一种基于光纤环电流传感器的电流测量装置

1.本发明涉及电池电流测量技术领域，特别是涉及一种基于光纤环电流传感器的电流测量装置。


背景技术：

2.随着新能源汽车的普及，新能源车的安全性越来越受到大家的关注，近年来频繁发生的车用动力电池包导致的车辆燃烧事件造成了大量的财产损失甚至人员伤亡事故。电池包负责给车辆提供能量来源，对车辆的充放电其实就是对电池包的充放电。另外，随着太阳能和风能发电机组的普及，与之相配套的储能电池包的运行和安全也受到高度的重视。
3.然而，电池空间的限制，以及电池本生繁杂的连接电路产生的复杂磁场使得动力电池包和储能电池包主要采用分流器式电流传感器对总电流进行检测，这种传感器本生的固有缺陷，使其在测量较大电流时容易产生较大的偏差。特别是，由于分流传感器的空间以及需要相应的与供电电路直接连接的电信号处理系统，组成电池包的各电池模块、组成电池模块的各电池单体的电流信息都难以检测，电池单体由于本身制造的缺陷、长期滥用以及碰撞等外部作用下导致的内部短路等问题不能及时监测到。虽然现行采用实时检测电池单体电压、检测电池包内部温度等信息来诊断内部短路等导致的电池自燃的发生，然而由于温度信息具有很大的滞后性，其监测的实效性很差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于光纤环电流传感器的电流测量装置，提高了电池包电流监测的实时性。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种基于光纤环电流传感器的电流测量装置，包括光纤环电流传感器、电池包、外部负载和充电电源，所述光纤环电流传感器包括传感光纤环，所述外部负载和所述充电电源均通过总导电母线与所述电池包连接，所述总导电母线穿过所述光纤环电流传感器中所述传感光纤环；所述电池包包括串联连接的多个电池模块，或者所述电池包包括并联连接的多个电池模块。
7.可选地，所述光纤环电流传感器包括通过光纤依次连接的光电信号处理模块、λ/4波片、所述传感光纤环和反光镜；
8.所述传感光纤环由一根光纤螺旋绕制设置圈数构成；待测导电体从所述传感光纤环中穿过；
9.所述光电信号处理模块用于产生线偏振光，记为第一线偏振光；
10.所述λ/4波片用于将所述第一线偏振光转换为圆偏振光；
11.所述传感光纤环用于将所述圆偏振光传输至所述反光镜；
12.所述反光镜用于反射所述圆偏振光形成反射后的圆偏振光；
13.所述λ/4波片还用于将所述反射后的圆偏振光转换为线偏振光，记为第二线偏振
光；
14.所述光电信号处理模块还用于接收所述第二线偏振光，并根据所述第一线偏振光和所述第二线偏振光之间的夹角确定所述待测导电体的电流。
15.可选地，所述传感光纤环的内径大于10mm，所述传感光纤环的外径与内径之差的范围为2～20mm。
16.可选地，当所述电池包包括并联连接的多个电池模块时，每个并联的电池模块支路上均套接一个所述光纤环电流传感器。
17.可选地，所述电池模块包括串联连接的多个电池单体，或者所述电池模块包括并联连接的多个电池单体；
18.当所述电池模块包括并联连接的多个电池单体时，每个并联的电池单体支路上均套接一个所述光纤环电流传感器。
19.可选地，所述电池包包括辅助负载，所述辅助负载与串联连接的多个电池模块串联，或者所述辅助负载与并联连接的多个电池模块串联，所述辅助负载的连接导电母线上套接一个所述光纤环电流传感器。
20.可选地，所述电池包包括车用动力电池包和储能用电池包。
21.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
22.本发明光电信号处理模块根据发出的第一线偏振光和接收的第二线偏振光之间的夹角确定待测导电体的电流，利用光纤环的柔性可套接在空间狭窄的电池间连接母线上，实现电池包电流信号的安全、准确且及时的采集，提高了电池包电流监测的实时性，降低了电池包的电流监测成本，提高了电池特别是电池安全的管理水平。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明一种基于光纤环电流传感器的电流测量装置结构示意图；
25.图2为本发明一种光纤环电流传感器结构示意图；
26.图3为本发明电池模块并联的电流测量装置示意图；
27.图4为本发明电池单体串联的电流测量装置示意图；
28.图5为本发明电池单体并联的电流测量装置示意图；
29.图6为本发明辅助负载的电流测量装置示意图；
30.符号说明：
31.1-传感光纤环，2-λ/4波片，3-反光镜，4-光纤，5-光电信号处理模块，6-待测导电体，7-电池包，8-电池模块，9-电池包总导电母线，10-外部负载和充电器，11-光纤环电流传感器，12-电池模块并联导电母线，13-电池单体，14-电池单体串联导电母线，15-电池单体并联导电母线，16-辅助负载，17-辅助负载连接导电母线。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
