【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光纖傳感領域，具體涉及一種電池化學應力原位監測方法。
技術介紹
1、近年來，新能源驅動的電動汽車領域已經成為全球關注的焦點。鋰離子電池由于其高能量密度、高效率和環境友好性，已經成為一個關鍵的研究領域。此外，其在便攜式電子設備、能量存儲系統和醫療設備等領域也有廣泛的應用。然而，伴隨這些進步而來的是鋰離子電池研究、測試和使用方面的挑戰，這就需要關注電池內部的工作狀態。理解這些問題對于深入了解電池運行狀態和有效管理電池系統至關重要。陽極材料的選擇對于影響鋰離子電池的性能至關重要，含硅陽極材料是制備高比容量電池的首選。然而，它們顯著的膨脹效應對循環和壽命提出了挑戰。隨著電池經歷循環充放電過程，陽極材料可能經歷殘余應變，影響其長期穩定性和性能。因此，電池的應變監測對于預測其運行狀態至關重要。迄今為止，還沒有一種有效的方法能夠實現在鋰電池內部進行分布式的原位監測。
技術實現思路
1、本專利技術提供一種電池化學應力原位監測方法，以解決目前無法對電池陽極板的應變場進行分布式實時重構的問題。
2、根據本專利技術實施例的第一方面，提供一種電池化學應力原位監測方法，包括：步驟s100、將傳感光纖在第一方向以蛇形走線的方式覆蓋電池的陽極板上表面，所述傳感光纖每次彎曲后沿第二方向走線的為第一光纖段，每相鄰兩個第一光纖段之間均通過對應第二光纖段相連，該第一方向與第二方向垂直；
3、步驟s200、針對每個第一光纖段，將該第一光纖段上位于該陽極板之外的兩端分別固定到該陽極板之
4、步驟s300、將所述傳感光纖的一端與應變測量分析系統相連，分別對每個第一光纖段的兩端進行按壓測試，以對各個第一光纖段進行位置標定；
5、步驟s400、所述應變測量分析系統根據每個第一光纖段反向傳輸回的散射信號以及標定的該第一光纖段的兩端位置，確定該第一光纖段上各個測量點處的應變量；根據該第一光纖段上各個測量點處的應變量對該第一光纖段的二維應變場進行重構；根據各個第一光纖段之間的布設關系，獲得由各個第一光纖段的二維應變場構成的該陽極板的三維應變場。
6、在一種可選的實現方式中，當電池充放電時，該陽極板發生化學反應，致使該陽極板發生收縮或膨脹，從而使覆蓋于該陽極板上的第一光纖段受到光纖軸向的壓縮或拉伸，產生光纖軸向應變。
7、在另一種可選的實現方式中，所述保護殼上從上到下依次設置有該陽極板、隔離層和陰極板。
8、在另一種可選的實現方式中，所述第二光纖段鋪設在該陽極板之下的保護殼體上，所述步驟s400中，在根據該第一光纖段上各個測量點處的應變量對該第一光纖段的二維應變場進行重構之前，還包括：所述應變測量分析系統根據每個第二光纖段反向傳輸回的散射信號以及標定的該第一光纖段的兩端位置，確定該第二光纖段的應變量；根據該第二光纖段的應變量，確定該第二光纖段對應溫度；將各個第二光纖段的溫度相加取平均值，獲得該電池的平均溫度；將該平均溫度折算為對應的應變量；將該第一光纖段上各個測量點處的應變量減去該平均溫度對應的應變量。
9、在另一種可選的實現方式中，每個第二光纖段在該第二方向上均完全覆蓋對應側的保護殼，且各個第二光纖段的長度相等。
10、在另一種可選的實現方式中，所述方法還包括：根據該陽極板的三維應變場，確定該陽極板的厚度均勻度。
11、在另一種可選的實現方式中，所述方法還包括：根據在對應制作工藝下制成的不同材料的陽極板的厚度均勻度，確定該制作工藝制作不同材料的陽極板的適配度。
12、在另一種可選的實現方式中，所述方法還包括：針對不同材料的陽極板，將初始三維應變場對應應變量較小的對應材料的陽極板作為性能較好的陽極板。
13、在另一種可選的實現方式中，所述方法還包括：針對每個不同材料的陽極板，以時間為橫坐標，以各個第一光纖段相對于其初始狀態的應變量之和作為縱坐標，繪制該應變量之和隨時間的變化趨勢曲線；確定該變化趨勢曲線中曲線斜率下降時刻以及下降后曲線斜率；確定該變化趨勢曲線的初始斜率；根據各個不同材料陽極板對應的變化趨勢曲線，篩選出初始斜率較高，曲線斜率下降時刻較晚，下降后曲線斜率較高的對應材料陽極板作為性能較好的陽極板。
14、在另一種可選的實現方式中，所述應變量之和為：先針對每個第一光纖段，將該第一光纖段上各個測量點相對于其初始狀態的應變量相加，獲得各個第一光纖段相對于其初始狀態的應變量；再將各個第一光纖段相對于其初始狀態的應變量相加。
15、本專利技術的有益效果是：
16、1、本專利技術將傳感光纖在第一方向上以及與第一方向垂直的第二方向上均覆蓋電池的陽極板，如此可以對整個陽極板的應變量進行監測，從而可以確定對應材料陽極板的均勻度，根據均勻度來調整陽極板材料或制作工藝，并且可以根據對應材料陽極板在使用過程中應變量的整體變化來選擇更優的陽極板材料；本專利技術在布設位于陽極板正上方的第一光纖段時，將第一光纖段的兩端分別固定在陽極板之下的保護殼上，并給第一光纖段施加預應力，使得第一光纖段在監測過程中始終保持拉伸狀態，如此第一光纖段才可以在監測過程中準確檢測出陽極板的形變；本專利技術根據標定的各個第一光纖段的兩端位置、各個第一光纖段反向傳輸回的散射信號以及各個第一光纖段之間的布設關系，可以實現陽極板的三維應變場重構；本專利技術將傳感光纖植入電池內，在實現原位監測的同時不會影響電池性能；并且本專利技術采用的是分布式監測，相比于單點傳感器可以獲取鋰電池陽極材料整個面的應變場而不是單點位置應變信息，具有更高的可靠性；
