一种电池安全监测系统、方法及装置

1.本技术涉及电池安全监测领域，特别涉及一种电池安全监测系统、方法及装置。


背景技术：

2.随着锂电池的广泛应用，其频繁发生的安全性问题不可忽视。其中，热失控现象往往是由某个电池率先发生异常，短时间内温度急剧上升，接着引发相邻位置的电池温度升高，最终导致整个电池组进入热失控状态。另外，电池仓的形变也是电池一种常见且典型的故障，初期电池仓形变十分微小且电池工作性能几乎不受影响，但长期以往会引起电池内部结构的变化，对电池造成损伤，引起电池的短路、泄露等从而诱发热失控现象。因此，需要对电池温度进行监测并及时发现异常、发出预警。
3.现有技术中，存在使用光纤传感胶带进行锂电池安全监测的系统，其仅用两根光纤布署于整个电池仓表面，易受损失效，抗风险性能弱，且布置时存在实施复杂、不便捷、通用性低等问题。因此，在实现对电池的安全监测时，如何简化实施过程、提高监测系统工作寿命和抗风险能力，成为了亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.基于上述问题，本技术提供了一种电池安全监测系统、方法及装置，以简化实施过程、提高监测系统工作寿命和抗风险能力。
5.本技术公开了一种电池安全监测系统，包括：传感装置和信号采集处理装置；所述传感装置和信号采集处理装置相互独立，通过接口连接；所述传感装置包括两个片状导热材料，分别覆盖于电池组中所有电池芯的正极表面和负极表面；所述导热材料内设置多组网状结构的光纤对，用于测量温度和应变；所述信号采集处理装置用于激光的发射、接收、处理和监测结果的反馈。
6.可选的，所述导热材料面向电池芯的表面上设置有凹槽，用于布置所述光纤对。
7.可选的，所述光纤对按组密集交错，以网状结构分布于导热材料内部；多组所述光纤对密集交错排布，以网状形式覆盖整个所述导热材料面向所述电池芯的表面。
8.可选的，同一所述导热材料上的每组所述光纤对的两端接口汇聚于一处。
9.可选的，所述导热材料面向电池芯的表面上设置有绝缘导热带胶薄膜，用于将所述导热材料布置于电池芯的正极表面或负极表面。
10.可选的，所述信号采集处理装置包括：激光信号发射模块，用于发射探测激光；信号接收模块，用于接收所述传感装置返回的光信号；信号处理分析模块，用于分析所述光信号得到所述传感装置所在环境的温度信息
和应变信息；通信模块，用于将所述信号处理分析模块得到的信息向外界反馈。
11.可选的，所述激光信号发射模块包括多组声光调制器，用于将所述探测激光调制为多组不同频移的脉冲光，并将所述脉冲光发送至所述传感装置。
12.可选的，所述信号处理分析模块包括所述信号处理分析模块包括拉曼测温部分和布里渊应变检测部分，分别用于获得所述温度信息和应变信息。
13.基于上述一种电池安全监测系统，本技术公开了一种电池安全监测方法，所述方法包括：将传感装置布署于电池组中所有电池芯的正、负极表面；将探测激光调制为多组不同频移的脉冲光，发射到所述传感装置中；接收多组所述脉冲光经所述传感装置返回的多组光信号；分析所述光信号，得到所述传感装置所在环境的温度信息和应变信息。
14.可选的，在得到所述传感装置所在环境的温度信息和应变信息后，所述方法还包括：当判断所述温度信息和应变信息为异常时，实时发出预警信息。
15.可选的，在得到所述传感装置所在环境的温度信息和应变信息后，所述方法还包括：将所述温度信息和应变信息上传至云端或移动端设备进行存储。
16.基于上述一种电池安全监测方法，本技术还公开了一种电池安全监测装置，包括：布置单元、脉冲光发射单元、光信号接收单元和信息分析单元；所述布置单元，用于将传感装置布署于电池组中所有电池芯的正、负极表面；所述脉冲光发射单元，用于将探测激光调制为多组不同频移的脉冲光，发射到所述传感装置中；所述光信号接收单元，用于接收多组所述脉冲光经所述传感装置返回的多组光信号；所述信息分析单元，用于分析所述光信号，得到所述传感装置所在环境的温度信息和应变信息。
17.可选的，所述装置还包括：预警单元，用于当判断所述温度信息和应变信息为异常时，实时发出预警信息。
18.可选的，所述装置还包括：存储单元，用于将所述温度信息和应变信息上传至云端或移动端设备进行存储。
