锂电池应变监测装置、动力电池组及储电站的制作方法

1.本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂电池应变监测装置、动力电池组及储电站。


背景技术：

2.近年来，研究表明锂离子电池在充放电过程中会产生内应力，主要表现为锂离子在电极材料中的频繁脱嵌产生的内应力，以及电极材料在热释放过程中产生的热应力等。这些应力在微观上会造成电极材料的粉化失效，在宏观上则会表现为电池的应变。考虑到目前的电芯仍然是以金属刚性外壳包覆的，当电芯应力过大时电池组可能存在爆炸的危险。
3.锂离子电池在工作时的应力监测具有十分重要的意义。电池的应变监测一方面可以评估电池的健康状况，且可以认为电芯应变大于一定程度时电极已经发生了比较严重的电极粉化现象，并说明电芯失效；另一方面可以防止热应力过大时，可能产生的电芯爆炸问题。目前对锂离子电池组的应变监测实例非常少，且具有以下的困难。首先，考虑到电芯的实际应变较小，对电池组的应变监测需要落实到每个电芯上，且需要尽可能地覆盖在电芯周围，从而需要采用大量传感器；另一方面，市面上常用的压电陶瓷应力应变传感器价格普遍较高，且无法大范围的覆盖电芯表面，因此不适用于电池的监测。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种锂电池应变监测装置、动力电池组及储电站，有效解决了在先技术中锂电池电芯应变监测需采用大量传感器，成本较高且无法完全覆盖电芯表面的问题。
5.本技术实施例提出一种锂电池应变监测装置，包括电池组、分析组件、传感光纤，所述传感光纤和所述分析组件相连；
6.所述电池组包括若干并列设置的电芯排，每个所述的电芯排均包括依次排列的若干电芯，且所述电芯排中相邻所述的电芯之间设置有空隙；
7.所述传感光纤包括监测部和连接部，所述监测部固定于所述空隙内，所述监测部和同一所述电芯排内的两个相邻的所述电芯接触，若干所述监测部通过所述连接部串联；
8.分析组件，所述分析组件和所述传感光纤相连，所述分析组件用于接收并分析所述传感光纤发出的光信号。
9.在一实施例中，每个所述空隙内设置有一个或两个所述的监测部，且每个所述电芯排中的所述监测部和相邻所述电芯排内的一个所述电芯接触。
10.在一实施例中，每个所述的监测部外均套设有包套，所述监测部沿所述电芯轴向延伸，所述包套和所述电芯接触，所述包套位于所述电芯的正极端的旁侧。
11.在一实施例中，所述包套为中空的圆柱套筒状，所述包套外壁面和相邻的所述电芯的外壁面相切。
12.在一实施例中，所述电池组还包括底座，所述底座上开设有若干凹槽，每个所述的电芯均固定于对应的所述凹槽内。
13.在一实施例中，所述凹槽的底面固定有电极集流体，所述电极集流体和所述电芯的负极端接触。
14.在一实施例中，所述分析组件包括相互连接的光调解仪和终端设备，所述光调解仪和所述传感光纤相连。
15.在一实施例中，所述传感光纤还包括光纤温度传感器、光纤应力传感器、光纤振动传感器、光纤化学传感器；所述的光纤温度传感器为点式光纤传感器或分布式光纤传感器。
16.本技术实施例还提出一种动力电池组，包括储电区，所述储电区内设有若干所述的锂电池应变监测装置，若干所述锂电池应变监测装置中的传感光纤相互串联并和同一个分析组件串联；
17.所述分析组件包括光调解仪、终端设备，所述的终端设备和所述的光调解仪通信连接，所述光调解仪接收所述传感光纤的光信号并调解为数字信号发送至终端设备，所述终端设备用于接收并分析所述数字信号。
18.在一实施例中，所述分析组件还包括报警设备，所述报警设备和所述终端设备通信连接。
19.本技术实施例还提出一种储电站，包括储电仓和若干所述的锂电池应变监测装置，所述锂电池应变监测装置设于所述储电仓内。
20.本发明提供的实施例针对在先技术中锂电池电芯应变监测需采用大量传感器，成本较高且无法完全覆盖电芯表面的问题，具有以下有益效果：
21.1、在电芯间设置空隙，并在空隙内沿轴向设置光纤，利用传感光纤实现对电芯应变的监测，进而实现对电池组应变的全覆盖监测，空间占用更小，精度更高，同时空隙的设置也提高了电池组的散热能力；
