专利名称：一种电池组温度多点测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型实用新型涉及蓄电池管理测试领域，特别是一种能够实时监控电池组中每个单体电池温度的多点测量装置。
背景技术：
随着经济与技术水平的迅速提升，各种功能强大的消费类电子产品日益涌现，例如智能手机、平板电脑、摄像机与娱乐播放器等。这些电子产品往往要求具备移动通信、互联网接入、游戏娱乐与拍照摄像等多种功能，同时必须保证体积小、重量轻，形状多样美观。在产品轻薄化设计的潮流之下，电子产品的供能往往成为一个技术颈瓶。为了满足消费类电子产品对便携式电源的要求，各种新型蓄电池应运而生，例如新型镍氢电池与锂离子电池。新型电池以工作电压高、功率密度和能量密度高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染等优良特性受到广泛欢迎。在为各类移动产品提供大容量动力的同时，新型电池也带来了诸多安全隐患，比如屡见报端的手机电池爆炸事故。温度对锂离子电池的各方面性能都有影响，包括电化学系统的工作状况、循环效率、容量、功率、安全性、可靠性和寿命等，进而可能影响到整个电子系统的性能、可靠性和安全性等。电池温度影响电池的充放电效率，是系统评估电池的可用电量和判断电池是否安全使用的关键性参数。如果电池的温度超过一定值，有可能造成电池的不可恢复性破坏。电池组之间的温度差异造成电池组单体之间的不均衡，从而造成电池寿命的降低。因此，有必要实时检测蓄电池组中各个单体电池的温度变化。传统的电池温度测量主要基于热敏电阻、热电偶和红外成像。热电偶测温技术成熟，使用历史长，商品种类多，是电池研究领域中最常用的点温度测量手段，如专利201110041121.7。热敏电阻测温也因成本低廉、配套电路简单而得到广泛应用，如专利200410088663. X与200980134049. 3。随着集成电路的发展与成本的降低，红外成像技术也变得越来越普及，尤其在面测温中占据了主导地位。但是上述方法在锂离子电池研究与应用领域都有其明显的不足。热电偶需要使用金属线，容易产生短路危险，而且使用的金属材质往往非常硬，给安装和使用带来了很多的不便。热敏电阻方法更适合测量电池管理系统控制部分电路板的温度。当应用于电池表面或者极耳温度测量时，和热电偶类似，需要较长导线作为两极引线。红外成像技术使用物体发射的红外信号进行测量，容易受到空气干扰，精度不够，只能粗糙测量物体表面的温度，而且使用时还需要针对不同被测物体发射率做校正，后续数据处理工作繁杂。为了克服上述不足，本实用新型应用荧光光纤测温技术，实现温度的精确、快速与安全测量。

实用新型内容针对现有技术中的技术缺陷，本实用新型提供一种电池组温度多点测量装置，检测由多个单体电池组成的电池组的温度，其特征在于，所述电池组温度多点测量装置包括多路突光探头、多路前端传输光纤、光学切换开关、分光结构、光电检测器、后端传输光纤和光源，多路荧光探头中的每一路的端部具有荧光材料并且与一个单体电池接触，每一路荧光探头连接一路前端传输光纤，多路前端传输光纤与光学切换开关相连接，每一路前端传输光纤对应光学切换开关中的一个支路，光学切换开关与分光结构、分光结构与光电检测器、分光结构与光源之间通过后端传输光纤相连接；光源产生光脉冲，经由后端传输光纤和分光结构进入光学切换开关，光学切换开关开启一个支路，光脉冲经由该支路、一路前端传输光纤到达相对应的一路荧光探头的端部的荧光材料，荧光材料由光脉冲激发产生激发光，激发光经由所述一路突光探头、所述一路前端传输光纤和光学切换开关进入分光结构，分光结构折射所述激发光经由后端传输光纤进入光电检测器，光电检测器检测所述激发光的时间常数。优选地，所述光脉冲的持续时间为5毫秒。优选地,所述电池组还包括保护电路与充放电控制单元。优选地，所述荧光探头包括光学胶、荧光材料、保护套，其中，所述荧光材料通过光学胶与所述多路前端传输光纤相连接，所述保护套为一荧光材料的薄膜。优选地，所述光学切换开关具有单个后端口和多个前端口，其中，一个前端口和所述后端口形成一个所述支路，所述光学切换开关具备双向信号传输功能并控制所述电池组温度多点测量装置依次循环测量各单体电池的温度。优选地，所述分光结构包括分光片与光学透镜。优选地，所述光源采用紫外发光二极管。本实用新型通过利用荧光光纤测温方法实现了电池组单体电池温度的绝缘测量，有利于电池的安全性能提升。同时采用多路光开关的巡检切换功能，使用分光结构、光电检测器、后端传输光纤和光源作为后端处理组件实现多路测量效果。