19.本技术公开了一种电池安全监测系统、方法及装置。包括覆盖于所有电池芯的片状光纤传感装置和信号采集处理装置。其中，传感装置和信号采集处理装置相互独立的，可通过接口连接的。传感装置的为两片状导热材料，其中设有多组网状结构光纤对。本发明主要针对于传统的电池温度监测系统容易失效，较为新型的电池安全监测系统实施复杂度极高、通用性不强且同样存在易在外界条件下受损失效的问题，给出了创新且针对性的解决方法。可简单高效地实现对于锂电池的实时安全监测，同时也可应用于仅需对电池进行定期安全监测的情景下，成本低廉、使用方便、不易受损、工作寿命长。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1a为本技术实施例公开的一种电池安全监测系统的结构示意图；图1b为本技术实施例公开的一种电池安全监测系统的光纤对设置示意图；图1c为本技术实施例公开的一种电池安全监测系统的导热材料设置示意图；图2为本技术实施例公开的一种电池安全监测方法的流程示意图；图3为本技术实施例公开的一种电池安全监测装置的结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.本技术公开了一种电池安全监测系统，图1a为本技术实施例公开的一种电池安全监测系统的结构示意图。如图1a所述，一种电池安全监测系统包括：传感装置101、电池组102、信号采集处理装置103、光纤连接端口104和信号传输连接线105。其中，传感装置101和信号采集处理装置103各自独立，可通过互相适配的光纤连接端口104和信号传输连接线105进行连接。
24.图1b为本技术实施例公开的一种电池安全监测系统的光纤对设置示意图，如图1b所示，传感装置101的主体部分为两块片状导热材料106，分别覆盖于电池组102中所有电池芯的正极表面和负极表面。电池芯未在图中一一画出，其可以看作是电池组102的一部分。片状导热材料106内设有数组网状结构的光纤对107，每组光纤对107均以不同的形态密集、交错地分布于片状导热材料106内。
25.其中，光纤对107可以根据需求设计分布形态或者以随机的形态布置于整块片状导热材料106的表面，在此不对光纤对107的分布形态做具体限定，能够覆盖整个片状导热材料106的表面即可。
26.同一块片状导热材料106上的每组光纤对107的两端接口均汇聚于一处，一组光纤对107中的两根光纤均可用于测量温度和应变。作为一种可选的方法，每组光纤对107位于片状导热材料106上设置的与其适配的凹槽内，凹槽设置在片状导热材料106面向电池组102的那一表面上。
27.图1c为本技术实施例公开的一种电池安全监测系统的导热材料设置示意图。如图1c所示，绝缘导热带胶薄膜108覆盖于片状导热材料106面向电池组102的那一表面上，其自带胶部分可用于将两个片状导热材料106分别布置于电池组102的正极表面和负极表面，且两个片状导热材料106可进行自由级联。
28.在本实施例所述的系统中，信号采集处理装置103为一个带有四端接口、可移动式的机箱，机箱内包含有激光信号发射模块、信号接收模块、信号处理分析模块以及wifi通信模块。其中，信号处理分析模块又包括拉曼测温部分和布里渊应变检测部分，分别对接收到的两路光信号进行处理分析。
29.本实施例所述的系统将信号采集处理装置设计为一个可拆卸、独立装置，使得本系统不仅可以用于实时监测锂电池的温度、应变等情况，更可以适用于仅需定期对电池进行安全监测的场景。片状导热材料内设置的网状光纤传感结构极大地提高了探测范围，提高了温度与应变敏感性。此外，当个别电池出现故障，异常发热时，产生的热量可通过片状导热材料进行有效分散，降低升温速度，提高了电池的安全性，也为维修人员进行抢修争取了时间。且网状光纤传感结构中存在极大的光纤传感器冗余，即使在外界撞击或重物挤压下造成其中某处光纤断裂，仍然存在数组可正常进行监测工作的光纤传感器对，安全监测系统仍然可以正常工作。不需要进行任何特殊加工的光纤传感器成本低廉，网状光纤结构的设计可以用极低的成本有效延长该锂电池安全监测系统的使用寿命，同时也极大的降低了维护检修人员的工作量，节省了人力成本，具有极高的性价比。最后，本实施例所述的系统可通过自动化加工批量生产，再根据需求布署于现有的需要进行安全监测的电池表面，使用起来快捷高效，极大地减少了部署的复杂度。
30.实施例一：本技术公开了一种电池安全监测方法。
31.具体的，请参阅图2，本实施例公开的一种电池安全监测方法包括以下步骤：步骤201：将传感装置布署于电池组中所有电池芯的正、负极表面；在本实施例所述的方法中，作为一种可选的方法，将传感装置用其表面自带的胶布（即绝缘导热带胶薄膜）布置于需要监测的电池芯的正、负极表面。同时，将信号采集处理装置固定于一个合适的位置，传感装置与信号采集处理装置通过互相适配的接口相连。
