基于光纖光柵的鋰電池安全監(jiān)測應(yīng)用效果研究

許 彬，李志遠(yuǎn)，徐伯樂，楊 睿，賈 騰，陳 瑩

(1.上海市徐匯區(qū)消防救援支隊(duì)，上海 徐匯 200030；2.武漢理工大學(xué) 安全科學(xué)與應(yīng)急管理學(xué)院，湖北 武漢430070；3.中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064；4.海軍工程大學(xué) 動(dòng)力工程學(xué)院，湖北 武漢 430034)

隨著能源轉(zhuǎn)型和能源革命的推進(jìn)，具有能量密度高、穩(wěn)定性好、循環(huán)壽命長、綠色無污染、無記憶效應(yīng)、充電時(shí)間短等諸多優(yōu)點(diǎn)的鋰電池被稱為“21世紀(jì)最具有應(yīng)用價(jià)值的理想電源”，因此被廣泛用于便攜式電子設(shè)備、儲能設(shè)備以及電動(dòng)汽車。一方面，鋰離子電池憑借其儲能效益好、對環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。但另一方面，由于單體容量大，鋰離子電池在充放電的過程中易產(chǎn)生熱失控的現(xiàn)象，誘發(fā)包括火災(zāi)、爆炸在內(nèi)的多種事故[1-2]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對鋰離子電池?zé)崾Э氐脑缙诒O(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)開展了大量的研究。楊赟等[3]自主研發(fā)了針對18650型鋰離子電池及電池組的熱失控三級預(yù)警系統(tǒng)，將鋰離子電池及電池組的熱失控劃分為50 ℃、70 ℃、80 ℃3個(gè)階段。劉磊等[4]提出判定鋰離子電池發(fā)生熱失控的條件應(yīng)為：溫度上升速率大于等于2 ℃/s，且電壓下降速率大于等于25%。張斌等[5]提出利用紅外熱成像技術(shù)對電池極柱溫度進(jìn)行監(jiān)控，紅外熱成像不僅可以對電池表面所有點(diǎn)的溫度分布進(jìn)行測量，而且響應(yīng)時(shí)間快。LI等[6]通過將電阻溫度檢測器(RtD)放置在CR2032硬幣電池的電池集電極后面的方式來測量電池內(nèi)外部的溫度，RtD測量得到的電池內(nèi)部溫度比電池外部平均高5.8 ℃，檢測效率高，對鋰電池的干擾小，可以有效防止熱失控事件。馮旭寧[7]開發(fā)了基于電化學(xué)模型和產(chǎn)熱模型的內(nèi)短路檢測算法，該算法能夠以較高的準(zhǔn)確性至少提前半個(gè)小時(shí)檢測出可能會造成鋰離子電池?zé)崾Э氐膰?yán)重內(nèi)短路。黃妙華等[8]以磷酸鐵鋰電池為研究對象，根據(jù)電池的充放電特性，通過Matlab建立合適的網(wǎng)絡(luò)模型，提出組合訓(xùn)練法，找出了網(wǎng)絡(luò)隱含層較優(yōu)節(jié)點(diǎn)數(shù)為20，改進(jìn)了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磷酸鐵鋰電池的SOC估算。郭超超等[9]對荷電量分別為30%和100%的鋰離子電池在熱失控情況下釋放的氣體成分和含量進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)一氧化碳、二氧化碳、氫氣等無機(jī)氣體和甲烷、乙烯等有機(jī)氣體是鋰離子電池?zé)崾Э蒯尫诺臍怏w主要組成成分。NASCIMENTO等[10]使用光纖布拉格光柵光學(xué)傳感器(fiber bragg grating, FBG)和K型熱電偶在正常和異常狀態(tài)下以及不同的放電率下(0.53C，2.67C和8.25C)檢測鋰離子電池頂部、中部和底部的表面溫度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：光纖布拉格光柵傳感器具有比K型熱電偶更好的響應(yīng)速度和分辨率。SUSANA等[11]使用兩條FBG傳感器在操作中分別監(jiān)測鋰離子電池內(nèi)部和外部的溫度變化，發(fā)現(xiàn)外部傳感器與內(nèi)部傳感器檢測到的溫度值有明顯的差異，最大溫差隨著充放電速率的增加而增加，同時(shí)外部傳感器的信號相對于內(nèi)部信號有延遲，但內(nèi)外部傳感器檢測的溫度的總體趨勢是相同的，且溫度的變化顯示出與所施加的電流梯度直接相關(guān)，最高峰始終出現(xiàn)在充電和放電結(jié)束時(shí)。BAE等[12]在鋰鈷氧化物鋰離子電池的石墨陽極分別連接外置(附著式)和內(nèi)置(植入式)光纖傳感器，通過檢測FBG峰的光譜移動(dòng)和分裂，監(jiān)測循環(huán)期間電池內(nèi)部電極的應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)在不同的放電速率、電荷狀態(tài)和循環(huán)中可以重復(fù)觀察到峰值偏移和峰值分裂的現(xiàn)象。

