jyx123321的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/jyx123321 高分子材料/复合材料/物理凝胶 山东大学材料科学与工程学院教授

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电池安全在线监测的高可靠和低成本技术

已有 1545 次阅读 2023-3-14 10:43 |个人分类:未分类|系统分类:科研笔记

关于新能源汽车的动力电池、太阳能和风能的储能电池的安全在线监测,我总认为现有的电池管理系统(BMS)提供的电压、电流、温度参数是远远不够的,感觉在电池温度、应变和压力三类参数方面应通过准分布式测量技术在线实时采集大量测点的数据,再通过有限元模拟技术实现电池健康状态的数字孪生,最终通过人工智能技术实现电池健康状态的即时可靠评估。该技术方案可见我的科学网博文《双引擎智能决策案例-电池结构安全智能检测》,网页链接:https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=99553&do=blog&id=1373116,也可见另一篇博文《电池结构的热-力安全在线智能检测系统及方法》,网页链接:https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=99553&do=blog&id=1365987

关于电池安全问题,国外也非常重视,例如欧盟在20202月发布了电池2030+计划,为更好了解并监测电池工作过程中的物理参数及电化学反应过程的变化,有效解决“黑箱”问题,提升对电池真实状态的估计精度,提出未来可通过在电池中采用嵌入式传感器,如光纤Bragg光栅(FBG)传感器。

但是,在极其复杂的动力电池和储能电池包中如何才能高可靠、低成本、可制造性强、易于维护和更换、长寿命地嵌入传感器呢?虽然在我的发明专利《电池结构的热-力安全在线智能检测系统及方法》申请书里原则性地列出了一些方法,但是还不足够清晰。

前几天,和国内玻璃钢行业的某龙头企业负责人微信交流,他问:贾老师好!今年您那有没有合适的项目,和您合作。我在这家企业的生产车间里做过很多次特大型玻璃钢制品健康状态的光纤Bragg光栅在线监测实验,也用玻璃钢材料实际封装了数百上千个光纤Bragg光栅传感器并做系统的性能评估,相关技术已被授权了数十件美国和我国发明专利,也算是有了十多年的研究经验(具体信息可见科学网博文《本人作为发明人的76件发明专利分类统计》,网页链接:https://blog.sciencenet.cn/blog-99553-1248963.html )。突然想到,可以把可设计性极强的玻璃钢以薄板形式植入动力电池和储能电池包内,使其与电池的上下表面直接接触,或者把可设计性极强的玻璃钢以蜂窝形式植入动力电池和储能电池包内,使其与电池的侧表面直接接触,再借助阻燃减振密封胶实现玻璃钢材料和电池之间的固定连接;这样的话,只要把准分布式的光纤Bragg光栅传感器和玻璃钢材料预先复合在一起,就可以达到电池温度、应变和压力三类参数的大量测点的低成本、高可靠、同时在线监测。这类内植了大量的准分布式光纤Bragg光栅传感器的玻璃钢薄板的厚度可以小于1mm,基本不会改变电池包的原有结构和尺寸设计。内植大量的准分布式光纤Bragg光栅传感器的玻璃钢薄板可以一次性成型,与此同时实现了光纤Bragg光栅传感器的封装,从而确保高的制造效率、低的制造成本。

可以肯定的是,随着新能源汽车、太阳能和风能的储能电站的快速增加,电池安全性将越来越受到重视。如何发挥多学科交叉优势,通过校企合作,切实低成本、高可靠、可制造性强、易于维护地提高电池安全,是需要全社会重视的问题。抛砖引玉,请大家多提宝贵意见!

 

附上我在大型玻璃钢制品(风电叶片及其模具)智能检测和健康状态评估技术上获得的两项山东省科技进步二等奖证书,也算是社会对自己的一点认可和鼓励。





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