电池阻抗检测制造技术

本文公开了电池阻抗检测。公开了一种方法，其包括将交流输入电流驱动到电池中，由第一测量电路测量跨电池的电压以获得电压测量值，由第二测量电路测量通过电池的电流以获得电流测量值，以及使用第一测量电路测量通过电池的电流以获得另外的电流测量值。此外，该方法包括基于电流测量值、另外的电流测量值和电压测量值来计算电池的阻抗。

Battery Impedance Detection

Battery impedance detection is disclosed in this paper. A method is disclosed, which includes driving AC input current into the battery, measuring voltage across the battery by the first measuring circuit to obtain voltage measurement value, measuring current through the battery by the second measuring circuit to obtain current measurement value, and using the first measuring circuit to measure current through the battery to obtain additional current measurement value. In addition, the method includes calculating the battery impedance based on current measurements, additional current measurements and voltage measurements.

【技术实现步骤摘要】
电池阻抗检测
本公开一般地涉及检测或测量电池的阻抗。特别地，本公开涉及用于检测电池的阻抗的方法和电子电路。
技术介绍
诸如锂离子(Li离子)电池等电池的复阻抗可以用于获得关于电池状态的信息。该信息可以包括温度、充电状态或劣化信息，仅举几个示例。基于阻抗获得该信息利用阻抗随着被驱动到电池中的或从电池汲取的电流的频率变化而变化的这一事实。例如，测量温度可以包括将具有不同频率的交流电驱动到电池中，测量每个不同频率下电池的复阻抗，并且基于复阻抗、更具体地基于在不同频率下获得的复阻抗的虚部来检测温度。基于阻抗获得电池的状态信息需要可靠的阻抗测量。因此需要可靠地测量电池的阻抗。
技术实现思路
一个示例涉及一种方法。该方法包括将交流输入电流驱动到电池中，由第一测量电路测量跨电池的电压以获得电压测量值，由第二测量电路测量通过电池的电流以获得电流测量值，以及使用第一测量电路测量通过电池的电流以获得另外的电流测量值。该方法进一步包括使用电流测量值、另外的电流测量值和电压测量值来计算电池的阻抗。附图说明下面参考附图解释示例。附图用于说明某些原则，因此仅示出了理解这些原则所必需的方面。附图不按比例绘制。在附图中，相同的附图标记表示相同的特征。图1示意性地示出了具有电池和连接到电池的并且被配置为检测电池的阻抗的阻抗检测电路的装置；图2A至图2D示出了电池的不同示例；图3示意性地示出了可以在阻抗检测电路中使用的滤波器的增益和相位如何变化；图4是示出用于检测电池的阻抗的方法的一个示例的流程图；图5示出了阻抗检测电路的一个示例；以及图6更详细地示出了包括在图5中所示的阻抗检测电路中的测量电路的一个示例。具体实施方式在以下详细描述中，参考附图。附图构成说明书的一部分，并且出于说明的目的而示出了如何使用和实现本专利技术的示例。应当理解，除非另外特别说明，否则本文中描述的各种实施例的特征可以彼此组合。图1示意性地示出了具有电池1和阻抗温度检测电路10的装置。阻抗检测电路10连接到电池1的第一电池节点11和第二电池节点12，并且被配置为以下面进一步详细说明的方式检测电池1的阻抗。例如，电池1是锂离子(Li离子)电池。电池1包括至少一个电池单元。在图2A至图2D中示出了如何实现电池1的一些示例。参考图2A，电池1可以包括连接在第一电池节点11与第二电池节点12之间的一个电池单元111。根据图2B中所示的另一示例，电池1包括串联连接在第一电池节点11与第二电池节点12之间的多个电池单元111、121、1n1。根据图2C所示的另一示例，电池1包括并联连接在第一电池节点11与第二电池节点12之间的多个电池单元111、112、11m。根据图2D所示的又一示例，电池1包括具有两个或更多个并联电路的串联电路，其中这些并联电路中的每个电路包括两个或更多个电池单元111、112、11m、1n1、1n2、1nm。