33.本发明的目的是提供一种光纤环电流传感器及电流测量装置，提高了导电体电流监测的实时性。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.图1为本发明一种基于光纤环电流传感器的电流测量装置结构示意图，如图1所示，一种基于光纤环电流传感器的电流测量装置包括光纤环电流传感器11，所述电流测量装置还包括电池包7、外部负载和充电电源10，所述外部负载和所述充电电源均通过总导电母线与所述电池包7连接，所述总导电母线穿过所述光纤环电流传感器11中传感光纤环1；所述电池包7包括串联连接的多个电池模块8，或者所述电池包7包括并联连接的多个电池模块8，或者所述电池包7由多个电池模块8混联构成，混联指即包括串联又包括并联。
36.如图2所示，一种光纤环电流传感器，包括通过光纤4依次连接的光电信号处理模块5、λ/4波片(四分之一波片)2、传感光纤环1和反光镜2。λ为波长。
37.所述传感光纤环1由一根光纤螺旋绕制设置圈数构成；待测导电体6从所述传感光纤环1中穿过，以确保电流从光纤环中通过。传感光纤环1的一端与λ/4波片2连接，另一端与反光镜2连接。
38.所述传感光纤环1的内径ri大于10mm，外径ro比内径ri大2～20mm。
39.传感光纤环1由螺旋绕制的多个光纤排列(直径堆叠)构成。
40.待测导电体6位于传感光纤环1中的位置不会影响测量精确性。
41.所述光电信号处理模块5用于产生线偏振光，记为第一线偏振光。
42.所述λ/4波片2用于将所述第一线偏振光转换为圆偏振光。
43.所述传感光纤环1用于将所述圆偏振光传输至所述反光镜2。
44.所述反光镜2用于反射所述圆偏振光形成反射后的圆偏振光。
45.所述λ/4波片2还用于将所述反射后的圆偏振光转换为线偏振光，记为第二线偏振光。
46.所述光电信号处理模块5还用于接收所述第二线偏振光，并根据所述第一线偏振光和所述第二线偏振光之间的夹角确定所述待测导电体6的电流。
47.如图1所示，总导电母线从中穿过的光纤环电流传感器11用于测量电池包7的总导电母线上电流i
total
，即总导电母线上充电电流和放电电流。
48.电池模块8之间的串联由电池模块8串联导电母线连接相邻电池模块8的正极与负极实现；电池模块8之间的并联由电池模块8并联导电母线将多个电池模块8的正极与正极、负极与负极相连构成。
49.电池模块8由多个电池单体13串联、并联或者混联组成；多个电池单体13之间的串联由单体串联导电母线连接相邻电池单体13的正极与负极组成；多个电池单体13之间的并联由单体并联导电母线将多个电池单体13的正极与正极、负极与负极相连构成。
50.所述电池包7包括车用动力电池包和储能电池包。
51.本发明光纤环电流传感器，还可用于其他依托直流电流控制的应用中，具体用于飞机、空间站等狭窄空间中的直流电流测量。
52.当所述电池包7包括并联连接的多个电池模块8时，每个并联的电池模块支路(电池模块并联导电母线12)上均套接一个所述光纤环电流传感器11，如图3所示，每个并联的电池模块支路上的光纤环电流传感器11分别用于测量各并联电池模块支路上的充电电流和放电电流，实现各电池模块8的电流测量。
53.所述电池模块8包括串联连接的多个电池单体13，或者所述电池模块8包括并联连接的多个电池单体13。
54.当所述电池模块8包括串联连接的多个电池单体13时，各串联的电池单体支路(电池单体串联导电母线14)上均套接一个所述光纤环电流传感器11，如图4所示。
55.当所述电池模块8包括并联连接的多个电池单体13时，每个并联的电池单体支路(电池单体并联导电母线15)上均套接一个所述光纤环电流传感器11，如图5所示，实现每个电池单体13电流的测量。
56.所述电池包7包括辅助负载16，所述辅助负载16与串联连接的多个电池模块8串联，或者所述辅助负载16与并联连接的多个电池模块8串联，所述辅助负载16的连接导电母线(辅助负载连接导电母线17)上套接一个所述光纤环电流传感器11。
57.辅助负载16用电流来自电池包7放电电流的一部分；辅助负载16与电池包7通过辅助负载16连接导电母线分别与电池包7正极总母线和负极总母线连接，如图6所示。
58.本发明光纤环电流传感器测量得到的电池包7总电流，精度为0.5％以上，可用于准确估计所述电池包7的荷电状态(soc)，进而评估所述电池包7的健康状态(soh)和供电状态(sow)，提高电池的使用效率与使用寿命。
59.本发明光纤环电流传感器测量得到的电池包7电池模块8电流，可用于在线监测和评估电池模块8电流的一致性，进而评估电池包7的soh和sow。
60.本发明光纤环电流传感器测量得到的电池包7电池单体13电流，可用于在线监测和评估各电池单体13的荷电状态、健康状态和供电状态，特别是监测电池单体13的内部短路状态，为电池包7安全提供关键信息，也就是为乘用车和储能电站的安全提供关键信息。
61.本发明光纤环电流传感器测量得到的电池包7总电流、电池包7模块电流、电池包7各电池单体13电流，结合所述电池单体13的电压、电池包7的温度等信息，可用于构建储能电池包7的数字孪生系统，以优化储能电池包7的运行。
62.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
63.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。