盡管目前針對鋰離子電池?zé)崾Э卦缙诒O(jiān)測預(yù)警已經(jīng)做出了大量的工作，也總結(jié)了鋰離子電池發(fā)生熱失控的判定條件，但是大多數(shù)研究人員僅研究了針對單一鋰離子電池的早期監(jiān)測預(yù)警，然而在實(shí)際的工況中，裝載鋰離子電池的儲能和動(dòng)力系統(tǒng)，電池?cái)?shù)量多達(dá)幾萬甚至上十萬個(gè)，紅外熱成像和特征氣體檢測法受外界環(huán)境的影響因素較大，建立熱電模型模擬分析的算法不具有普適性，電池內(nèi)部阻抗檢測會對阻抗產(chǎn)生感應(yīng)效應(yīng)，嵌入式光纖光柵傳感器會對電池的性能和應(yīng)力場產(chǎn)生影響，貼附于鋰離子電池表面的光纖光柵傳感器能夠同時(shí)檢測溫度和應(yīng)變的變化。因此，筆者將采用光纖光柵傳感器和K型熱電偶兩種傳感器開展不同放電速率和不同特征點(diǎn)下鋰離子電池表面溫度變化的研究，研究光纖光柵測溫應(yīng)用于鋰離子電池?zé)崾Э乇O(jiān)測的可行性，以期得到更為準(zhǔn)確的判定鋰離子電池發(fā)生熱失控的臨界條件。

1 光纖光柵測溫原理及其應(yīng)力與溫度的交叉敏感性

光纖光柵傳感器具有直徑細(xì)、質(zhì)量輕、絕緣、化學(xué)穩(wěn)定性高、抗電磁干擾強(qiáng)、精度高、反應(yīng)靈敏、可實(shí)現(xiàn)分布式測量的優(yōu)點(diǎn)。因此，光纖光柵傳感器可在惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定持久的工作。

光信號由寬帶光源發(fā)出后通過環(huán)形器送入放置于待測場中的光纖光柵中，由于光纖光柵具有周期性折射率，因此當(dāng)特定波長的光通過時(shí)，光會被反射回環(huán)形器并進(jìn)入光譜儀中。反射波長的表達(dá)式為：

λB=2neffΛ

(1)

式中：Λ為相位掩模光柵的周期；neff為光纖芯針對中心波長的折射率。

實(shí)驗(yàn)證明，作用于光纖光柵傳感器上的應(yīng)力場和溫度場等會導(dǎo)致相位掩膜光柵的周期發(fā)生變化，以及光纖芯針對中心波長的折射率發(fā)生變化，使得光纖光柵傳感器的反射波長λ產(chǎn)生一定程度的偏移量Δλ[13]。其中，反應(yīng)外場的力學(xué)量H(如力矩M、應(yīng)力F、應(yīng)變等)和熱學(xué)量G(如溫度T等)通過影響光纖光柵傳感器的Λ值和彈光效應(yīng)產(chǎn)生的Δλ，可導(dǎo)致光纖光柵傳感器出現(xiàn)熱膨脹和熱光效的現(xiàn)象。因此，可得到FBG的Δλ變化式為：

Δλ=ΔλH+ΔλG=K(H)·ΔH+K(G)·ΔG

(2)

式中：ΔλH為由外場力學(xué)量H引起的光纖光柵傳感器偏移量；ΔλG為由外場熱學(xué)量G引起的光纖光柵傳感器偏移量；K(H)為與光纖光柵傳感器系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)、光纖泊松比、光纖泊松比和纖芯有效折射率有關(guān)的常數(shù)；K(G)為與光纖光柵傳感器系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)、纖芯的熱光系數(shù)ζ及其熱膨脹系數(shù)有關(guān)的常數(shù)。

