一種面向動力電池內(nèi)部溫度檢測的三維ert柔性傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種面向動力電池內(nèi)部溫度檢測的三維ERT柔性傳感器，包括微控制器模塊、PC機(jī)、激勵信號產(chǎn)生模塊、電極選通模塊、三維電極陣列模塊及信號采集模塊，所述微控制器模塊分別與激勵信號產(chǎn)生模塊輸入端、電極選通模塊輸入端及PC機(jī)輸入端連接，所述微控制器模塊與信號采集模塊相互連接，所述激勵信號產(chǎn)生模塊輸出端與電極選通模塊的輸入端連接，所述信號采集模塊的輸入端與電極選通模塊的輸出端連接，電極選通模塊與三維電極陣列模塊相互連接，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)三維全方位探測動力電池內(nèi)部視電阻率。
【專利說明】
一種面向動力電池內(nèi)部溫度檢測的三維ERT柔性傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電池檢測領(lǐng)域，具體涉及一種面向動力電池內(nèi)部溫度檢測的三維ERT柔性傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及社會的需要，新能源汽車成為最具發(fā)展前景和競爭力的產(chǎn)業(yè)之一。動力電池性能是新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。目前針對動力電池不同性能檢測已成為研究熱點(diǎn)，傳統(tǒng)檢測方法主要面向離線檢測模式，而目前動力電池容易在使用過程中由于操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐晒陌?、漏液甚至爆炸等安全問題，因此急需尋找新的有效檢測方法對動力電池內(nèi)部健康狀態(tài)進(jìn)行在線評估。
[0003]電阻層析成像作為一種基于高密度電阻率法的探測方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)及環(huán)境監(jiān)測、兩相管流的監(jiān)測等領(lǐng)域。其中，電阻率作為主要測量參數(shù)指標(biāo)能夠完整反映被測對象內(nèi)部介質(zhì)構(gòu)成，進(jìn)一步方便分析被測對象的即時健康狀態(tài)。動力電池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由正負(fù)電極、隔膜、電解液、極柱和外殼等組成。視電阻率能夠很好地表征動力電池內(nèi)部材料的物理特性，與動力電池特性有著密切聯(lián)系。因此，對動力電池內(nèi)部視電阻率變化實(shí)時監(jiān)測具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)提出基于電阻層析成像的動力電池內(nèi)部視電阻率測量方法，探索性研究了基于二維檢測模式的動力電池內(nèi)部視電阻率分布規(guī)律，該方法能夠提供豐富、直觀的電池視電阻率剖面反演圖像。然而二維檢測模式尚不能對測線短、厚度深的動力電池內(nèi)部區(qū)域的視電阻率進(jìn)行全區(qū)域探測。目前團(tuán)隊(duì)采用三維全方位探測方法來獲悉動力電池內(nèi)部視電阻率能夠很好地克服二維測量模式存在的不足，其中三維視電阻率測量傳感器則是整個探測方法的核心。三維視電阻率測量需要更高的分辨率、穩(wěn)定性以及實(shí)時性，
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能對測線短、厚度深的動力電池內(nèi)部區(qū)域的視電阻率進(jìn)行全區(qū)域探測的現(xiàn)狀，本實(shí)用新型提供一種面向動力電池內(nèi)部溫度檢測的三維ERT柔性傳感器。
[0006]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種面向動力電池內(nèi)部溫度檢測的三維ERT柔性傳感器，包括微控制器模塊、PC機(jī)、激勵信號產(chǎn)生模塊、電極選通模塊、三維電極陣列模塊及信號采集模塊，所述微控制器模塊分別與激勵信號產(chǎn)生模塊輸入端、電極選通模塊輸入端及PC機(jī)輸入端連接，所述微控制器模塊與信號采集模塊相互連接，所述激勵信號產(chǎn)生模塊輸出端與電極選通模塊的輸入端連接，所述信號采集模塊的輸入端與電極選通模塊的輸出端連接，所述電極選通模塊與三維電極陣列模塊相互連接；
[0008]所述微控制器模塊包括相互連接的上、下行微控制器，用于保證激勵信號時序與?目號米集?目號時序同步；
[0009]所述激勵信號產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生電極選通模塊所需的激勵電流脈沖；
