电池光纤原位检测系统及方法与流程

文档序号:23227984发布日期:2020-12-08 15:14阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种电池光纤原位检测系统,其特征在于,包括光源、光谱仪和光纤传感器,所述光纤传感器为反射式光纤传感器或透射式光纤传感器;

所述光纤传感器为反射式光纤传感器时,光纤传感器的端面镀有反射膜;所述光源和光谱仪分别与环形器/光纤合束器连接,所述环形器/光纤合束器与光纤传感器连接;

所述光纤传感器为透射式光纤传感器时,所述光源、光纤传感器和光谱仪依次连接;

所述光纤传感器植入电池内部,与电池内部的其中一个电极或两个电极紧贴,所述电池与充放电装置、外部用电负载或电化学工作站连接。

2.根据权利要求1所述的电池光纤原位检测系统,其特征在于,所述光纤传感器包括倾斜布拉格光纤光栅、布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、单模光纤-多模光纤-单模光纤干涉器件、单模光纤-无芯光纤-单模光纤干涉器件和微纳光纤器件的其中之一。

3.根据权利要求2所述的电池光纤原位检测系统,其特征在于,所述倾斜布拉格光纤光栅的倾角小于45度,且倾斜布拉格光纤光栅的轴向长度小于20mm。

4.根据权利要求2所述的电池光纤原位检测系统,其特征在于,所述倾斜布拉格光纤光栅的模式有效折射率与电池的电解液相匹配。

5.根据权利要求2所述的电池光纤原位检测系统,其特征在于,所述光源的输出光谱为1200~1800nm,光源输出光谱的范围与倾斜布拉格光纤光栅透射光谱的包络范围相匹配。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电池光纤原位检测系统,其特征在于,所述光纤传感器表面镀一层纳米涂层、二维材料、过渡金属氧化物、半导体薄膜或纳米结构材料,用于增强光纤传感器的比表面积和枝晶检测灵敏度。

7.根据权利要求6所述的电池光纤原位检测系统,其特征在于,所述光纤传感器表面覆盖一层惰性的纳米薄膜,用于防止电解液或电极与光纤传感器之间发生反应;

或所述光纤传感器表面镀一层纳米涂层后覆盖一层惰性的纳米薄膜,用于防止电解液或电极与纳米涂层之间发生反应;

或所述光纤传感器表面镀一层纳米结构材料后覆盖一层惰性的纳米薄膜,用于防止电解液或电极与纳米结构材料之间发生反应。

8.一种电池光纤原位检测方法,其特征在于,所述方法包括:将内部刻有倾斜布拉格光纤光栅的光纤传感器植入电池内部,与电池内部的其中一个电极或两个电极紧贴;搭建光纤传感光路,将电池与充放电装置、外部用电负载或电化学工作站连接;在电池充放电过程中,与光纤传感器紧贴的电极发生氧化还原反应,当该电极表面生长出枝晶时,该电极表面电解液离子的浓度发生异常变化,从而导致光纤表面折射率的异常变化,折射率的异常变化引起光纤传感器的光谱变化,通过光谱仪实时记录光纤传感器的光谱信息,实现对枝晶生长状态的实时监测。

9.根据权利要求8所述的电池光纤原位检测方法,其特征在于,所述实现对枝晶生长状态的实时监测,具体为:通过光谱中包层模式的波长漂移或者光学强度变化,作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据。

10.根据权利要求9所述的电池光纤原位检测方法,其特征在于,所述实现对枝晶生长状态的实时监测,具体为:通过光谱中包层模的截止模式的波长漂移或者光学强度变化,作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据。

11.根据权利要求10所述的电池光纤原位检测方法,其特征在于,所述通过光谱中包层模的截止模式的波长漂移或者光学强度变化作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据,具体为:光谱中包层模的截止模式的波长漂移或者光学强度变化过程中,不仅出现与电池充放电过程同频率周期的“主峰”信号,而且出现与电池充放电过程双倍频率周期的“次峰”信号,通过分析光学“主峰”和“次峰”信号的强弱,作为枝晶生长状态的定性、半定量和定量评判依据。

12.根据权利要求8-11任一项所述的电池光纤原位检测方法,其特征在于,所述方法还包括:通过光谱仪实时记录光纤传感器的光谱信息,实现对电池内部电量、温度和压力的实时监测。

13.根据权利要求12所述的电池光纤原位检测方法,其特征在于,实现对电池内部电量的实时监测,具体为:光谱中包层模的截止模式的波长漂移或者光学强度变化过程仅出现与电池充放电过程同频率周期的“主峰”信号,不出现双倍频率周期“次峰”信号,通过分析光学“主峰”信号的强弱,实现对电池内部电量的定量测量。

14.根据权利要求12所述的电池光纤原位检测方法,其特征在于,实现对电池内部温度的实时监测,具体为:通过光谱中包层模的纤芯模式的波长漂移或者光学强度变化,作为电池内部温度的定性评判依据。

15.根据权利要求12所述的电池光纤原位检测方法,其特征在于,实现对电池内部压力的实时监测,具体为:对于反射式光纤传感器,通过光纤传感器端头的干涉反射光漂移或者光强变化定量测量电池内部压力;对于透射式光纤传感器,在倾斜布拉格光纤光栅前端或后端加入压力敏感结构,包括光纤干涉腔、微结构光纤、光纤光栅、微纳光纤、光纤耦合结构其中之一的波长漂移、光学强度及相位变化,作为电池内部压力的定性评判依据。

16.根据权利要求8-11任一项所述的电池光纤原位检测方法,其特征在于,所述方法还包括:根据电化学工作站和光谱仪的电池充放电过程的记录,绘制成电学信号和光学信号的曲线图,检测电池充放电过程中电学信号和光学信号的变化全过程。

17.根据权利要求8-11任一项所述的电池光纤原位检测方法,其特征在于,所述搭建光纤传感光路,具体为:对于反射式光纤传感器,光源发出的光经过环形器/光纤合束器后入射到光纤传感器,光纤传感器反射回来的光再经过环形器/光纤合束器输入到光谱仪中;对于透射式光纤传感器,光源发出的光经过光纤传感器输入到光谱仪中;光纤传感器内部的倾斜布拉格光纤光栅将纤芯模式的光耦合至高阶包层模式;

当与光纤传感器紧贴的电极表面生长出枝晶时,包层模式中截止模式的倏逝波光场与光纤传感器表面的电解液离子、枝晶相互作用,并导致光谱的变化,这一现象在光谱仪中显示,截止模式的倏逝波光场体现在光谱仪的反射光谱上是一个衰减包络。


技术总结
本发明公开了一种电池光纤原位检测系统及方法,所述系统包括光源、光谱仪和光纤传感器,所述光纤传感器为反射式光纤传感器或透射式光纤传感器,所述光纤传感器植入电池内部,与电池内部的其中一个或两个电极紧贴,所述电池与充放电装置、外部用电负载或电化学工作站连接。本发明利用光学手段获取电学信息,将微型的光纤传感器植入电池内部,即可实现对电池内部枝晶生长状况的实时原位检测,为由枝晶生长引起的电池安全隐患提供提早预警,为电池的开发提供有力的手段;此外,还可同时检测电池内部的电量、温度和压力信息,具有抗电磁干扰、不带电、低传输损耗、多点复用的特点,可实现对电池组内多个电池的实时、远程、多参量、网络化原位监测。

技术研发人员:郭团;麦耀华;钟海;李凯伟
受保护的技术使用者:暨南大学
技术研发日:2020.08.18
技术公布日:2020.12.08
当前第2页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1