就電池而言，其內(nei) 部的電化學過程很難觀察到，因此，不能直接準確地描述電池的失效過程。由於(yu) 電池內(nei) 部物理和電化學現象的高度複雜性，實時電極表麵反應信息的缺失，有關(guan) 於(yu) 電池的實際狀態在現場檢測中的国产成人在线观看免费网站非常有限。目前電池的檢測係統主要監控諸如電壓、電流和外部溫度等參數，以評估電池的荷電狀態和使用壽命。這些都不能提供電池內(nei) 部的物理和化學狀態的直接信息混合動力汽車的国产成人在线观看免费网站和高密度的能量存儲(chu) 行業(ye) 需要電池有更大的體(ti) 積,電池的內(nei) 部和外部溫度之間的差異可以非常大。而分布式光纖傳(chuan) 感為(wei) 內(nei) 部狀態的監測提供了更多可能。
分布式光纖傳(chuan) 感在鋰電池中的監測
一、鋰電池的檢測技術
電化學檢測法和物理檢測法常用於(yu) 對鋰離子電池檢測，電化學檢測主要是看鋰離子電池在工作過程中輸出的電化學曲線是否與(yu) 正常的工作曲線出現了不同，來判斷電池工作的好壞。而而物理檢測的方法是通過外部的觀測儀(yi) 器或者檢測手段，來獲得鋰離子電池運行狀態參量，包括用一些仿真軟件，模擬電池瞬態分布、工作電壓、液相擴散、電流密度和總熱量的特征規律，尋找引起電池失效或者形變的關(guan) 鍵位置。在鋰離子電池內(nei) 部，較高的溫度會(hui) 導致較高的應變變化，這是由於(yu) 鋰離子在正電極和負電極間的快速傳(chuan) 輸引起的，由於(yu) 電池材料的熱膨脹，導致整個(ge) 電池的形態發生變化。然而，電池內(nei) 部腐蝕性的化學環境對鋰離子電池溫度和應變的檢測是一個(ge) 挑戰。光纖光柵是實現鋰離子電池測量的有效方法，與(yu) 電子類相比，使用光導纖維的優(you) 點是布置方便、響應速度快、抗電磁幹擾、低侵入性和體(ti) 積小。
COMSOL有限元軟件中模擬的鋰電池組溫度梯度圖
二、光柵監測原理
理想情況下的鋰離子電池是希望離子能夠在電極材料之間可逆地脫出和嵌入，不發生電極片上材料消耗、電解液分解、金屬鋰的不可逆沉積等情況，然而實際電池中總有許多諸如上述類似的副反應發生，逐漸降低電池的使用性能，導致失效。這個(ge) 失效的過程無法使用傳(chuan) 統的傳(chuan) 感器檢測，如熱電偶或熱電阻，盡管對溫度的檢測可以告訴我們(men) 熱過程已經被改變，但熱電阻無法告訴我們(men) 在熱過程發生改變前，電池內(nei) 部的物理或結構狀態發生了怎樣的變化，即溫度檢測是結果反映，鋰電池內(nei) 部的狀態變化才是過程反映，如枝晶的生長，材料的脫落，介質膜的失效等等。將光柵植入鋰電池內(nei) 部，這個(ge) 過程是在製造鋰電池的過程中就已經完成。通過監測電池電壓和電流隨電池應變和溫度的變化，從(cong) 形成前的初始分布應變中提取電化學循環後獲得的應變分布，計算出陽極的不可逆應變分布。同時觀察到陽極的膨脹，它們(men) 之間、各個(ge) 邊緣之間的斷麵在形成後經曆了機械壓縮。在形成過程中觀察到不可逆的負極結構變形。 這些結構和溫度的變化數據，一是可以修正COMSOL有限元模擬的模型，二是可以實際指導電極和儲(chu) 能材料的結構設計，這對於(yu) 物理尺寸的設計是非常有用的。且使用的光柵越多，監測點位越密集，效果越好，光纖的尺寸為(wei) 微米級，體(ti) 積小，有助於(yu) 在電池內(nei) 部的布局。
18650電池中傾(qing) 斜光柵的布置示意
軟包鋰電池中布置方式
三、光纖光柵監測技術與(yu) 電池科學結合
国产成人在线观看免费网站具有時間和空間分辨率的光纖傳(chuan) 感技術實現對鋰電池單元內(nei) 部各點溫度和應變的同時監測。通過對電池單元的內(nei) 部熱和結構監測可以提供有價(jia) 值的信息，以進一步了解電池性能下降的機理，觀察電極應變和溫度造成的影響。光纖光柵傳(chuan) 感為(wei) 電極材料的變化提供了進一步的表征方法，有助於(yu) 優(you) 化未來的電池設計。此外，電極應變和溫度測量對於(yu) 驗證電池應力和熱模型至關(guan) 重要，從(cong) 而得到可以防止快速性能退化的可靠電池組設計。總體(ti) 而言，將光學傳(chuan) 感器如光纖光柵傳(chuan) 感器和傳(chuan) 統鋰電池研究方法進行結合將顯著提高電池的安全性、可靠性、性能和壽命。相信這一技術在未來會(hui) 得到廣泛国产成人在线观看免费网站。
（聲明：本文部分圖表參考自CNKI或SPIE數據庫論文，期刊卷及DOI編號都已在引用部分標出；本国产黄色在线观看可提供分布式光纖傳(chuan) 感係統，配合各種工程實踐研究，價(jia) 格優(you) 惠，性能優(you) 異，如有需要，歡迎采購！）
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