新能源汽車大行其道的當下,鋰電池的安全性也就被越來越多的人所關注。那么有什么辦法可以監控到鋰電池的安全性呢?
首先,我們先來了解一下什么是FBG(全稱Fiber Bragg Grating)。FBG的原理與光譜特性見圖1所示,入射光經過FBG時,滿足條件的信號光將發生反射,其他波長則不受影響,繼續往前傳輸。通過光譜的測試,就可以得到反射譜和透射譜了。對應的布拉格中心波長λBragg=2nΛ,其中n為折射率,Λ為光柵周期。參數n和Λ會受到溫度和應變的變化而變化。
圖1. FBG原理及響應光譜(取自橫河光譜儀產品手冊)
所以如果在鋰電池表面分布一些FBG光柵,然后通過FBG反射得到的中心波長變化就能看到,該電池是否受到超出標準的溫度或者壓力了。某知名品牌電動汽車的動力電池由很多小的鋰電池組成。整車差不多有7000顆這樣的電池,分別組成電池包,再組成電池組,最后組成電池板。(如圖2)
圖2:汽車鋰電池組成圖
對這樣的電池進行安全檢測就很有挑戰,可以在電池包周圍安裝或纏繞FBG,通過解析FBG的波長變化來監控溫度和壓力。
圖3:汽車鋰電池FBG分析示意
(圖片來自網絡)
那么還是來更直觀地看一下電池表面的FBG工作方式吧

是不是有一種茅廁頓開的感覺啊?
那我們的光譜儀在生產FBG和使用FBG的過程中就起到了精確測量中心波長的作用了。可以說它是不可或缺的測試設備了。
圖4:FBG測試方法
*圖3中,環形器1端口為輸入光源,2端口為FBG輸入,3端口為FBG反射端口。0端口為光源直接連接光譜儀,4端口為FBG透射端。


圖7 步驟3和4的操作演示
反射率與透過率的操作與上圖一樣。
通過這樣的設置,就可以一步到位得到FBG的反射率或者透過率了,很方便吧?
回到文章一開始說的,利用FBG的特性除了在鋰電池端大有作為外,還能很好地在各行各業嶄露頭角,而且安裝和使用既安全又方便。