[0010]所述電極選通模塊包括激勵電極選通開關(guān)及測量電極選通開關(guān)，用于三維電極陣列模塊行/列內(nèi)的切換及行/列間的切換；
[0011 ]所述三維電極陣列模塊，由焊接在軟性電路板的銅片電極陣列構(gòu)成，與動力電池表面貼合，用于形成電場。
[0012]所述三維電極陣列模塊采用焊接在軟性電路板的5X10矩形排列的銅片電極陣列構(gòu)成。
[0013]所述信號采集模塊由前級放大電路、工頻濾波電路、次級放大電路以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。
[0014]所述銅片電極具體為直徑5mm，厚度0.6mm的圓形紫銅電極。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016](I)采用5X10矩形排列的電極片面陣列基礎(chǔ)模型，可以實(shí)現(xiàn)三維全方位探測動力電池內(nèi)部視電阻率；
[0017](2)采用軟性電路板(FPC)代替?zhèn)鹘y(tǒng)線纜，集成電極片與硬件系統(tǒng)的所有線路，將電極片直接焊接在軟性電路板上，最后通過接插件將FPC與硬件電路連接，有效提高了測量系統(tǒng)集成性。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型一種面向動力電池內(nèi)部溫度檢測的三維ERT柔性傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是三維ERT柔性傳感器與動力電池組合結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0021 ]實(shí)施例
[0022]如圖1所示，一種面向動力電池內(nèi)部溫度檢測的三維ERT柔性傳感器，包括微控制器模塊、PC機(jī)、激勵信號產(chǎn)生模塊、電極選通模塊、三維電極陣列模塊及信號采集模塊，所述微控制器模塊分別與激勵信號產(chǎn)生模塊輸入端、電極選通模塊輸入端及PC機(jī)輸入端連接，所述微控制器模塊與信號采集模塊相互連接，所述激勵信號產(chǎn)生模塊輸出端與電極選通模塊的輸入端連接，所述信號采集模塊的輸入端與電極選通模塊的輸出端連接，所述電極選通模塊與三維電極陣列模塊相互連接；
[0023]所述微控制器模塊包括相互連接的上行、下行微控制器，上行控制器主要針對不同模塊發(fā)出控制命令，下行微控制器則負(fù)責(zé)信號采集及調(diào)理、時序同步以及與PC機(jī)的實(shí)時通信，上/下行微控制器相互通信確保激勵信號時序與信號采集時序同步。
[0024]微控制器模塊主要采用單片機(jī)作為微控制器，考慮到電極選通模塊需要大量的命令信號，同時激勵信號產(chǎn)生模塊需要增益控制，加上與PC機(jī)的實(shí)時通信，設(shè)計(jì)中采用TI公司的微功耗混合數(shù)字處理器MSP430F169，構(gòu)成雙微控制器架構(gòu)，上/下行微控制器協(xié)同工作能夠大大提高工作效率。
[0025]所述激勵信號產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生電極選通模塊所需的激勵電流脈沖，使電池內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定電場；
[0026]激勵信號產(chǎn)生模塊采用微控制器控制DAC芯片產(chǎn)生頻率可調(diào)的脈沖電壓信號，在基準(zhǔn)電壓作用下，經(jīng)過由可編程儀用放大器與精密運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路，即可產(chǎn)生高精度增益可調(diào)的脈沖電流信號。設(shè)計(jì)中采用DAC0808作為脈沖電壓源；采用PGA203作為儀用放大器，與精密高速集成運(yùn)放AD711構(gòu)成電壓/電流轉(zhuǎn)換電路，只需要一個固定電阻即可得到所需的雙極性脈沖電流信號，其信號幅值可進(jìn)一步通過單片機(jī)MSP430編程控制PGA203的放大倍數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
[0027]所述電極選通模塊包括激勵電極選通開關(guān)及測量電極選通開關(guān)，分別完成對激勵電流脈沖信號和被測電壓信號的傳導(dǎo)，用于三維電極陣列模塊行/列內(nèi)的切換及行/列間的切換。
[0028]電極選通模塊選用MAXIM公司的MAX396芯片作為選通開關(guān)，它是16選I高速CMOS模擬開關(guān)芯片，芯片的導(dǎo)通電阻為100 Ω，漏電流為0.75nA，可以滿足系統(tǒng)中橫向10個電極的高速切換。此外，當(dāng)在行/列間切換時，則需額外四片MAX396組成二級選通，保證某一行/列測量結(jié)束時，迅速切換至下一行/列掃描。