若將光纖光柵傳感器粘貼在鋰離子電池的表面，則光纖光柵傳感器產(chǎn)生的Δλ是由鋰離子電池表面的溫度變化ΔT和應(yīng)變Δε造成的。因此公式可簡化為：

Δλ=Kε·Δε+KT·ΔT

(3)

式中：Kε為光纖光柵傳感器系統(tǒng)的描述應(yīng)變的常數(shù)；Δε為鋰離子電池表面的應(yīng)變變化量；ΔT為鋰離子電池表面的溫度變化量；KT為光纖光柵傳感器系統(tǒng)描述溫度變化的常數(shù)。

由上式就可看出貼附于鋰離子電池表面的光纖光柵傳感器會受到應(yīng)變與溫度的雙重影響。通過對鋰離子電池?zé)崾Э剡^程后的表面參數(shù)進(jìn)行分析，可知，鋰離子電池在熱失控的過程中，溫度會不斷的上升，同時(shí)伴隨著明顯的應(yīng)變產(chǎn)生，這一特點(diǎn)符合光纖光柵傳感器同時(shí)測量溫度的特征。鑒于此，筆者提出全新的衡量鋰離子電池?zé)崾Э氐谋O(jiān)測預(yù)警信號，并將其定義為虛擬溫度。虛擬溫度的表達(dá)式為：

ΔTV=Δλ/C

(4)

式中：ΔTV為虛擬溫度；Δλ為波長的變化量；C為光纖光柵傳感器的靈敏度。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示，實(shí)驗(yàn)裝置的主體由鋰離子電池、K型熱電偶、光纖光柵傳感器、熱電偶數(shù)據(jù)采集儀、電池電壓監(jiān)測系統(tǒng)、光纖光柵解調(diào)儀和上位機(jī)7大部分組成。

圖1 鋰離子電池循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

鋰離子電池采用上海航天電源技術(shù)公司IFP1780123P型方形磷酸鐵鋰電池(18 mm×80 mm×124 mm)，具體參數(shù)如表1所示。

表1 方形磷酸鐵鋰電池參數(shù)

光纖光柵傳感器選用山東圣海光線科技有限公司生產(chǎn)的波長分別為1 530 nm、1 535 nm、1 540 nm、1 545 nm和1 550 nm的五點(diǎn)單模光纖，具體參數(shù)如表2所示。

表2 光纖光柵傳感器參數(shù)

熱電偶采用市場上購買的K型熱電偶，工作溫度在-50 ℃～300 ℃。解調(diào)儀采用武漢理工大學(xué)研制的HS-08型光纖光柵高速波長解調(diào)儀監(jiān)測布拉格波長，其采樣頻率為1 Hz，分辨率為0.1 pm，具體參數(shù)如表3所示。

表3 光纖解調(diào)儀參數(shù)

實(shí)驗(yàn)中熱電偶采用的數(shù)據(jù)采集器是HIO公司生產(chǎn)的MR8870-30型存儲記錄儀，該儀器共有10個(gè)通道，適用于10 mV～50 V電壓的輸入以及各種型號熱電偶的溫度記錄。該數(shù)據(jù)顯示器可通過液晶顯示屏和內(nèi)置處理軟件實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)波形和相關(guān)的運(yùn)行結(jié)果。鋰離子電池通過導(dǎo)線與新威電池檢測系統(tǒng)連接上位機(jī)通過配套的軟件進(jìn)行循環(huán)充放電的工步設(shè)置，控制電池檢測系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止以及對電池電壓的監(jiān)測。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

2.2.1 光纖光柵傳感器與K型熱電偶監(jiān)測點(diǎn)位的布置

為保障實(shí)驗(yàn)的精確性，按照等間距選取監(jiān)測點(diǎn)的原則，在方形鋰離子電池的對角線上選取5個(gè)不同的點(diǎn)位(1號、2號、3號、4號、5號)，點(diǎn)位布置示意圖如圖2所示。將光纖光柵傳感器與K型熱電偶分別布置于對應(yīng)的點(diǎn)位置之上，測定K型熱電偶與恒溫箱環(huán)境溫度的溫度偏差ΔT以及光纖光柵傳感器產(chǎn)生的Δλ。在實(shí)驗(yàn)過程中，光纖光柵熱標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與鋰離子電池循環(huán)充放電實(shí)驗(yàn)的工作溫度控制在10 ℃～50 ℃，光纖光柵傳感器可在0 ℃～300 ℃的范圍內(nèi)工作，K型熱電偶的工作溫度也處于-50 ℃～300 ℃。因此，實(shí)驗(yàn)溫度不會影響光纖光柵傳感器和K型熱電偶的正常工作。

