電動汽車電池光纖溫度傳感器學術研究
電動汽車行業正處于轉型階段。隨著公共和私營部門越來越重視電動汽車，eMobility行業中的每個參與者都在不懈地努力，以更高的效率，更大的容量和更小的尺寸來提高電動汽車的性能。所有這些研究和開發的唯一目標是以更低的成本制造與IC發動機同等甚至更好的電動汽車。
作為電動汽車最關鍵的組件，高壓EV電池最關注的是容量提高，性能優化和成本/尺寸減小。電動汽車電池，電池，模塊和電池組的整個價值鏈中的研究人員一直在致力于快速充電和容量增強項目。
介紹：
電池熱管理是用于快速充電和容量增強項目的EV電池設計和開發中最關鍵的方面之一。電池熱管理中的關鍵步驟是：首先確定發熱源，其次確定設計中的薄弱環節，然后通過設計變更或更好的冷卻機制最終解決熱問題。本文主要關注光纖傳感器在圓柱形電池芯溫度監測中的優勢。
為什么要進行溫度監控：
在快速充電（3C，4C和更高）和放電（6C，8C或更高）的循環下，圓柱形電池面臨巨大的電化學和機械應力。這些連續應力的結果是，細胞內部發熱，熱量沿徑向和軸向傳遞到外表面。了解不同工作條件下電池的應力處理能力變得至關重要。EV電池必須針對廣泛的環境和汽車運行條件進行設計。在產品開發階段準確識別熱問題并有效緩解它們是避免產品召回巨額成本的關鍵。 ?
光纖溫度傳感器的優點：
工程師一直在使用非常小的熱電偶來測量圓柱形電池芯的熱輪廓。為了避免由于熱電偶細胞化學損傷，傳感器涂覆有一個復雜的和昂貴的化學隔離。隔離過程很復雜，仍然不是用于安全，準確地測量電池核心溫度的完整解決方案。因此，由于光纖傳感器的以下特性，光纖溫度傳感器是熱電偶的最合適替代品：?
- 超小?尺寸（0.4毫米）以適合Cell Core。這將確保對圓柱形電池的機械結構的損壞最小。
- 安全：光纖傳感器由二氧化硅，聚酰亞胺，砷化鎵（GaAs）晶體和很小的環氧樹脂制成。完整傳感器的任何成分都不會對細胞化學物質造成任何風險。
- 準確且無噪音的?讀數–傳感器的精度為±0.2?C（相對），重復性為100％。而且此精度不受電池內部應變/壓力的影響。
- 寬的測量范圍：測量范圍?為-269?C至+300?C。
- 更高的響應時間：?傳感器能夠以5Hz至30Hz的采樣率進行測量。
- 傳感器穩定性：?這些傳感器在高電場，磁場和化學領域中非常穩定。
- 降低安裝成本??–傳感器不需要任何昂貴的隔離/涂層。傳感器也可調節以適合電池芯內部的不同位置。
如何在圓柱形電池芯中安裝光纖溫度傳感器？
光纖溫度傳感器可以在單元形成階段或之后安裝。與在制造的電池芯上安裝傳感器相比，在電池形成階段安裝傳感器很簡單。下面的圖1顯示了如何將光纖溫度傳感器安裝到圓柱形電池芯中的詳細視圖。
- 裸光纖傳感器b）帶有一次性吸頭的光纖傳感器
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?數字。EV電池內部安裝了1個光纖傳感器
在細胞形成階段：
這是一種簡單的方法，在組裝過程中，在成型階段之前，可以將光纖溫度傳感器放置在圓柱型電池的核心。這將需要在電池的陰極蓋上鉆一個孔。形成過程后，必須用硅酮密封膠，環氧樹脂或Kapton膠帶密封陰極蓋的開口。
進入制成的電池：
要在現成的電池上安裝光纖溫度傳感器，需要使用電鉆和手套箱。首先，將需要拆卸大約8到10個電池以找出電池類型的內部結構。確定電池的內部結構后，可以將新的電池放在手套箱上鉆孔。手套箱用于防止電池內部暴露于氧氣（O?2）和濕氣（H?2?O）中。尖銳且高精度的鉆頭用于在電池芯上鉆一個小孔。孔必須盡可能小，以免影響電池的電化學行為。鉆孔時必須小心，以免發生短路并保護電極膠卷。
最簡單的鉆孔方法是，打開塑料保護罩上的陰極和鉆孔，然后將光纖傳感器插入芯內。開口必須用特殊的膠水和膠帶密封，以使其密封而不損壞光纖溫度傳感器。
一次性蓋（由聚酰亞胺材料制成）也可用于先插入孔中，然后再插入光纖溫度傳感器，。
然后可以將光纖溫度傳感器連接到監視器以進行溫度測量和趨勢顯示。該監視器可以靈活地記錄溫度數據，顯示時間戳趨勢以及將數據導出到第三方系統。該監視器支持行業標準協議，例如高速CANBUS，Modbus，DNP3.0，并帶有用于主要開發環境（例如Matlab，LabView和python）的驅動程序。傳感器和監視器的安裝。
結論：
光纖溫度傳感器是最適合在電池內部用于電池芯溫度監控的傳感器。光纖溫度傳感器的安裝過程比傳統傳感器更容易，因為光纖溫度傳感器不需要任何隔離。憑借光纖溫度傳感器的更高的準確性，可重復性和響應能力，可以更好地了解內部的化學過程并確定溫度升高的真正原因。從多個實驗中發現，電池芯溫度大多高于電池體溫度，并且差異不是恒定的，而是隨充電和放電速率而變化。在充電和放電結束時，核心溫度最高。
核心電池的溫度監控對于快速充電應用變得至關重要。溫度監控的結果用于電池建模，電池管理系統以及電池，模塊和整個電池組的熱保護。準確的核心電池溫度可確保正確設置熱安全極限，以避免出現熱失控問題。