32.步骤202：将探测激光调制为多组不同频移的脉冲光，发射到所述传感装置中；在本实施例所述的方法中，作为一种可选的方法，先利用信号采集处理装置的激光信号发射模块中的一个激光源，发射出一束探测激光。可以令探测激光经过八个声光调制器调制为八组不同频移的脉冲光，之后将这八组脉冲光射入传感装置内的八组光纤对中。
33.在本实施例所述的方法中，所述八组脉冲光和八组光纤对均为便于理解的举例，在实际操作过程中，不对脉冲光和光纤对的数量做具体限定，能够令传感装置接收即可。
34.步骤203：接收多组所述脉冲光经所述传感装置返回的多组光信号；在本实施例所述的方法中，射入传感装置的光信号分别在不同的光纤中进行传播作用，返回的光信号由信号采集处理装置中的信号接收模块接收。
35.步骤204：分析所述光信号，得到所述传感装置所在环境的温度信息和应变信息。
36.在本实施例所述的方法中，作为一种可选的方法，信号接收模块将接收到的光信号分别传输给信号处理分析模块中的拉曼测温部分和布里渊应变检测部分。拉曼测温部分可将整个网状光纤传感结构所在环境的温度信息分析出来，布里渊应变检测部分可将整个网状光纤传感结构所在环境的应变信息分析出来，最终由信号处理分析模块将温度信息、应变信息和对应的具体位置信息结合在一起。
37.在本实施例所述的方法中，作为一种可选的方法，当信号处理分析模块判断温度信息和应变信息为异常时，实时发出预警信息，以提醒维修人员对电池进行维修或更换。其中，预警信息包含温度信息、应变信息和故障位置信息，其形式可以为文字、语音或指示灯等，在此不对预警信息的具体形式做限定，能够让维修人员得知电池故障即可。
38.作为一种可选的方法，还可以将温度信息和应变信息通过信号采集处理装置中的
wifi通信模块上传至云端或移动端设备进行存储，以便维修人员查询电池历史状态。
39.基于上述实施例公开的一种电池安全监测方法，本技术还提供了另一种电池安全监测方法，其与实施例一的不同在于，信号采集处理装置并不与电池组固定为一体，而是仅在电池组中电池芯的正、负极表面布署片状导热材料，在需要对电池进行安全监测时，再与信号采集处理装置相连接进行相应的温度与应变监测工作。此方法针对实际生活生产当中，不需要进行实时安全监测、仅需进行定期的监测维护工作的锂电池。因此本实施例将信号采集处理装置设计为一个可拆卸、独立装置，使得该安全监测装置不仅仅可以用于实时监测锂电池的温度、应变等情况，更可以适用于仅需定期对电池进行安全监测的场景。
40.本实施例所述方法中，片状导热材料内设置的网状光纤传感结构极大地提高了探测范围，提高了温度与应变敏感性。此外，当个别电池出现故障，异常发热时，产生的热量可通过片状导热材料进行有效分散，降低升温速度，提高了电池的安全性，也为维修人员进行抢修争取了时间。本实施例所述方法可以仅在需要进行定期监测维护工作的电池上布署成本低廉、方便快捷的传感器模块，通过定期在检修点接入信号采集处理模块来进行电池的温度、应变监测，而无需购买价格相对较高的信号采集处理模块，在极大地降低电池安全监测的花销的同时，也减少了物质和人力资源不必要的浪费。
41.基于上述实施例公开的一种电池安全监测方法，本实施例对应公开了一种电池安全监测装置。请参阅图3，所述一种电池安全监测装置包括：布置单元301、脉冲光发射单元302、光信号接收单元303和信息分析单元304；所述布置单元301，用于将传感装置布署于电池组中所有电池芯的正、负极表面；所述脉冲光发射单元302，用于将探测激光调制为多组不同频移的脉冲光，发射到所述传感装置中；所述光信号接收单元303，用于接收多组所述脉冲光经所述传感装置返回的多组光信号；所述信息分析单元304，用于分析所述光信号，得到所述传感装置所在环境的温度信息和应变信息。
42.可选的，所述装置还包括：预警单元，用于当判断所述温度信息和应变信息为异常时，实时发出预警信息。
43.可选的，所述装置还包括：存储单元，用于将所述温度信息和应变信息上传至云端或移动端设备进行存储。
44.本说明书中实施例采用递进的方式描述。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
45.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
46.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执