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显图1示出根据本实用新型的第一实施例的，一种基于荧光温度传感器的电池组温度多点测量装置的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型应用荧光光纤测温技术，实现温度的精确、快速与安全测量。荧光光纤温度传感器是基于稀土荧光物质的材料特性实现的，某些稀土荧光物质受紫外线照射并激发后，在可见光谱中发射线状光谱，即荧光及其余辉。荧光余辉的衰变时间常数是温度的单值函数，通常温度越高，时间常数越小。只要测得时间常数的值，就可以求出温度。其这种方法的最大优点在于被测温度只取决于荧光材料的时间常数，而与装置的其他变量无关，例如光源强度的变化、传输效率、耦合程度的变化等都不影响测量结果。在常温范围内，一般传感器只能采用接触式的测量方式，而荧光光纤温度传感器既可以采用接触式的测量方式，也可以采用非接触式方式，并可远距离传输，使传感器的光电器件脱离测温现场，避开恶劣环境。由于采用全光纤微小探头，无金属材料，具有完全的电绝缘性，不受高压、强电磁场的影响。荧光光纤温度传感器不仅限于物体表面的定向测量，其探头还可以插入固体物质中、浸入液体中或导入设备中，到达特定区域。具体地，本实用新型为解决其技术问题提供一种电池组多点、实时温度测量装置，包括多路突光探头3、多路前端传输光纤4a、光学切换开关5、分光结构6、光电检测器7、后端传输光纤4b和光源8。多路荧光探头3由光学胶、荧光材料、保护套三部分组成。多路荧光探头3与多路前端传输光纤4a相连接。其中，传输光纤是光传输的介质，同时传输光纤端面也是荧光材料的支撑体。本实施例优选地，采用石英光纤作为传输光纤。石英光纤不仅原材料资源丰富，性能稳定，而且抗拉强度很高，易于弯曲，在常温区传输损耗极小，并且具有包层和保护层，使得光信号在传输过程中不易受杂质光等外界因素影响。光学胶作为荧光材料和多路前端传输光纤4a的连接器，具有良好的透光性和低折射率，不仅能够透过激励光，而且能够透过荧光，并且具有耐化学腐蚀，防水防潮等性能。保护层材料选用聚四氟乙烯用它在荧光材料及光纤外面形成一种薄膜，以便更好的把突光粉固定在传输光纤端部。本实用新型适用于不同稀土元素作为荧光材料的多路荧光探头3与不同的多路前端传输光纤4a相连接，不局限于上文所述方法。光学切换开关5优选地为一进多出的光路切换器件,输出端口与多路前端传输光纤数量一致。光开关具备双向信号传输功能，其控制信号为TTL电平。光学切换开关5可以通过多种方法实现，优选地，使用MEMS制备微型透镜与电压驱动执行器，典型器件如SUN-FSW-1 X8。荧光光纤温度传感器的测量频率可以超过12赫兹，而大多数情况下单体电池的温度变化较缓慢，一般每秒测量一次温度值就可以满足要求。因此，可以通过多路光开关利用一路后端处理依次巡检12个单体电池测温点，极大降低了系统应用成本与测量装置的体积。分光结构6主要由分光片与光学透镜等部分组成。光源8采用紫外发光二极管，紫外发光二极管发出的紫外激励光通过后端传输光纤4b至分光片全反射后经过光学切换开关5切换进入多路前端传输光纤4a传输至多路荧光探头3，激励光激发荧光材料，使荧光材料激发出荧光，被激发出来的荧光通过同一多路荧光探头3返回，通过多路前端传输光纤4a经由光学切换开关5进入分光片，透射后由光学透镜聚焦再由后端传输光纤4b传输至光电检测器7中的光电转换器进行光电转换。分光片的选取要能够使紫外光全反射，使荧光材料发出的荧光透射到光学透镜上，并能过滤到其他杂质光。由于光辐射从光纤一端输出时发射角较大，为此使用一个具有较大数值孔径和较短焦距的光学透镜，使得绝大部分的光信号都能得到利用。本实用新型利用荧光光纤测温方法实现了电池组单体电池温度的绝缘测量，有利于电池的安全性能提升。同时采用多路光开关的巡检切换功能，使用一路后端处理模块实现多路测量效果。