[0029]所述三維電極陣列模塊，由銅片電極陣列構(gòu)成，與動力電池表面貼合，用于形成電場。
[0030]所述三維傳感陣列模塊采用5X 10矩形排列的電極片面陣列基礎(chǔ)模型，三維全方位探測動力電池內(nèi)部視電阻率，采用軟性電路板(FPC)代替?zhèn)鹘y(tǒng)線纜，集成電極片與硬件系統(tǒng)的所有線路，將電極片直接焊接在軟性電路板上，最后通過接插件將軟性電路板(FPC)與硬件電路連接。
[0031]所述電極片面陣列中，電極采用紫銅材料，紫銅電阻率標(biāo)準(zhǔn)值為1.75X10—6Ω.m，具有良好的導(dǎo)電性能;其化學(xué)穩(wěn)定性在金屬活動順序表中排列第11位，具有穩(wěn)定的化學(xué)特性;紫銅的電阻率溫度系數(shù)僅為3.9 X 1-V0C，對溫度變化并不敏感，便于安裝在環(huán)境溫度復(fù)雜的動力電池組內(nèi)部。
[0032]所述電極片為尺寸為直徑5mm，厚度0.6mm的圓形紫銅電極片，相鄰極片間距為12mm，前期開展針對動力電池電阻層析成像的多參數(shù)影響正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，全面分析了電極片形狀、電極片厚度、激勵電流大小和電極排列方式等因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響顯著程度。
[0033]所述軟性電路板(FPC)材質(zhì)柔軟，厚度在Imm以下，極具彈性易彎曲，同時印制有與電極片連接的傳輸線路，極大程度上縮減了使用空間。再者，F(xiàn)PC薄板主要由聚酰亞胺和滌綸薄板制成，具有良好的耐熱性能(280°C以上)。此外，F(xiàn)PC材質(zhì)柔韌有彈性，即使動力電池發(fā)生鼓包等形變也不會產(chǎn)生明顯影響。本新型三維柔性傳感器采用兩個軟性電路板(FPC)構(gòu)成5 X 10陣列模型，可覆蓋電池整個矩形表面。
[0034]信號采集模塊與PC機(jī)連接，完成對激勵電流脈沖信號和被測電壓信號的傳導(dǎo)。設(shè)計(jì)中放大電路采用儀用放大器INA114作為兩級放大電路的核心器件，兩次放大倍數(shù)為1-108;為防止工頻噪聲干擾，采用工頻陷波器F42N50能夠保證信號無損濾波;模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用分辨率12bit的MAX120芯片，1.6us的轉(zhuǎn)換時間能快速將模擬信號轉(zhuǎn)化為可讀取的數(shù)字信號。
[0035]圖2是新型三維ERT柔性傳感器與動力電池組合模型。面向動力電池內(nèi)部溫度檢測的新型三維ERT柔性傳感器將采用軟性電路板(FPC) I作為傳感基底，并采用5 X 5電極矩陣2構(gòu)成傳感器敏感單元焊接在FPC薄板上。如圖2所示，將兩片F(xiàn)PC薄板組合并固定在動力電池3表面上，形成完整的5 X 1傳感陣列測量模塊。
[0036]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種面向動力電池內(nèi)部溫度檢測的三維ERT柔性傳感器，其特征在于，包括微控制器模塊、PC機(jī)、激勵信號產(chǎn)生模塊、電極選通模塊、三維電極陣列模塊及信號采集模塊，所述微控制器模塊分別與激勵信號產(chǎn)生模塊輸入端、電極選通模塊輸入端及PC機(jī)輸入端連接，所述微控制器模塊與信號采集模塊相互連接，所述激勵信號產(chǎn)生模塊輸出端與電極選通模塊的輸入端連接，所述信號采集模塊的輸入端與電極選通模塊的輸出端連接，所述電極選通模塊與三維電極陣列模塊相互連接； 所述微控制器模塊包括相互連接的上、下行微控制器； 所述電極選通模塊包括激勵電極選通開關(guān)及測量電極選通開關(guān)； 所述三維電極陣列模塊，由焊接在軟性電路板的銅片電極陣列構(gòu)成，與動力電池表面貼合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維ERT柔性傳感器，其特征在于，所述三維電極陣列模塊采用焊接在軟性電路板的5 X 10矩形排列的銅片電極陣列構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維ERT柔性傳感器，其特征在于，所述信號采集模塊由前級放大電路、工頻濾波電路、次級放大電路以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維ERT柔性傳感器，其特征在于，銅片電極具體為直徑5mm，厚度0.6mm的圓形紫銅電極。
【文檔編號】H01M10/48GK205429108SQ201520950870
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月25日
【發(fā)明人】洪曉斌, 謝爍熳
【申請人】華南理工大學(xué)