行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（ram）、内存、只读存储器（rom）、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
47.本说明书中实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。
48.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种电池安全监测系统，其特征在于，包括：传感装置和信号采集处理装置；所述传感装置和信号采集处理装置相互独立，通过接口连接；所述传感装置包括两个片状导热材料，分别覆盖于电池组中所有电池芯的正极表面和负极表面；所述导热材料内设置多组网状结构的光纤对，用于测量温度和应变；所述信号采集处理装置用于激光的发射、接收、处理和监测结果的反馈。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导热材料面向电池芯的表面上设置有凹槽，用于布置所述光纤对。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤对按组密集交错，以网状结构分布于导热材料内部；多组所述光纤对密集交错排布，以网状形式覆盖整个所述导热材料面向所述电池芯的表面。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，同一所述导热材料上的每组所述光纤对的两端接口汇聚于一处。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导热材料面向电池芯的表面上设置有绝缘导热带胶薄膜，用于将所述导热材料布置于电池芯的正极表面或负极表面。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号采集处理装置包括：激光信号发射模块，用于发射探测激光；信号接收模块，用于接收所述传感装置返回的光信号；信号处理分析模块，用于分析所述光信号得到所述传感装置所在环境的温度信息和应变信息；通信模块，用于将所述信号处理分析模块得到的信息向外界反馈。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述激光信号发射模块包括多组声光调制器，用于将所述探测激光调制为多组不同频移的脉冲光，并将所述脉冲光发送至所述传感装置。8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号处理分析模块包括拉曼测温部分和布里渊应变检测部分，分别用于获得所述温度信息和应变信息。9.一种电池安全监测方法，其特征在于，应用于权利要求1-5所述的系统，包括：将传感装置布署于电池组中所有电池芯的正、负极表面；将探测激光调制为多组不同频移的脉冲光，发射到所述传感装置中；接收多组所述脉冲光经所述传感装置返回的多组光信号；分析所述光信号，得到所述传感装置所在环境的温度信息和应变信息。10.一种电池安全监测装置，其特征在于，应用于权利要求1-5所述的系统，包括：布置单元、脉冲光发射单元、光信号接收单元和信息分析单元；所述布置单元，用于将传感装置布署于电池组中所有电池芯的正、负极表面；所述脉冲光发射单元，用于将探测激光调制为多组不同频移的脉冲光，发射到所述传感装置中；所述光信号接收单元，用于接收多组所述脉冲光经所述传感装置返回的多组光信号；所述信息分析单元，用于分析所述光信号，得到所述传感装置所在环境的温度信息和
应变信息。

技术总结
本申请公开了一种电池安全监测系统、方法及装置。包括覆盖于所有电池芯的片状光纤传感装置和信号采集处理装置。其中，传感装置和信号采集处理装置相互独立的，可通过接口连接的。传感装置为两片状导热材料，其中设有多组网状结构光纤对。本发明主要针对于传统的电池温度监测系统容易失效，较为新型的电池安全监测系统实施复杂度极高、通用性不强且同样存在易在外界条件下受损失效的问题，给出了创新且针对性的解决方法。可简单高效地实现对于锂电池的实时安全监测，同时也可应用于仅需对电池进行定期安全监测的情景下，成本低廉、使用方便、不易受损、工作寿命长。工作寿命长。工作寿命长。


技术研发人员：王冲 明可欣 薛向辉
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/9/13