[发明专利]用于储能系统电池阵列监测的多参量分布式光纤传感系统及方法

说明书

一种用于储能系统电池阵列监测的多参量分布式光纤传感系统及方法，涉及电池性能监测技术领域，用以解决现有技术难以对储能系统电池阵列性能进行大规模、多参量监测的问题。本发明技术要点包括：数据采集子系统包括可调谐光源和多参量信号采集模块，多参量信号采集模块用于采集电池阵列的电池温度、电池电解液密度和电池气体浓度等信号数据，其包括多组由分光耦合器和多参量传感探针组成的多参量传感单元，多参量传感探针包括光纤布拉格光栅、光纤法布里‑珀罗腔、气体吸收室等光纤传感器件；数据处理子系统用于对采集的信号进行解调处理，实时获取电池温度、电解液密度和电池气体浓度值。本发明可实现对储能系统电池阵列性能的多参量分布式传感。

技术领域

本发明涉及电池性能监测技术领域，具体涉及一种用于储能系统电池阵列监测的多参量分布式光纤传感系统及方法。

背景技术

随着新能源产业的发展，储能系统的数量越来越多，同时导致了储能系统火灾、爆炸等安全事故越来越多。一个储能系统包含了由成千上万个电池组成的电池阵列，目前的监测技术主要通过热敏电阻等电学温度传感器对储能系统电池阵列进行抽样温度监测，无法实现对电池阵列中的每一块电池进行监测，导致无法及时发现电池故障。此外，目前的监测技术往往只能监测储能系统电池阵列的温度和电压，无法更深层次的监测电池内部参量，如电解液密度和气体浓度等，因此难以衡量电池阵列的健康状态。总的来说，目前的监测技术难以实现对储能系统电池阵列的大规模和多参量监测。

电学传感器往往离不开金属材料，很容易被电池中的高腐蚀环境侵蚀。相比之下，光纤传感器具有体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，能够承受电池中的高腐蚀环境。光纤传感器结构多样，例如光纤布拉格光栅、光纤法布里-珀罗腔、倾斜光纤光栅、光纤迈克尔逊干涉仪、光纤马赫-曾德尔干涉仪等，这些光纤传感器结构可以实现对各种不同参量的传感，然而，这些光纤传感器结构往往只能实现单点传感，无法实现大规模传感。另一方面，目前有基于瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射的分布式光纤传感技术，但这些分布式光纤传感技术只能实现温度和应变的传感，无法实现多参量传感。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出一种用于储能系统电池阵列监测的多参量分布式光纤传感系统及方法，用以解决现有技术难以对储能系统电池阵列的性能进行大规模、多参量监测的问题。

根据本发明的一方面，提供一种用于储能系统电池阵列监测的多参量分布式光纤传感系统，该系统包括数据采集子系统和数据处理子系统，所述数据采集子系统的输出连接所述数据处理子系统的输入；其中，

所述数据采集子系统包括可调谐光源、多参量信号采集模块和数据采集卡，所述可调谐光源用于输出激光，所述可调谐光源连接所述多参量信号采集模块，所述多参量信号采集模块用于采集包括电池阵列中电池温度、电池内电解液密度以及电池气体浓度数据的第一信号，并将所述第一信号发送至所述数据采集卡；

所述多参量信号采集模块的组成包括：第一光纤耦合器、光纤环形器、第二光纤耦合器、偏振分束器、多参量传感单元组、第一光电探测器和第二光电探测器；所述第一光纤耦合器的输入端口连接所述可调谐光源，输出端口分别连接第二光纤耦合器的输入端口和光纤环形器的第一端口；所述光纤环形器的第二端口连接所述多参量传感单元组，第三端口连接所述第二光纤耦合器的输入端口；所述第二光纤耦合器的输出端口连接所述偏振分束器的输入端口；所述偏振分束器的输出端口分别连接第一光电探测器的输入端口和第二光电探测器的输入端口；所述第一光电探测器和所述第二光电探测器的输出端口均连接所述数据采集卡的数据采集通道。

进一步地，所述多参量传感单元组包括多组并联的、由分光耦合器和多参量传感探针组成的传感单元；其中，每一组的分光耦合器的输出端口分别连接该组的多参量传感探针和下一组的分光耦合器的输入端口。

进一步地，所述多参量传感探针的组成包括光纤布拉格光栅、光纤法布里-珀罗腔和气体吸收室；其中，光纤法布里-珀罗腔为空腔且不封闭。