基本上，由阻抗检测电路10检测电池1的复阻抗Z(f)包括经由电池节点11、12将交流电流i(t)驱动到电池1中，测量电池节点11、12之间的电压v(t)，测量电流i(t)，以及基于这些测量来计算阻抗。如本文中使用，“交流电流”是包括交流分量并且另外地可以包括直流(DC)偏移的电流。根据一个示例，交流分量是正弦电流分量。下面，具有正弦电流分量的交流电流被称为正弦电流。正弦输入电流i(t)由下式给出其中I0是正弦电流分量的幅度，ω＝2π·f，其中f是要在其下测量阻抗的频率，是相移，并且IDC是可选的DC偏移。如本文中使用，“将电流驱动到电池中”可以包括仅驱动对电池充电的正电流，仅驱动使电池放电的负电流，或者交替地驱动正电流和负电流。如果在等式(1)中给出的示例中，DC偏移IDC为零(IDC＝0)，则存在电流为正的时间段使得电池1充电，并且存在电流为负的时间段使得电池放电，其中在正弦输入电流i(t)的每个周期内，电池1的充电状态不改变。根据另一示例，DC偏移IDC不同于零并且被选择为使得输入电流仅为正或仅为负，其中输入电流i(t)的电流方向可以通过选择DC偏移IDC的符号(正或负)来被调节。使用正弦电流作为交流输入电流i(t)仅是示例。也可以使用具有波形与正弦波形不同的交流分量的交流电流。这些其他类型的波形的示例包括但不限于矩形波形、三角波形、正弦方波形等。例如，当输入电流i(t)是等式(1)中给出的正弦电流时，电池节点11、12之间的电压v(t)是如下交流电压：其中Z0是电池1的复阻抗的大小，是由电池的复阻抗引入的相移，并且R1表示复阻抗的实部。此外，V0是电池电压v(t)的可选偏移。该偏移V0表示电池1的充电状态，即，V0是当没有输入电流(i(t)＝0)被驱动到电池1中时可以在电池节点11、12之间测量的电压。在频域中，电压v(t)和电流i(t)可以写为：如果f＝0，则根据等式(3a)的V(f)由V(f)＝V0+R1·IDC给出。下面，将解释以不同于零的频率(即，f≠0)来评估(测量)阻抗Z(f)。在这种情况下，等式(3a)中的项被称为电压V(f)的AC分量VAC，而在等式(3b)中，被称为电流I(f)的AC分量IAC(f)。在这些公式中的每一个中，f表示要在其下测量阻抗的任意频率。f≠0下电池的复阻抗Z(f)由这些AC分量的商给出，即该复阻抗也可以表示为其中Re{Z(f)}是复电池阻抗Z(f)的实部，并且Im{Z(f)}是复电池阻抗Z(f)的虚部，并且j是虚单位。实部Re{Z(f)}也可以被称为电池1的电阻，并且虚部Im{Z(f)}也可以被称为电池1的电抗。阻抗Z(f)取决于输入电流i(t)的频率f，使得阻抗Z(f)的大小Z0和相位也取决于频率(是频率的函数)，即，Z0＝Z0(f)并且适合于测量跨电池1的电压和通过电池的电流的测量电路可以引入相移并且具有不同于1的增益，使得电压V(f)的AC分量在由第一测量电路测量时可以是以下形式并且电流I(f)的AC分量在由第二测量电路测量时可以是以下形式其中A是第一测量电路的增益，B是第二测量电路的增益，α是由第一测量电路引入的相移，并且β是由第二测量电路引入的相移。如果第一测量电路和第二测量电路相同，使得A＝B并且α＝β，则将等式(4a)应用于在等式(5a)和(5b)中给出的测量值得到正确的阻抗Z(f)。然而，如果测量电路不相同，则从测量值和应用等式(4a)而获得的阻抗包括测量误差并且被给出为其中表示测量误差，其中A/B是由测量电路引入的增益，并且α-β是由测量电路引入的相移。即使第一测量电路和第二测量电路被相同地设计，由于在测量电路中实现的部件的不可避免的变化，增益和相位可能不同。参考图3对此进行解释。图3示出了两个不同的高通滤波器的增益和相位与频率的关系。这种类型的高通滤波器可以在测量电路中实现。这些高通滤波器被相同地设计。然而，在这个示例中，在转角频率fc处，增益之间的差异是2.6dB，并且相位之间的差异是18°。因此，需要基于使用两个不同的测量电路而测量跨电池1的电压和通过电池1的电流来精确地检测电池的阻抗。图4示出了适合于精确地检测电池阻抗的方法的流程图。参考图4，该方法包括将交流电流驱动到电池1中(101)。交流电流可以是上文所述的任何类型的交流电流。在电流被驱动到电池中的情况下，该方法进一步包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：将交流输入电流驱动到电池中；由第一测量电路测量跨所述电池的电压，以获得电压测量值；由第二测量电路测量通过所述电池的电流，以获得电流测量值；使用所述第一测量电路测量通过所述电池的电流，以获得另外的电流测量值；以及基于所述电流测量值、所述另外的电流测量值和所述电压测量值来计算所述电池的阻抗。

