝置，其特征在于該光纖探頭部分摻雜熒光物質，光纖外側鍍有抗氫氟酸腐蝕的金屬材料，如鎳或銅；光纖外徑可細至 0. Imm0
5.根據(jù)權利要求1所述的一種鋰離子電池內部溫度的測量裝置，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。
專利摘要本實用新型公開了一種鋰離子電池內部溫度的測量裝置，包括設于箱體內熒光激發(fā)光源、光源驅動電路、光路耦合系統(tǒng)，熒光信號探測及處理系統(tǒng)，箱體上設有熒光光纖測溫探頭和顯示系統(tǒng)。用本實用新型測溫時，將多根光纖探頭裝置中的多根裸露光纖對準鋰離子電池表面裸露的多根光纖，即可測得每一路埋入鋰離子電池內部的測溫探頭反射的熒光信號，通過信號解調處理裝置，讀出每路測溫探頭感應的溫度。
文檔編號G01K11/32GK202255682SQ201020589879
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權日2010年11月4日
發(fā)明者何亮明, 劉蘭書, 張文松, 杜翀 申請人:中國科學院嘉興無線傳感網(wǎng)工程中心, 中國科學院西安光學精密機械研究所