22.2、在每个电芯四周均设置至少三个光纤监测部，从而通过三点定位的方式准确的定位产生应变的电芯；
23.3、针对动力电池组设置电池组分区管理，在每个分区内设置分析组件，当出现电芯应变时，能够有针对性的对分区内的相应电池组断电检修，保证了整个动力电池组系统供电不中断；
24.4、针对储电站设置储电仓存放电池组，在每个储电仓内设置分析组件，当出现电芯应变时，能够有针对性的对储电仓内的相应电池组断电检修，保证了整个储电站系统供电不中断；
25.本发明结构简洁，空间占用小，利用设置在电芯间隙的光纤实现对电芯应变的全覆盖监测，提高了检测精度，同时提高了电池组的散热能力，实用性强。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例提供锂电池应变监测装置的立体示意图；
28.图2为图1所示的锂电池应变监测装置中电池组立体示意图；
29.图3为图1所示的锂电池应变监测装置中电池组俯视示意图。
30.图4为图1所示的锂电池应变监测装置中电池组主视示意图。
31.图5为图1所示的锂电池应变监测方法中的动力电池组应变监测系统示意图。
32.图6为图1所示的锂电池应变监测方法中的储电站应变监测系统示意图。
33.图中标记的含义为：
34.1、电池组；11、电芯排；111、电芯；12、空隙；13、底座；131、凹槽；
35.2、分析组件；21、光调解仪；22、终端设备；23、报警设备；
36.3、传感光纤；31、监测部；311、包套；32、连接部；
37.4、储电区；5、储电仓。
具体实施方式
38.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图即实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
39.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以是直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
40.还需说明的是，本技术实施例中以同一附图标记表示同一组成部分或同一零部件，对于本技术实施例中相同的零部件，图中可能仅以其中一个零件或部件为例标注了附图标记，应理解的是，对于其他相同的零件或部件，附图标记同样适用。
41.为了说明本发明技术方案，下面结合具体附图及实施例来进行说明。
42.参考图1、图2、图3、图4，实施例一，本实施例提供一种锂电池应变监测装置，能够实现对电池组1各个电芯111应变的全覆盖精确监测，同时还能降低空间占用。
43.本实施例提供一种锂电池应变监测装置，包括电池组1、分析组件2、传感光纤3，传感光纤3和分析组件2相连，其中电池组1为常见的电池组1，即为供电元器件，也是本实施例的监测对象，传感光纤3作为传感器用于监测电池组1的应变，分析组件2和传感光纤3相连，同时接收传感光纤3监测的信号并分析该信号。
44.电池组1包括若干并列设置的电芯排11，每个电芯排11均包括若干依次排列的电芯111，若干电芯111沿横向排列并形成一个电芯排11，每一横排电芯111均为一个电芯排11，若干电芯排11竖向排列形成电池组1，相邻电芯111之间设置有空隙12，即同一个电芯排11内相邻的电芯111之间设置有空隙12，而相邻电芯排11的相邻电芯111之间也存在有空间；相邻两个电芯排11之间交错布置，即一个电芯排11的空隙12对应另一相邻电芯排11的电芯111。
45.传感光纤3包括监测部31和连接部32，监测部31和连接部32为一条光纤的不同位置，其结构完全相同，区别仅在于处于电池组1内的不同位置且起到不同的效果，具体的，监测部31固定于空隙12内，监测部31和同一电芯排11内的两个相邻的电芯111接触，此时每个监测部31都能对应监测两个电芯111，若干监测部31通过连接部32串联并形成一条完整的光纤。
46.监测部31和连接部32为一体连接，其连接方式为每个监测部31两端均一体连接连接部32，该监测部31两端的连接部32分别和相邻两个监测部31的相邻一端一体连接，从而达到一根完整光纤实现监测的技术效果。
