一種在線監(jiān)控電池和電容器安全性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開一種無損、在線長期可靠監(jiān)控電池和電容器安全性能的方法，涉及電 池或電容器(含電解電容器與超級電容器）及其組成的電源包或電源組在運行過程中的失 效預(yù)警和安全監(jiān)控管理，屬于能源安全及相關(guān)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 電池或電容器單體及其組成的電源包或電源組由于形變引起的鼓包、泄露、爆炸、 燃燒等安全問題極大影響其廣泛應(yīng)用，所以對其形變進行實時監(jiān)控有利于電源的安全管 理。目前對電池形變進行測試的常用方法中，測試尺寸的方法不僅精確度不高，誤差大，而 且工作強度大，不適合大量單體、電源包或電源組的在線實時安全監(jiān)控；排水法除了不能大 規(guī)模在線實時安全監(jiān)控外，而且存在電極容易短路、包裝破損會釋放出有毒物質(zhì)，甚至引起 燃燒、爆炸等安全問題。另外，目前沒有對電池和電容器長期運行過程中的脹氣和熱效應(yīng)等 引起的形變現(xiàn)象監(jiān)控的有效措施。因此，尋找一種快速、便捷的無損在線檢測電源安全技術(shù) 迫在眉睫，對電動車、備用電源等運行過程中的電源安全管理至關(guān)重要。另外，密閉的電池 或電容器單體及其組成的電源包或電源組實際上是一種壓力容器，其運行過程中產(chǎn)生的熱 或氣體會引起外包裝殼具發(fā)生形變，嚴(yán)重時發(fā)生泄露或爆炸，濺出的易燃溶劑也會引起燃 燒。微觀角度的應(yīng)變聚集到一定程度會引起比較明顯的形變，所以產(chǎn)生形變的應(yīng)變值與應(yīng) 力值密切相關(guān)，可以通過公式進行換算。因此，通過對電源運行過程中的產(chǎn)生形變的應(yīng)變變 化監(jiān)測其安全性能是可行的。
[0004] 作為一種非破壞性的應(yīng)變測量和檢查手段，應(yīng)變儀可以測量材料的靜動態(tài)拉伸與 壓縮應(yīng)變及材料上任意點的應(yīng)變。按照頻率響應(yīng)范圍，應(yīng)變儀可分為靜態(tài)應(yīng)變儀、靜動態(tài)應(yīng) 變儀、動態(tài)應(yīng)變儀和超動態(tài)應(yīng)變儀。不隨時間變化或變化極為緩慢的靜態(tài)應(yīng)變用靜態(tài)電阻 應(yīng)變儀檢測，每次只能測出一個點的應(yīng)變；隨時間變化的動態(tài)應(yīng)變用動態(tài)電阻應(yīng)變儀檢測， 由測量電橋放大器和濾波器等組成，一般有多個通道以便測量多個動態(tài)應(yīng)變信號，每個通 道測量一個動態(tài)應(yīng)變信號，動態(tài)應(yīng)變隨時間而變化，直接反映被測應(yīng)變信號的大小和變化。 電池和電容器在運行過程中由于微觀應(yīng)變會引起比較明顯的宏觀形變。所以利用應(yīng)變儀將 應(yīng)變片采集的電池和電容器的應(yīng)變信息經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳輸給計算機，實現(xiàn)計算機長期可靠在線 監(jiān)控。
[0005] 為了克服目前測試電池和電容器脹氣行為和熱效應(yīng)引起形變的技術(shù)與方法缺陷， 彌補目前沒有無損在線檢測電池和電容器安全性能的不足，本發(fā)明創(chuàng)新性的利用應(yīng)變儀無 損在線監(jiān)控電池和電容器及其組成的電源包或電源組的安全性能，將應(yīng)變片合理分布在電 池和電容器表面，通過檢測電池和電容器產(chǎn)生形變的應(yīng)變變化監(jiān)控其安全性能。該發(fā)明方 法便捷、易操作，準(zhǔn)確可靠，而且對電源沒有損壞，當(dāng)形變量超過安全閾值時，通過電腦軟件 自動終止形變量大的電源，將危險消除在萌芽狀態(tài)，也可以將應(yīng)變換算成應(yīng)力，評價電池和 電容器運行過程中的應(yīng)力分布及其變化規(guī)律，為電源的長期可靠無損在線安全管理提供技 術(shù)支撐。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于電池和 電容器安全性能監(jiān)控的關(guān)鍵工藝技術(shù)，采用無損的應(yīng)變檢測方法監(jiān)控電池和電容器單體及 其組成的包或組的安全性能，發(fā)明方法準(zhǔn)確、靈敏、可靠，響應(yīng)時間短，可以實現(xiàn)長期無損在 線可靠監(jiān)控。
