[发明专利]一种电池监测系统和监测方法

说明书

本发明公开了一种电池监测系统和监测方法，包括多波长光源、波分复用器、导光纤维单元、光谱扫描仪，多波长光源用于提供多波长探测光信号，光谱扫描仪用于接收并处理导光纤维输出的响应光信号；多波长探测光信号经波分复用器注入至导光纤维单元，导光纤维输出的响应光信号经光谱扫描仪进行处理。本发明将微纳导光纤维探测技术引入电池安全预警领域，实现电池内部压强、温度、应变、枝晶生长过程等多个参量的原位监测。

技术领域

本发明涉及电池领域，特别是涉及一种电池监测系统和监测方法。

背景技术

锂电池是下一代绿色新能源发展的主要方向，现有的商用电池多为锂离子电池，为获得更高的电池效率，锂电池是下一代电池的优选对象。然而，锂电池在经较多循环次数后或在工作环境不稳定的极端环境下极易生长枝晶，枝晶一旦刺破隔膜将造成电池短路，甚至能造成电池爆炸，存在较大的安全隐患。

隔膜是电池内部的一个关键部分，位于电池的正、负极之间，其功能为：一方面是将正、负极的材料隔开，防止因正负极接触而短路；另一方面是使电解液中的离子通过隔膜，完成充、放电的过程。而目前尚未实现对枝晶及其生长过程的原位监测。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种电池的监测系统和监测方法，可实现对电池内部环境的高精度、原位、实时监测。

技术方案：本发明的一种电池监测系统，其包括多波长光源、波分复用器、导光纤维单元、光谱扫描仪，多波长光源用于提供多波长探测光信号，光谱扫描仪用于接收并处理导光纤维输出的响应光信号；多波长探测光信号经波分复用器注入至导光纤维单元，导光纤维输出的响应光信号经光谱扫描仪进行处理。

本发明的监测系统采用多波长光源，将光源接入波分复用器，波分复用器将多个波长信号分别耦合到多根导光纤维，以便将各个波长的信号分别用于安全预警监测。将该系统嵌入电池隔膜，这一方案可提高传感器的空间分辨率，更全面地监测电池内部的枝晶生长过程和温度、压强等参量在电池内部的区域分布状况。本发明提高空间分辨率和电池内部参数测量精度的原理为：一方面多根导光纤维平行或呈网格形嵌入隔膜，导光纤维布满整个隔膜覆盖区域，因此可监测导光纤维所覆盖的全部区域；另一方面导光纤维本身中所嵌的结构单元，使导光纤维对周围环境的变化非常敏感，可以监测温度、压强、枝晶生长过程等多种待测参量。

本发明采用以下技术方案提高空间分辨率和电池内部参数测量精度：该方法使用导光纤维和制作在导光纤维上的微结构作为传感系统中的物理量传感元件，同时导光纤维也是信号传输介质，前端信号源输出多波长激光信号，使用波分复用器(WDM)将各个波长的信号分别注入多根导光纤维并实现对不同区域的状态进行监测，各响应信号又分别经WDM输出致光谱仪，以实时获取监测结果。

其中，将导光纤维单元布设于待监测部位，导光纤维单元包括若干平行或交叉设置的导光纤维；交叉设置可采用井字形的网络结构，其中井字型网络结构中不同方向的导光纤维间的夹角可以在0-180度之间，根据实际应用场景适当选择。

优选地，导光纤维单元包括多根导光纤维，每根导光纤维的直径小于125μm，即导光纤维尺寸在微纳尺寸领域，其直径＜125μm，微纳导光纤维对周围折射率敏感，一旦出现枝晶生长，导光纤维折射率环境将发生变化，因此可实现对枝晶生长过程的原位实时监测。

可选的，导光纤维上制作有微结构(光栅、FP腔、V型槽、倾斜槽等结构，结构表面可镀增敏材料)，导光纤维上的微结构可用于温度、压强、应变等参量的监测。

所述导光纤维的表面覆有防腐层，以防光导纤维被电解液腐蚀；另可在导光导纤维上涂增敏材料，提高参数测量的精度。

其中，上述导光纤维单元包括若干平行设置的导光纤维，波分复用器包括第一波分复用器和第二波分复用器；多波长光源的输出端与第一波分复用器的输入端相连，第一波分复用器的输出端与导光纤维的一端相连，导光纤维的另一端与第二波分复用器的输入端相连，第二波分复用器的输出端与光谱扫描仪的输入端相连。