圖2 可充電鋰離子電池示意圖

2.2.2 光纖光柵傳感器的熱校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)

利用可程式恒溫試驗(yàn)箱對光纖光柵傳感器進(jìn)行熱校準(zhǔn)，溫度范圍從10 ℃～40 ℃，步幅為5 ℃，溫度穩(wěn)定30 min之后進(jìn)行5 min的波長數(shù)據(jù)的采集。通過式(4)ΔTV=Δλ/C，其中Δλ為波長的變化量，ΔTV為虛擬溫度的變化量(解釋虛擬溫度)，傳感器的靈敏度可以通過已知的和得到。電池表面5個(gè)光纖光柵傳感器的熱校準(zhǔn)結(jié)果如圖3所示，分別為1號光柵(底部)、2號光柵(中下部)、3號光柵(中部)、4號光柵(中上部)、5號光柵(靠近電池正極，上部)，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間變化，縱坐標(biāo)為光纖光柵的波長變化量Δλ。光纖光柵傳感器波長的變化值與虛擬溫度的變化值ΔTV為線性相關(guān)，且相關(guān)性高，值如表4所示。

圖3 光纖光柵傳感器熱校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果

表4 傳感器的精確度

2.2.3 鋰離子電池循環(huán)充放電實(shí)驗(yàn)

使用新威電池充放電系統(tǒng)對鋰離子電池進(jìn)行充放電測試，電池測試流程圖如圖4所示，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間變化，縱坐標(biāo)為鋰離子電池電壓的變化ΔU。以1C(8 A)的恒流充電倍率進(jìn)行恒流恒壓充電至截止電壓3.6 V，在室溫下靜置30 min，隨后以不同的放電倍率(0.5C、1C、2C)進(jìn)行恒流放電至截止電壓2.5 V，依次循環(huán)3次取平均值，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性。

圖4 電池充放電電壓—時(shí)間曲線圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 光纖光柵傳感器和K型熱電偶的測溫對比

光纖光柵傳感器與熱電偶在不同放電條件下循環(huán)充放電獲取的實(shí)驗(yàn)溫度以及對應(yīng)的電壓如圖5所示，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間的變化，縱坐標(biāo)為溫度變化值ΔT和電池電壓變化數(shù)據(jù)ΔU。

圖5 電池表面不同位置的熱電偶和光纖光柵測溫對比圖

通過圖像可看出兩種傳感器所測得的溫度在很大的程度上是重合的，只有在溫度發(fā)生迅速變化的過程中會產(chǎn)生差異。當(dāng)恒流充電開始時(shí)，電池電壓開始緩慢地升高，電池表面的溫度開始緩慢地上升，當(dāng)恒流充電結(jié)束時(shí)，電池電壓到達(dá)截止電壓，此時(shí)電池表面溫度到達(dá)第一個(gè)峰值，在恒壓充電階段，電池電壓保持不變，表面溫度開始緩慢地下降。隨之而來的擱置階段，電池電壓出現(xiàn)小范圍的下降，電池達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，表面溫度開始繼續(xù)下降直至到達(dá)最低點(diǎn)。當(dāng)電池開始恒流放電時(shí)，電池電壓緩慢下降至截止電壓，電池表面溫度開始緩慢上升，當(dāng)恒流放電結(jié)束時(shí)，電池表面的溫度到達(dá)第二個(gè)峰值，并在擱置期間溫度下降。根據(jù)圖像可看出，光纖光柵傳感器和K型熱電偶均能在電池電壓發(fā)生變化時(shí)對溫度迅速做出反應(yīng)，具有較高的靈敏度。

