基于光纤技术的新能源汽车电池安全监测--FOM²系统

为什么要进行动力电池包的温度监测？

新能源电动汽车的动力电池包的工作温度，不仅会影响电池包性能，而且直接关系到车辆安全。时有发生的新能源汽车电池包起火事件，对电池包、冷却系统以及电池管理系统（BMS）的设计提出了更高的要求。对动力电池包进行温度监测，可以用来验证电池包相关的热模型，辅助电池包内各功能单体与模块设计；也可以用于电池管理系统监测，当发现电池包温度超过安全阈值等变化异常时，发送报警信号进行早期预警，以避免危险发生。

光纤光栅电池包测温系统

当前，常用的电池温度测量方法包括热电耦和红外成像，但在针对电池包的大规模测温应用中，上述两种方法却存在着一些不足。热电耦使用金属线，可能引起电池模组内短路，而且金属材质较硬，给安装和使用带来不便；红外成像使用物体发射的红外信号进行测量，只能够粗略测量物体表面的温度，同时还要针对不同的测量对象作校正。利用光纤材料的光敏特性，在光纤上用紫外光刻写光栅，形成周期性缺陷结构，形成永久性空间的相位光栅，即光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, 简称FBG）。

当入射光进入FBG时，在满足布拉格条件的情况下，会发生选择性反射。由于光纤光栅的栅距是沿光纤轴向分布的，因此当外界温度发生变化时，光纤光栅将产生轴向应变与折射率变化，波长也随之改变。通过对反射光波长的解调，获得中心波长偏移量，进而通过测量系统软件计算出相应的温度变化情况。

紧凑型光纤测量和监测系统（Fiber-Optic Measuring and Monitoring，简称FOM²），用于实时测量和监测动力电池包的温度情况。系统最多可接入2400个FBG传感器，通过专用的系统软件，可高精度、稳定的采集被测电池包的温度数据，进而通过极值、平均值、变化速率等数理统计方式分析被测对象的当前状态，为电池包的安全设计及验证提供准确的数据参考。

FOM²系统特点

• 多达2400个温度测量点，适用于大规模测量；
• 光纤柔软质轻，绝缘，抗电磁干扰，易于安装；
• 支持结构模型导入，测量数据可追溯，数据云图可视化显示；
• 系统含有极值、均值、变化率等统计分析工具，实现灾害早期预警；
• 系统可移植应用于交通、能源等多个领域的结构健康监测。

光纤光栅电池包测温系统监测内容

FBG传感器可以多方向嵌入到整个电池模组中，提供模组温度分布的有用信息。电池模组的温度场可以图形化显示，这将有助于电池模组的优化设计。

在长期工作中，电池包中的电缆容易老化，可能会导致局部过热和起火。通过将FBG传感器安装在电缆的表面和接头上，可以实时监测不同充放电速率下的电缆温度。

通过将FBG传感器安装在冷却板上，FOM²系统可以准确获得冷却板的温度场分布信息。有了这些信息，工程师就可以在气流、材料和护罩设计上做出正确的权衡，这可以在提高冷却板性能的同时降低成本费用。