47.本实施例提供了一种电池组1的应变监测结构，利用光纤体积小、灵敏的优势，配合空隙12的设置，实现了对每个电芯111的全覆盖监测，同时空隙12的设置还提高了电池组1的散热能力。
48.参考图3，在一实施例中，每个电芯排11内的每个空隙12均和相邻电芯排11的电芯111向对应，即相邻两个电芯排11交错设置，从而保证每个监测部31均能和相邻的电芯111接触。
49.监测部31和相邻电芯排11内的电芯111接触，此时每个监测部31均同时和三个电芯111接触，每个监测部31都能对应监测三个电芯111，每个电芯111也同时和三个监测部31接触并被其监测应力。
50.本实施例中每个监测部31均能同时和相邻的三个电芯111接触，从而实现对电芯111的三点监测，从而能够更好的实现应变电芯111的定位。
51.参考图3，在一实施例中，提供一种监测部31的三点定位监测设置，具体的，每个空隙12内设置有一个监测部31，因相邻电芯排11交错设置，一个电芯排11的空隙12对应另一相邻电芯排11的电芯111，同一电芯排11的相邻两个电芯111、相邻电芯排11的相邻一个电芯111之间的三个空隙12空间相等，且该三个电芯111的轴心连线为一等边三角形，该等边三角形的三边分别划过三个空隙12，一个监测部31设置在该等边三角形的中心，使得该监测部31能够同时和三个电芯111接触，且每个电芯111侧壁均均匀的和三个监测部31接触。
52.该设置能够实现应变电芯111的精确定位，并在多个相邻电芯111同时发生应变时能够直观的形成应变储电区4，便于确定位置。
53.在一实施例中，提供一种监测部31的六点定位监测设置，具体的，每个空隙12内设置有两个监测部31，两个监测部31均同时和相邻的两个电芯111均相切，即两个监测部31分别为空隙12的两端；因相邻电芯排11交错设置，一个电芯排11的空隙12对应另一相邻电芯排11的电芯111，同一电芯排11的相邻两个电芯111、相邻电芯排11的相邻一个电芯111之间的三个空隙12空间相等，且该三个电芯111的轴心连线为一等边三角形，该等边三角形的三边分别划过三个空隙12，一个监测部31设置在该等边三角形的中心，使得该监测部31能够同时和三个电芯111接触；每个电芯111周围均存在六个相邻的电芯111，即存在六个等边三角形，因为每个空隙12中均设置两个监测部31，此时每个电芯111均同时和六个监测部31相接触。
54.该设置能够准确的实现应变电芯111的精确定位，且为整体结构提供了冗余，降低了部分故障损坏对整体的影响。
55.参考图1、图2、图4，在一实施例中，每个监测部31外均套设有包套311，包套311为
中空的圆柱套筒状，监测部31穿过包套311并被包套311夹紧，包套311外壁面和相邻的电芯111的外壁面相切接触，该设置保证监测部31能够沿电芯111轴线延伸，包套311固定套设在监测部31一端的外部，包套311长度较短且和电芯111接触，使得光纤不直接和电芯111接触，防止电芯111过度挤压光纤导致的光纤受力不均匀，因电芯111应变最大的位置位于电芯111轴向两端，故包套311设置在靠近电芯111正极端的旁侧，以便于更好的捕捉电芯111应变变化。
56.本实施例中，电芯111应变时电芯111端头应变最大并挤压相邻的包套311，使光纤产生应变，并引起光纤中光频的移动，从而使分析组件2能够检测处应变的发生。
57.参考图1、图2，在一实施例中，电池组1还包括底座13，底座13用于为电池组1提供固定基础，底座13上开设有若干凹槽131，每个电芯111均固定于对应的凹槽131内，底座13上开设有位于凹槽131之间的通过，监测部31的一端通过该通孔穿过底座13并和连接部32相连，在通孔和包套311的共同作用下，实现对监测部31的定位；同时在凹槽131的底面固定电极集流体，电极集流体和电芯111的负极端接触，电极集流体内嵌平铺在凹槽131底面，起到收集电池组1电流的作用。
58.参考图1，在一实施例中，分析组件2包括相互连接的光调解仪21和终端设备22，终端设备22可以是pc机、手机、笔记本电脑，也可以是其他常见的终端设备22，终端设备22用于接受光调解仪21的发送的信号，并根据该信号控制电池组1的工作状态，光调解仪21和传感光纤3相连，光调解仪21可将传感光纤3的光信号调节为电信号并发送至终端设备22。