17、2、本專利技術將第二光纖段上所有測量點的應變量之和作為該第二光纖段的應變量，通過建立第二光纖段應變量與溫度之間的關系來確定第二光纖段對應溫度，由于第二光纖段的應變量較大，基于第二光纖段應變量來反映其溫度的準確度較高；在確定出各個第二光纖段的溫度后將各個第二光纖段的溫度相加再除以第二光纖段的個數，得到電池的平均溫度，如此獲得的電池平均溫度的準確度也較高；本專利技術將第一光纖段上檢測到的應變量減去因電池平均溫度引起的應變量，可以獲得準確的第一光纖段上因陽極板形變發生的應變，由此可以提高陽極板三維應變場重構準確度；
18、3、本專利技術使每個第二光纖段在該第二方向上均完全覆蓋對應側的保護殼，由于第二光纖段與保護殼之間的接觸長度更長，因此更便于熱量快速達到熱平衡，降低溫度對第一光纖段與第二光纖段造成的影響差異；本專利技術使各個第二光纖段的長度相等，如此可以采用統一標準，根據第二光纖段應變量與溫度之間的關系來確定第二光纖段對應溫度；
19、4、本專利技術根據該陽極板的三維應變場，可以確定陽極板的厚度均勻度，根據陽極板的厚度均勻度，還可以對制作工藝對應的陽極板材料或者陽極板材料對應的制作工藝進行選擇；
20、5、本專利技術針對不同材料的陽極板，將初始三維應變場對應應變量較小的對應材料的陽極板作為性能較好的陽極板本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種電池化學應力原位監測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，當電池充放電時，該陽極板發生化學反應，致使該陽極板發生收縮或膨脹，從而使覆蓋于該陽極板上的第一光纖段受到光纖軸向的壓縮或拉伸，產生光纖軸向應變。
3.根據權利要求1所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，所述保護殼上從上到下依次設置有該陽極板、隔離層和陰極板。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，所述第二光纖段鋪設在該陽極板之下的保護殼體上，所述步驟S400中，在根據該第一光纖段上各個測量點處的應變量對該第一光纖段的二維應變場進行重構之前，還包括：
5.根據權利要求4所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，每個第二光纖段在該第二方向上均完全覆蓋對應側的保護殼，且各個第二光纖段的長度相等。
6.根據權利要求1所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，所述方法還包括：根據該陽極板的三維應變場，確定該陽極板的厚度均勻度。
7.根據權利要求6所述的電池化
8.根據權利要求1或6或7所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，所述方法還包括：針對不同材料的陽極板，將初始三維應變場對應應變量較小的對應材料的陽極板作為性能較好的陽極板。
9.根據權利要求8所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，所述方法還包括：針對每個不同材料的陽極板，以時間為橫坐標，以各個第一光纖段相對于其初始狀態的應變量之和作為縱坐標，繪制該應變量之和隨時間的變化趨勢曲線；確定該變化趨勢曲線中曲線斜率下降時刻以及下降后曲線斜率；確定該變化趨勢曲線的初始斜率；
10.根據權利要求9所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，所述應變量之和為：先針對每個第一光纖段，將該第一光纖段上各個測量點相對于其初始狀態的應變量相加，獲得各個第一光纖段相對于其初始狀態的應變量；再將各個第一光纖段相對于其初始狀態的應變量相加。
...【技術特征摘要】
1.一種電池化學應力原位監測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，當電池充放電時，該陽極板發生化學反應，致使該陽極板發生收縮或膨脹，從而使覆蓋于該陽極板上的第一光纖段受到光纖軸向的壓縮或拉伸，產生光纖軸向應變。
3.根據權利要求1所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，所述保護殼上從上到下依次設置有該陽極板、隔離層和陰極板。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，所述第二光纖段鋪設在該陽極板之下的保護殼體上，所述步驟s400中，在根據該第一光纖段上各個測量點處的應變量對該第一光纖段的二維應變場進行重構之前，還包括：
5.根據權利要求4所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，每個第二光纖段在該第二方向上均完全覆蓋對應側的保護殼，且各個第二光纖段的長度相等。
6.根據權利要求1所述的電池化學應力原位監測方法，其特征在于，所述方法還包括：根據該陽極板的三維應變場，確定該陽極板的厚度均勻度。
...
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。