利用光纖布拉格光柵技術(shù)監(jiān)測動力電池包的溫度

為什么要進行動力電池包的溫度監(jiān)測？

新能源電動汽車，動力電池包的工作溫度，不僅會影響電池包性能，而且直接關(guān)系到車輛安全。時有發(fā)生的新能源汽車電池包起火事件，對電池包、冷卻系統(tǒng)以及電池管理系統(tǒng)（BMS）的設(shè)計提出了更高的要求。對動力電池包進行溫度監(jiān)測，可以用來驗證電池包相關(guān)的熱模型，輔助電池包內(nèi)各功能單體與模塊設(shè)計；也可以用于電池管理系統(tǒng)監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)電池包溫度超過安全閾值等變化異常時，發(fā)送報警信號進行早期預(yù)警，以避免危險發(fā)生。

當前，常用的電池溫度測量方法包括熱電耦和紅外成像，但在針對電池包的大規(guī)模測溫應(yīng)用中，上述兩種方法卻存在著一些不足。熱電耦使用金屬線，可能引起電池模組內(nèi)短路，而且金屬材質(zhì)較硬，給安裝和使用帶來不便；紅外成像使用物體發(fā)射的紅外信號進行測量，只能夠粗略測量物體表面的溫度，同時還要針對不同的測量對象作校正。利用光纖材料的光敏特性，在光纖上用紫外光刻寫光柵，形成周期性缺陷結(jié)構(gòu)，形成永久性空間的相位光柵，即光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating， 簡稱FBG）。

當入射光進入FBG時，在滿足布拉格條件的情況下，會發(fā)生選擇性反射。由于光纖光柵的柵距是沿光纖軸向分布的，因此當外界溫度發(fā)生變化時，光纖光柵將產(chǎn)生軸向應(yīng)變與折射率變化，波長也隨之改變。通過對反射光波長的解調(diào)，獲得中心波長偏移量，進而通過測量系統(tǒng)軟件計算出相應(yīng)的溫度變化情況。

基于上述優(yōu)點，意昂神州公司開發(fā)了一種緊湊型光纖測量和監(jiān)測系統(tǒng)（Fiber-Optic Measuring and Monitoring，簡稱FOM2），用于實時測量和監(jiān)測動力電池包的溫度情況。本系統(tǒng)最多可接入2400個FBG傳感器，通過專用的系統(tǒng)軟件，可高精度、穩(wěn)定的采集被測電池包的溫度數(shù)據(jù)，進而通過極值、平均值、變化速率等數(shù)理統(tǒng)計方式分析被測對象的當前狀態(tài)，為電池包的安全設(shè)計及驗證提供準確的數(shù)據(jù)參考。

FOM2系統(tǒng)特點

多達2400個溫度測量點，適用于大規(guī)模測量；

光纖柔軟質(zhì)輕，絕緣，抗電磁干擾，易于安裝；

支持結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入，測量數(shù)據(jù)可追溯，數(shù)據(jù)云圖可視化顯示；

系統(tǒng)含有極值、均值、變化率等統(tǒng)計分析工具，實現(xiàn)災(zāi)害早期預(yù)警；

系統(tǒng)可移植應(yīng)用于交通、能源等多個領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測；

光纖光柵電池包測溫系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容

（1）電池模組溫度測量

FBG傳感器可以多方向嵌入到整個電池模組中，提供模組溫度分布的有用信息。電池模組的溫度場可以圖形化顯示，這將有助于電池模組的優(yōu)化設(shè)計。

（2）電纜溫度監(jiān)測

在長期工作中，電池包中的電纜容易老化，可能會導(dǎo)致局部過熱和起火。通過將FBG傳感器安裝在電纜的表面和接頭上，可以實時監(jiān)測不同充放電速率下的電纜溫度。

（3）冷卻板溫度測量

通過將FBG傳感器安裝在冷卻板上，F(xiàn)OM2系統(tǒng)可以準確獲得冷卻板的溫度場分布信息。有了這些信息，工程師就可以在氣流、材料和護罩設(shè)計上做出正確的權(quán)衡，這可以在提高冷卻板性能的同時降低成本費用。

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