在放電速率為2C，即放電速率較大的情況之下，當(dāng)鋰離子電池表面溫度開始發(fā)生突變時(shí)，通過測定傳感器達(dá)到鋰離子電池表面最高溫度的50%所用時(shí)間，以此確定位于鋰離子電池表面?zhèn)鞲衅鞯捻憫?yīng)速率，經(jīng)計(jì)算可得光纖光柵傳感器與K型熱電偶的響應(yīng)速率分別為0.439 2 ℃/min和0.363 0 ℃/min。這說明光纖光柵傳感器的反應(yīng)速率大致為K型熱電偶響應(yīng)速率的1.2倍左右。此外，通過測算達(dá)到最高溫度10%的所用時(shí)間與到達(dá)最高溫度90%所用時(shí)間的差值ΔT可得到，相較于K型熱電偶，光纖光柵傳感器的響應(yīng)時(shí)間為其響應(yīng)時(shí)間的85%。對于實(shí)驗(yàn)中所考察的不同的放電速率，各個(gè)位置傳感器所測得的數(shù)值差異不大。該結(jié)果能夠充分證明光纖光柵傳感器比熱電偶有更快的響應(yīng)速率。根據(jù)不同位置傳感器測得的最大溫度偏差。當(dāng)放電速率最小時(shí)，整個(gè)鋰離子電池表面溫度幾乎是相同的，為1.3 ℃左右。此時(shí)，光纖光柵傳感器與K型熱電偶測得的最高溫度時(shí)間點(diǎn)，以及測量的最高溫度的數(shù)值差異性不大。

3.2 不同充放電倍率對鋰電池表面溫度的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋰離子電池表面的溫度變化與充放電倍率具有直接相關(guān)性，溫度峰值一般在鋰離子電池充放電末期出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)符合下列事實(shí)：在放電階段，鋰離子在電池內(nèi)部遷移，形成濃度梯度差，在施加電流的影響下，產(chǎn)生熱量。當(dāng)放電倍率為0.5C時(shí)，電池溫度的最高峰出現(xiàn)在恒流充電的末期；當(dāng)放電倍率為1C時(shí)，充放電最高溫度峰值差異不大；當(dāng)放電倍率為2C時(shí)，最高峰值出現(xiàn)在恒流放電的末期，其原因在于當(dāng)放電倍率增加時(shí)，放電時(shí)間大大減少，電池的散熱效率小于電池的產(chǎn)熱效率，致使電池的溫度上升。隨著放電倍率的增加，電池表面的溫升速率以及最高溫度都顯著增加。當(dāng)放電倍率為0.5C時(shí)，最高溫差為1.328 ℃，升溫速率為0.000 185 ℃/s；放電倍率為1C時(shí)，最高溫差為3.297 ℃，升溫速率為0.000 878 ℃/s；放電速率為2C時(shí)，最高溫差為7.553 ℃，升溫速率為0.004 163 ℃/s。在不同的放電速率的下，五個(gè)位置的光纖光柵傳感器的變化趨勢相同,說明充放電倍率與電池表面溫度變化有關(guān)，這種變化與傳感器的位置無關(guān)。

從2C放電過程中不同位置傳感器的測溫最高值可看出，鋰離子電池表面不同位置的放熱速率具有差異性。在2C的放電速率下，靠近鋰離子電池正負(fù)極位置的5號光纖光柵的溫度變化最大(8.42 ℃)；其次是中部位置的3號光纖光柵(8.09 ℃)，遠(yuǎn)離鋰離子電池負(fù)極的1號光纖光柵傳感器(7.70 ℃)、中上部位置的2號光纖光柵傳感器(7.46 ℃)和中下部位置的4號光纖光柵傳感器(6.94 ℃)溫度變化相差不大，且低于1號光纖光柵傳感器的溫度變化。

3.3 不同放電速率對鋰離子電池應(yīng)變的影響

鋰離子電池表面不同位置下光纖光柵傳感器和熱電偶測得的最高溫差ΔT如圖6和表5所示。可看出當(dāng)放電速率為0.5C時(shí)，兩種傳感器所測量的溫度差異性可忽略不計(jì)，由光纖光柵傳感器測得的最高溫差為1.52 ℃，由K型熱電偶測得的最高溫差為1.49 ℃，二者監(jiān)測的溫度差在0.03 ℃左右；當(dāng)放電速率為1C時(shí)，5個(gè)不同位置測得的最高溫度也基本相同，兩者監(jiān)測結(jié)果的差距大致在0.22 ℃，光纖光柵傳感器測得的最高溫差為3.70 ℃，K型熱電偶測得的最高溫差為3.48 ℃，此時(shí)光纖光柵傳感器與K型熱電偶測得的電池表面溫度就開始出現(xiàn)差異性，與K型熱電偶相比，光纖光柵傳感器所展現(xiàn)出的溫度梯度曲線顯得更為陡峭，且位于中間位置的光纖光柵傳感器與抗性熱電偶測出了溫度的最大值；當(dāng)放電速率為2C時(shí)，鋰離子電池表面開始表現(xiàn)出明顯的溫度梯度，光纖光柵傳感器與K型熱電偶測得的電池表面溫度展現(xiàn)出的溫度偏差更大，兩種傳感器測得的溫度最高值偏差大致為0.95 ℃，且位于鋰離子電池中間位置附近的傳感器測得的溫度差異性最大，光纖光柵傳感器測得的最高溫差為8.09 ℃，熱電偶測得的最高溫差為7.15 ℃。