[0008] 本發(fā)明的基本構(gòu)思在于：電池和電容器單體及其組成的包或組在運行過程中會發(fā) 生由微觀應(yīng)變引起的宏觀形變，從微觀角度出發(fā)，利用分布在電源表面的應(yīng)變片監(jiān)測他們 運行過程中的應(yīng)變變化，通過應(yīng)變與應(yīng)力間的關(guān)聯(lián)監(jiān)控安全性能，預(yù)防發(fā)生大的形變，對安 全事故進行有效預(yù)警，也可對安全事故原因進行在線分析，方法快速、準(zhǔn)確，容易操作，對電 源沒有破壞，投資少，效益好。
[0009] 本發(fā)明的目的通過以下方式實現(xiàn)：將應(yīng)變片按一定方式分布在待測電池和電容器 表面指定位置，將應(yīng)變片與應(yīng)變儀連接，通過監(jiān)測電池和電容器的形變實時監(jiān)控其安全性 能。
[0010] 所述的一定方式指適合電池和電容器形狀的應(yīng)變片排布方式，應(yīng)變片的排布位置 與間距滿足測試和精度要求。
[0011] 所述的分布指將應(yīng)變片通過粘合劑粘結(jié)在電池和電容器表面，二者之間有足夠的 粘結(jié)強度以保證共同變形，沒有氣泡、翹起、短接現(xiàn)象。
[0012] 所述的指定位置指電池和電容器表面的幾何中心、邊緣等效位置、應(yīng)力情況復(fù)雜 區(qū)、高應(yīng)力集中區(qū)和一些要求的測試點。
[0013] 所述的實時監(jiān)控指將電池和電容器的應(yīng)變變化通過應(yīng)變儀進行在線監(jiān)視和控制。
[0014] 所述的應(yīng)變儀指靜態(tài)應(yīng)變儀、靜動態(tài)應(yīng)變儀、動態(tài)應(yīng)變儀和超動態(tài)應(yīng)變儀。
[0015] 所述的粘合劑指絕緣性好的具有粘性的物質(zhì)，絕緣電阻高于100MQ。
[0016] 所述的應(yīng)變片的線膨脹系數(shù)與使用溫度滿足測試要求，線膨脹系數(shù)與電池和電容 器的形變系數(shù)匹配。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：解決了電池和電容器及其組成的電源包或電源組安全問題 難以實時監(jiān)控的技術(shù)難題，創(chuàng)造性的提出了一種由待測件表面的應(yīng)變片通過應(yīng)變儀無損在 線監(jiān)控電源安全性能的方法，將應(yīng)變片按一定方式分布在待測電源表面并與應(yīng)變儀連接， 可以由應(yīng)變計算電源內(nèi)的應(yīng)力或殘余應(yīng)力，而且可以在電源運行過程中實時在線監(jiān)控其應(yīng) 變和應(yīng)力變化，對電源沒有損壞，類似于心電圖測試，快速、準(zhǔn)確、便捷，對形變量大的電源 通過軟件控制進行預(yù)警并采取相關(guān)措施，將形變、爆炸、燃燒等危險因素消除在萌芽狀態(tài)， 對電池或電容器單體及其組合和測試環(huán)境要求低，適用于大規(guī)模電源器件的安全性能實時 在線監(jiān)測。本發(fā)明解決了對電池和電容器(尤其數(shù)量多時）實時在線監(jiān)控的技術(shù)難題，彌補 了目前無法實時安全監(jiān)管的技術(shù)不足，具有很高的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0018] 圖1在線監(jiān)控電池和電池組安全性能的應(yīng)變片分布示意圖。
[0019] 圖2在線監(jiān)控扣式電池安全性能的應(yīng)變片分布示意圖。
[0020] 圖3在線監(jiān)控方形軟包裝電池安全性能的應(yīng)變片分布示意圖。
[0021] 圖4在線監(jiān)控18650柱狀電池安全性能的應(yīng)變片分布示意圖。
[0022] 圖5在線監(jiān)控柱狀超級電容器安全性能的應(yīng)變片分布示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步說明，所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基 本說明，但是本發(fā)明不局限于下面例子，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均屬 于本發(fā)明的保護范圍。
[0024] 實施例1 采用多通道動態(tài)電阻應(yīng)變儀長時間實時在線監(jiān)控不同形狀的電池及其組成的電池組 運行過程中的安全性能，箔式應(yīng)變片在不同形狀電池與電池組上的分布示意圖如圖1所 示，在方形電池的面對角線交點和面上的等效位置粘貼應(yīng)變片，在圓形電池的中心與邊緣 等效位置粘貼應(yīng)變片，圓柱電池的上、中、下位置與邊緣等效位置粘貼應(yīng)變