为了便于理解，下面将结合附图和实例对本实用新型实用新型做进一步详细说明如图1所示，其示出了由多个单体电池2组成的电池组1、由多路荧光探头3、多路前端传输光纤4a、光学切换开关5、分光结构6、光电检测器7、后端传输光纤4b和光源8组成的电池组温度多点测量系统结构。电池组I包含两节以上的单体电池，如镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池等。既可以针对消费类电子产品的小容量电池，也可以是适用于电动设备的动力电池。电池组I除单体电池之外,还与必要的保护电路与充放电控制单元相连接。假设某时刻需要测量单体电池N的温度值，优选地，通过一光源控制单元令光源8发射一定波长光脉冲,持续较短时间,例如5毫秒。同时光学切换开关5控制单兀产生控制信号，使得与单体电池N荧光温度传感器前端对应的光开关打开。光脉冲经过分光结构后进入光学切换开关5，光脉冲经过光学切换开关5输出端口后达到与电池N接触的多路突光探头3突光粉处。稀土突光粉材料激发产生突光，沿入射光反方向经光学切换开关5到达分光结构，通过分光镜进入光电检测器7计算荧光寿命并求出单体电池表面处温度。当需要测量另外一个单体电池温度时，上述过程类似，只是光开关控制信号不同。为了协调工作，光源控制信号和光开关控制信号必须同步，而且记录所测温度的电池标识，便于数据存储与后续处理。以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。
权利要求1.一种电池组温度多点测量装置，检测由多个单体电池组成的电池组的温度，其特征在于，所述电池组温度多点测量装置包括多路荧光探头、多路前端传输光纤、光学切换开关、分光结构、光电检测器、后端传输光纤和光源，多路突光探头中的每一路的端部具有突光材料并且与一个单体电池接触，每一路荧光探头连接一路前端传输光纤，多路前端传输光纤与光学切换开关相连接，每一路前端传输光纤对应光学切换开关中的一个支路，光学切换开关与分光结构、分光结构与光电检测器、分光结构与光源之间通过后端传输光纤相连接；光源产生光脉冲，经由后端传输光纤和分光结构进入光学切换开关，光学切换开关开启一个支路，光脉冲经由该支路、一路前端传输光纤到达相对应的一路突光探头的端部的荧光材料，荧光材料由光脉冲激发产生激发光，激发光经由所述一路荧光探头、所述一路前端传输光纤和光学切换开关进入分光结构，分光结构折射所述激发光经由后端传输光纤进入光电检测器，光电检测器检测所述激发光的时间常数。
2.根据权利要求1所述的电池组温度多点测量装置，其特征在于，所述光脉冲的持续时间为5毫秒。
3.根据权利要求1所述的电池组温度多点测量装置，其特征在于，所述电池组还包括保护电路与充放电控制单元。
4.根据权利要求1所述的电池组温度多点测量装置，其特征在于，所述荧光探头包括光学胶、荧光材料、保护套，其中，所述荧光材料通过光学胶与所述多路前端传输光纤相连接，所述保护套为一荧光材料的薄膜。
5.根据权利要求1所述的电池组温度多点测量装置，其特征在于，所述光学切换开关具有单个后端口和多个前端口，其中，一个前端口和所述后端口形成一个所述支路，所述光学切换开关具备双向信号传输功能并控制所述电池组温度多点测量装置依次循环测量各单体电池的温度。
6.根据权利要求1所述的电池组温度多点测量装置，其特征在于，所述分光结构包括分光片与光学透镜。
7.根据权利要求1所述的电池组温度多点测量装置，其特征在于，所述光源采用紫外发光二极管。
专利摘要本实用新型涉及一种电池组温度多点测量装置，检测由多个单体电池组成的电池组的温度，其特征在于，所述电池组温度多点测量装置包括多路荧光探头、多路前端传输光纤、光学切换开关、分光结构、光电检测器、后端传输光纤和光源，多路荧光探头中的每一路的端部具有荧光材料并且与一个单体电池接触，每一路荧光探头连接一路前端传输光纤，多路前端传输光纤与光学切换开关相连接，每一路前端传输光纤对应光学切换开关中的一个支路，光学切换开关与分光结构、分光结构与光电检测器、分光结构与光源之间通过后端传输光纤相连接。
文档编号G01K11/32GK202869693SQ20122056197
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者杜翀, 何亮明 申请人:上海中科智能控制技术有限公司