59.优选的，传感光纤3还包括光纤温度传感器、光纤应力传感器、光纤振动传感器、光纤化学传感器，前述的各种传感器均和终端设备22相连并调节后的电信号发送至终端设备22，作为终端设备22控制电池组1状态的依据，需注意的是，无论是光纤温度传感器、光纤应力传感器、光纤振动传感器、光纤化学传感器中的哪一种，其光信号来源均为若干检测部和若干连接部32组成的完整光纤。
60.在本实施例中，传感光纤3不仅可以监测电芯111应力的变化，还可以监测电芯111温度变化、振动情况、环境ph值等，从而依靠一条光纤实现对电池组1的多数据监测，降低了空间占用，节省了大量传感器成本，同时还提高了监测精度。
61.优选的，光纤温度传感器为点式光纤传感器或分布式光纤传感器。
62.优选的，光纤温度传感器可以是普通光栅、布里渊动态光栅中任一中的点式光纤传感器，或是其他常见的点式光纤传感器；还可以是光频域反射计、布里渊光时域反射计，或是其他常见的分布式光纤传感器。
63.参考图5，实施例二，提供一种动力电池组1，应用锂电池应变监测装置检测电芯111的应变。
64.该动力电池组1包括储电区4和若干锂电池应变监测装置，锂电池应变监测装置包括电池组1、传感光纤3，每个储电区4设置一个分析组件2，每个电池组1内均设置传感光纤3，若干传感光纤3相互串联并和分析组件2串联，且分析组件2对每个电池组1独立控制，以便于实现对相应电池组1的监测和进行分区断电保护管理。
65.分析组件2包括光调解仪21、终端设备22、报警设备23，终端设备22和光调解仪21、报警设备23通信相连，终端设备22在接收到光调解仪21发送的数字信号后，及时控制相应电池组1断电并同时控制报警设备23示警，报警设备23可以是常见的蜂鸣器、警示灯等声光
报警设备23，也可以其他常见的报警设备23。
66.本实施例中，储电区4的划分可以仅仅是无实物的划分，即将若干个电池组1的传感光纤3和同一个分析组件2相连以此实现分区，也可以是有实物的划分，如将同一储电区4的若干电池组1固定于一个分区基座上实现有实物的区域划分；在该实施例中，同一储电区4内的若干电池组1位于同一水平面上。
67.本实施例在具体使用时，当传感光纤3监测到电池组1的某一个电芯111发生应变时，传感光纤3将变化的光信号发送至光调解仪21，光调解仪21将光信号调解为数字信号后发送至终端设备22，终端设备22控制相应的电池组1断电并控制报警设备23报警，同时在三点定位的系统下，使用者可根据终端设备22准确确定应变电芯111的位置。
68.本实施例能够准确定位应变电芯111，并及时切断应变电芯111对应电池组1的供电并防止爆炸等危险情况的发生，且不影响其他无关储电区4的供电，能够降低电芯111应变对整个动力电池组1的影响，同时便于快速检修和更换电芯111。
69.参考图6，实施例三，本实施例提供一种储电站，应用锂电池应变监测装置，用于监测储电站的电池组1系统应变情况。
70.在本实施例中，将实施例二中的储电区4划分改为储电仓5划分，若干电池组1置于一个储电仓5内，储电仓5具有实物且若干电池组1竖向叠放在储电仓5内，同一储电仓5内相邻电池组1之间存在空间，每个储电仓5对应一个分析组件2。
71.本实施例在具体使用时，当传感光纤3监测到电池组1的某一个电芯111发生应变时，传感光纤3将变化的光信号发送至光调解仪21，光调解仪21将光信号调解为电信号后发送至终端设备22，终端设备22控制相应的储电仓5断电并控制报警设备23报警，同时在三点定位的系统下，使用者可根据终端设备22准确确定应变电芯111的位置。
72.本实施例能够准确定位应变电芯111，并及时切断应变电芯111对应储电仓5的供电，防止爆炸等危险情况的发生，同时该监测方法不影响同一储电仓5内其他电池组1的供电，能够降低电芯111应变对整个储电站系统的影响，同时便于快速检修和更换电芯111。
73.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。