電動汽車行業(yè)正處于轉(zhuǎn)型階段。隨著公共和私營部門越來越重視電動汽車，eMobility行業(yè)中的每個(gè)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(fā)的唯一目標(biāo)是以更低的成本制造與IC發(fā)動機(jī)同等甚至更好的電動汽車。

作為電動汽車最關(guān)鍵的組件，高壓EV電池最關(guān)注的是容量提高，性能優(yōu)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(gè)價(jià)值鏈中的研究人員一直在致力于快速充電和容量增強(qiáng)項(xiàng)目。

介紹：

電池?zé)峁芾硎怯糜诳焖俪潆姾腿萘吭鰪?qiáng)項(xiàng)目的EV電池設(shè)計(jì)和開發(fā)中最關(guān)鍵的方面之一。電池?zé)峁芾碇械年P(guān)鍵步驟是：首先確定發(fā)熱源，其次確定設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，然后通過設(shè)計(jì)變更或更好的冷卻機(jī)制最終解決熱問題。本文主要關(guān)注光纖傳感器在圓柱形電池芯溫度監(jiān)測中的優(yōu)勢。

為什么要進(jìn)行溫度監(jiān)控：

在快速充電（3C，4C和更高）和放電（6C，8C或更高）的循環(huán)下，圓柱形電池面臨巨大的電化學(xué)和機(jī)械應(yīng)力。這些連續(xù)應(yīng)力的結(jié)果是，細(xì)胞內(nèi)部發(fā)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(yīng)力處理能力變得至關(guān)重要。EV電池必須針對廣泛的環(huán)境和汽車運(yùn)行條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品開發(fā)階段準(zhǔn)確識別熱問題并有效緩解它們是避免產(chǎn)品召回巨額成本的關(guān)鍵。 ?

光纖溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)：

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(xì)胞化學(xué)損傷，傳感器涂覆有一個(gè)復(fù)雜的和昂貴的化學(xué)隔離。隔離過程很復(fù)雜，仍然不是用于安全，準(zhǔn)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：?

1. 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(jī)械結(jié)構(gòu)的損壞最小。
2. 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(huán)氧樹脂制成。完整傳感器的任何成分都不會對細(xì)胞化學(xué)物質(zhì)造成任何風(fēng)險(xiǎn)。
3. 準(zhǔn)確且無噪音的?讀數(shù)–傳感器的精度為±0.2?C（相對），重復(fù)性為100％。而且此精度不受電池內(nèi)部應(yīng)變/壓力的影響。
4. 寬的測量范圍：測量范圍?為-269?C至+300?C。
5. 更高的響應(yīng)時(shí)間：?傳感器能夠以5Hz至30Hz的采樣率進(jìn)行測量。
6. 傳感器穩(wěn)定性：?這些傳感器在高電場，磁場和化學(xué)領(lǐng)域中非常穩(wěn)定。
7. 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(diào)節(jié)以適合電池芯內(nèi)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(xì)視圖。

1. 裸光纖傳感器b）帶有一次性吸頭的光纖傳感器

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?數(shù)字。EV電池內(nèi)部安裝了1個(gè)光纖傳感器

在細(xì)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(gè)孔。形成過程后，必須用硅酮密封膠，環(huán)氧樹脂或Kapton膠帶密封陰極蓋的開口。

進(jìn)入制成的電池：

要在現(xiàn)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(gè)電池以找出電池類型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。確定電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(nèi)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(gè)小孔。孔必須盡可能小，以免影響電池的電化學(xué)行為。鉆孔時(shí)必須小心，以免發(fā)生短路并保護(hù)電極膠卷。

最簡單的鉆孔方法是，打開塑料保護(hù)罩上的陰極和鉆孔，然后將光纖傳感器插入芯內(nèi)。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(jiān)視器以進(jìn)行溫度測量和趨勢顯示。該監(jiān)視器可以靈活地記錄溫度數(shù)據(jù)，顯示時(shí)間戳趨勢以及將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到第三方系統(tǒng)。該監(jiān)視器支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，例如高速CANBUS，Modbus，DNP3.0，并帶有用于主要開發(fā)環(huán)境（例如Matlab，LabView和python）的驅(qū)動程序。傳感器和監(jiān)視器的安裝。

結(jié)論：

光纖溫度傳感器是最適合在電池內(nèi)部用于電池芯溫度監(jiān)控的傳感器。光纖溫度傳感器的安裝過程比傳統(tǒng)傳感器更容易，因?yàn)楣饫w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(zhǔn)確性，可重復(fù)性和響應(yīng)能力，可以更好地了解內(nèi)部的化學(xué)過程并確定溫度升高的真正原因。從多個(gè)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，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(jié)束時(shí)，核心溫度最高。

核心電池的溫度監(jiān)控對于快速充電應(yīng)用變得至關(guān)重要。溫度監(jiān)控的結(jié)果用于電池建模，電池管理系統(tǒng)以及電池，模塊和整個(gè)電池組的熱保護(hù)。準(zhǔn)確的核心電池溫度可確保正確設(shè)置熱安全極限，以避免出現(xiàn)熱失控問題。