圖6 不同放電速率下兩種傳感器的測溫差

表5 不同放電速率下兩種傳感器的測溫差

由于光纖光柵傳感器測得的虛擬溫度同時(shí)受到溫度和應(yīng)變的影響，因此根據(jù)不同放電速率條件下，兩種傳感器測量的峰值偏差，可得到以下結(jié)論：鋰離子電池的放電速率越大，兩種傳感器測量的ΔT差異性越大，此時(shí)鋰離子電池表面的應(yīng)變就越大。當(dāng)放電速率為0.5C時(shí)，鋰離子電池表面的應(yīng)變幾乎可以忽略不計(jì)；當(dāng)放電速率為1C時(shí)，鋰離子電池表面的應(yīng)變開始出現(xiàn)變化；當(dāng)放電速率為2C時(shí)，鋰離子電池中部的兩種溫度傳感器測得的溫度偏差高達(dá)0.95 ℃。因此，此時(shí)鋰離子電池表面的應(yīng)變差是最大的。

3.4 光纖光柵傳感器測溫特性分析

通過兩種傳感器的測溫對比，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了光纖光柵傳感器能成功地應(yīng)用于檢測方形鋰離子電池表面溫度的變化。在恒定溫度(25 ℃)的條件下，以恒定的充電速率(1C)和不同的放電速率(0.5C、1C、2C)在表面僅使用一根光纖即可實(shí)現(xiàn)對鋰離子電池表面5個(gè)不同位置的監(jiān)測，利用其復(fù)用能力、可靠性和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，對鋰電池表面溫度分布及其變化的特點(diǎn)進(jìn)行直觀的監(jiān)測和反應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)證明了基于光纖光柵傳感器的鋰離子電池早期監(jiān)測技術(shù)是一種有效、精確、簡單易操作的解決方案，可以在原位、多點(diǎn)和工作中監(jiān)測鋰離子電池表面的溫度分布。

隨著放電速率變大，鋰離子電池的升溫速率加快，兩種傳感器測溫的差異性表現(xiàn)得愈加明顯。相較于K型熱電偶，光纖光柵傳感器具有更短的反應(yīng)時(shí)間和更快的響應(yīng)速率，且光纖光柵傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度和應(yīng)變的同時(shí)監(jiān)測，能夠通過一條光纖就實(shí)現(xiàn)對鋰離子電池表面多點(diǎn)溫度的測量，避免了包括熱電偶在內(nèi)的多種傳感器復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)與布置。因此，在實(shí)際工況中，相較于K型熱電偶，基于光纖光柵傳感器的早期監(jiān)測預(yù)警的技術(shù)具有更高的實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)論

通過鋰離子電池的熱標(biāo)定實(shí)驗(yàn)及循環(huán)充放電實(shí)驗(yàn)，筆者總結(jié)了以下結(jié)論：

(1)鋰離子電池表面的溫度變化與電池充放電的倍率具有直接相關(guān)性，溫差的最大值出現(xiàn)在鋰離子電池充放電的末期，且充放電的倍率越高，鋰離子電池表面溫差的最大值越大。

(2)通過光纖光柵傳感器與K型熱電偶的測溫對比實(shí)驗(yàn)得出，光纖光柵傳感器具有響應(yīng)速率快、多路復(fù)用、布設(shè)簡單、實(shí)時(shí)監(jiān)測、易于定位等優(yōu)點(diǎn)。

(3)基于筆者提出的虛擬溫度(TV)，相較于K型熱電偶，光纖光柵傳感器可實(shí)現(xiàn)對鋰離子電池表面溫度和應(yīng)變的雙重監(jiān)測。因此,在實(shí)際工況中，光纖光柵傳感器作為鋰離子電池表面溫度監(jiān)測的替代，不失為一種更佳的選擇。