一种光纤传感植入结构及其封装方法、电池和电动汽车

本发明涉及锂离子电池安全监测与传感封装，特别是涉及一种光纤传感植入结构及其封装方法、电池和电动汽车。

背景技术：

1、由于圆柱形锂离子电池由正负极片、隔膜卷绕形成卷芯结构，卷芯径向热阻大，电池内部核心区域与外壳表面存在15℃-30℃的热滞后现象，传统外壳贴装测温元件无法捕捉电芯真实温度。目前行业常采用光纤布拉格光栅（fbg）传感器植入电池内部实现原位测温。然而，现有植入方法存在两大缺陷：其一，直接将光纤用胶水固封于卷芯空腔内，卷芯膨胀产生的应力通过胶体传递至光纤，导致fbg的波长漂移同时受温度和应变影响，信号严重交叉耦合，温度测量误差可达±10℃以上；其二，单级胶水密封在电解液长期腐蚀和热交变冲击下易产生微裂纹，导致电解液泄漏或外界水分渗入，引发腐蚀和电池失效。

2、由此可见，如何解决现有电池传感器封装技术中温度-应变交叉敏感和密封易失效的问题，已经成为本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种光纤传感植入结构及其封装方法、电池和电动汽车，解决现有电池传感器封装技术中温度-应变交叉敏感和密封易失效的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明第一方面提供一种光纤传感植入结构，包括应力解耦导管和分级密封组件；其中，

3、所述应力解耦导管具有一轴向贯通的中心空腔，以使光纤传感器穿过所述中心空腔并与所述应力解耦导管的内管壁之间设有预设间隙；所述中心空腔的外径小于电池本体的负极端面中心开设的安装孔的孔径，以在所述应力解耦导管的外壁与所述安装孔的内壁之间形成环形微缝；所述应力解耦导管的下端悬空伸入电池卷芯空腔内，且底端与电池本体的正极防爆盖板内侧设有安全间距；

4、所述分级密封组件设置在所述安装孔与所述应力解耦导管的装配接口处；所述分级密封组件包括同轴布设的第一密封层和第二密封层；其中，所述第一密封层通过厌氧胶在所述环形微缝中经毛细渗透并固化形成，填充于所述环形微缝内；所述第二密封层通过光固化树脂固化形成，覆盖于所述安装孔的外部端口及电池外壳表面，并呈半球状包裹所述应力解耦导管的外露段和所述光纤传感器的引出段外侧。

5、作为其中一种优选方案，所述应力解耦导管的材质为聚醚醚酮，所述应力解耦导管的杨氏模量为3.6gpa-4.0gpa。

6、作为其中一种优选方案，所述应力解耦导管的长度为68mm，所述应力解耦导管的外径为0.7mm，所述应力解耦导管的内径为0.4mm。

7、作为其中一种优选方案，所述孔径比所述外径大0.02mm-0.05mm；所述环形微缝的单侧宽度为25μm。

8、作为其中一种优选方案，所述预设间隙为122μm-125μm；所述安全间距为1.5mm-2.5mm。

9、作为其中一种优选方案，所述厌氧胶的材质为甲基丙烯酸酯，所述厌氧胶的动力粘度为200mpa·s-500mpa·s。

10、作为其中一种优选方案，所述光固化树脂的材质为丙烯酸酯，固化后邵氏硬度不低于d70；所述半球状的底径为3mm-4mm，所述半球状的高度为2mm-3mm。

11、本发明第二方面提供了一种如第一方面所述的光纤传感植入结构的封装方法，包括：

12、在惰性气体保护环境下，于电池本体的负极端面中心轴线处钻制安装孔，以使所述安装孔穿透电池外壳并进入卷芯空腔；所述安装孔的孔径大于应力解耦导管内轴向贯通的中心空腔的外径；

13、将所述应力解耦导管垂直插入所述安装孔内，以使所述应力解耦导管的底端悬空于所述卷芯空腔内，并使所述应力解耦导管与所述安装孔之间形成环形微缝；

14、将光纤传感器穿过所述中心空腔插入所述应力解耦导管内，以使所述光纤传感器的外表面与所述应力解耦导管的内管壁之间设有预设间隙；

15、向所述安装孔与所述应力解耦导管的结合根部施加厌氧胶，利用毛细作用使所述厌氧胶沿所述环形微缝向深层渗透，并在无氧环境下自然固化，形成一级渗透密封结构；

16、在所述安装孔的外部端口及所述应力解耦导管的外露段外侧涂覆光固化树脂，并采用特定波长紫外光照射使所述光固化树脂固化，形成半球状的包覆式二级加固结构。

17、本发明第三方面提供了一种电池，包括如第一方面所述的光纤传感植入结构。

18、本发明第四方面提供了一种电动汽车，包括如第三方面所述的电池。

19、相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：

20、通过设置应力解耦导管，并将光纤传感器悬浮于导管中心空腔，使其在管内处于无约束悬浮状态，利用力学隔离机制实现温-压解耦，并彻底隔绝了电池壳体变形、卷芯膨胀或振动等外部机械应力对光纤传感器的直接传递；同时，导管下端与正极防爆盖板保持安全间距，避免接触引发的应力干扰，由此获得的测量信号仅来源于温度、压力或应变等真实物理量，显著提升了传感精度与可靠性；采用分级密封组件突破了微米级缝隙的深层灌注难题：第一层利用厌氧胶在环形微缝中经毛细渗透并固化，形成致密填充层；第二层采用光固化树脂在端口外形成半球状包裹，前者微观堵漏抗腐蚀+后者宏观抗振防断裂的双重密封协同作用，即使电池长期循环或处于高气压、电解液浸润环境下，仍能有效防止电解液泄漏及外部水分侵入；克服了现有原位光纤传感中交叉敏感和密封易失效的问题，具有高精度和高可靠性。

1.一种光纤传感植入结构，其特征在于，包括应力解耦导管和分级密封组件；其中，

2.根据权利要求1所述的一种光纤传感植入结构，其特征在于，所述应力解耦导管的材质为聚醚醚酮，所述应力解耦导管的杨氏模量为3.6gpa-4.0gpa。

3.根据权利要求1所述的一种光纤传感植入结构，其特征在于，所述应力解耦导管的长度为68mm，所述应力解耦导管的外径为0.7mm，所述应力解耦导管的内径为0.4mm。

4.根据权利要求1所述的一种光纤传感植入结构，其特征在于，所述孔径比所述外径大0.02mm-0.05mm；所述环形微缝的单侧宽度为25μm。

5.根据权利要求1所述的一种光纤传感植入结构，其特征在于，所述预设间隙为122μm-125μm；所述安全间距为1.5mm-2.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种光纤传感植入结构，其特征在于，所述厌氧胶的材质为甲基丙烯酸酯，所述厌氧胶的动力粘度为200mpa·s-500mpa·s。

7.根据权利要求1所述的一种光纤传感植入结构，其特征在于，所述光固化树脂的材质为丙烯酸酯，固化后邵氏硬度不低于d70；所述半球状的底径为3mm-4mm，所述半球状的高度为2mm-3mm。

8.一种如权利要求1至7中任意一项所述的光纤传感植入结构的封装方法，其特征在于，包括：

9.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1至7中任意一项所述的光纤传感植入结构。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池。