【技术特征摘要】
2017.10.12 US 15/782,3401.一种方法，包括：将交流输入电流驱动到电池中；由第一测量电路测量跨所述电池的电压，以获得电压测量值；由第二测量电路测量通过所述电池的电流，以获得电流测量值；使用所述第一测量电路测量通过所述电池的电流，以获得另外的电流测量值；以及基于所述电流测量值、所述另外的电流测量值和所述电压测量值来计算所述电池的阻抗。2.根据权利要求1所述的方法，其中获得所述电压测量值和所述电流测量值包括：同时由所述第一测量电路测量跨所述电池的电压和由所述第二测量电路测量通过所述电池的电流。3.根据权利要求2所述的方法，其中获得所述另外的电流测量值包括：在获得所述电压测量值和所述电流测量值之前或之后，由所述第二测量电路测量通过所述电池的电流。4.根据权利要求1所述的方法，其中获得所述电流测量值和所述另外的电流测量值包括：同时由所述第一测量电路测量通过所述电池的电流以及由所述第二测量电路测量通过所述电池的电流。5.根据权利要求4所述的方法，其中获得所述电压测量值包括：在获得所述电流测量值和所述另外的电流测量值之前或之后，由所述第一测量电路测量跨所述电池的电压。6.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述电池的所述阻抗包括：基于所述电压测量值和所述电流测量值来计算初步阻抗；基于所述电流测量值和所述另外的电流测量值来计算增益和相位误差；以及基于所述初步阻抗和计算的所述增益和相位误差来计算所述阻抗。7.根据权利要求6所述的方法，其中计算所述初步阻抗包括：计算所述电压测量值和所述电流测量值的商，以及其中计算所述增益和相位误差包括：计算所述电流测量值和所述另外的电流测量值的商。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：由第二测量电路测量跨所述电池的电压，以获得另外的电压测量值。9.根据权利要求8所述的方法，其中计算所述电池的所述阻抗包括：基于所述电压测量值和所述电流测量值来计算第一阻抗；基于所述另外的电压测量值和所述另外的电流测量值来计算第二阻抗；以及基于所述第一阻抗和所述第二阻抗来计算所述阻抗。10.根据权利要求9所述的方法，其中基于所述第一阻抗和所述第二阻抗来计算所述阻抗包括：计算所述第一阻抗和所述第二阻抗的乘积；以及计算所述乘积的平方根。11.根据权利要求9所述的方法，其中基于所述第一阻抗和所述第二阻抗来计算所述阻抗包括：基于所述第一阻抗和所述第二阻抗来计算平均值。12.根据权利要求11所述的方法，其中计算所述平均值包括：计算所述第一阻抗和所述第二阻抗的实部的平均值，并且计算所述第一阻抗和所述第二阻抗的虚部的平均值。13.根据权利要求11所述的方法，其中计算所述平均值包括：计算所述第一阻抗和所述第二阻抗的大小的平均值以及所述第一阻抗和所述第二阻抗的相位的平均值。14.一种电子电路，包括：第一输入，被配置为耦合到电池；第二输入，被配置为耦合到电流传感器；第一测量电路；第二测量电路；交叉开关，耦合到所述第一输入、所述第二输入、所述第一测量电路和所述第二测量电路，并且被配置为选择性地将所述第一测量电路与所述第一输入和第二输入中的一个输入连接以及将所述第二测量电路与所述第一输入和所述第二输入中的一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·玛塞利，M·克罗菲查，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE