一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统，该系统不同于传统的基于测量电压及控制算法的测量方法，为通过机械波反应电池力学性质的变化，并反推电池的SOC的方法。该系统由载荷激励装置、颗粒晶体系统、力传感器、数据采集装置及智能分析系统构成。给定颗粒晶体系统一个力学激励，测量入射波和反射波，反映电池力学性质的变化，从而反推电池的SOC。此系统有助于测量/辅助测量电池的SOC，使测量结果精确、可靠。

A battery charge state (SOC) measurement system based on mechanical wave

The present invention discloses a mechanical wave based battery charging state (SOC) measuring system, which is different from the traditional measuring method based on the measuring voltage and control algorithm, and it's a method of reversing the SOC of battery by mechanical wave reaction. The system is composed of a load driving device, a particle crystal system, a force sensor, a data acquisition device and an intelligent analysis system. In a given particle crystal system, a mechanical excitation is used to measure the incident wave and reflected wave, reflecting the change of the mechanical properties of the battery, so as to reverse the SOC of the battery. This system helps to measure / assist the measurement of the SOC of the battery, so that the measurement results are accurate and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统
本专利技术涉及锂离子电池及电池充放电领域，主要涉及一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统
技术介绍
锂离子电池在航空航天，汽车，手机等领域有着越来越广泛的应用。正确的估计电池的SOC有助于电池的合理使用。现有的SOC测量方法一般采用通过测量电池电压、电阻、电流的大小通过一定的算法估计得到。目前，SOC估算方法可以归结为电量累积法、电阻测量法和电压测量法3种基本类型。具体包括电量累积法、开路电压法、阻抗法、卡尔曼滤波法、神经网络法等。然而通过这样的估计方法往往会产生很大的误差，这对电池的安全、健康使用带来了严重的制约。测量电池刚度一般采用压缩、三点弯曲等力学测试方法，然而这些测试方法对电池有着不可逆的损害。目前少有无损的通过测量电池等效刚度的方法估计SOC值。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统，拓展了电池荷电状态的估计技术，测量/辅助测量电池的SOC，使测量结果精确、可靠。本专利技术的技术方案为：一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统，所述系统包括载荷激励装置、颗粒晶体系统、力传感器、数据采集装置及智能分析系统；由载荷激励装置给定颗粒晶体系统一个载荷激励，产生机械波，机械波在颗粒晶体系统中传播，其中机械波在未传播到电池之前称为入射波，由电池反射后称为反射波；颗粒晶体系统另一侧与电池接触，当入射波传播到电池处发生反射，反射波仍然在颗粒晶体系统中传播，在机械波传播过程中，由力传感器测量颗粒晶体系统中的入射波和反射波；由数据采集器收集数据；智能分析系统根据获得的入射波和反射波，分析入射波和反射波的幅值和波长变化，根据幅值与波长和电池SOC的关系，反推出电池的SOC值。所述测量系统的应用范围为锂离子电池或锂金属电池。所述颗粒晶体系统由球形颗粒链组成，所述球形颗粒链由三个以上的球形颗粒组成。所述球形颗粒的数量及大小能够调控。所述测量系统可以以单独作为SOC的测量系统，或作为SOC的辅助测量系统。所述力传感器放置方法为：将单个球形颗粒由中心对称分开，将力传感器放于两个半颗粒中间再将两个半颗粒胶粘或者焊接，将包含力传感器的单个颗粒放置于颗粒晶体中。所述根据幅值与波长和电池SOC的关系通过实验获得，即通过对不同已知SOC的电池开展实验获得SOC与波长和幅值的拟合关系。还包括温度传感器，通过温度传感器测量电池温度的手段对SOC的函数关系进行修正。本专利技术与现有技术相比的有益效果：(1)该测量系统不受积累误差的影响，测量准确性不随时间的改变而改变。(2)本专利技术系统是基于电池的力学性质估计电池的SOC值，是电学特性的一个补充。通过实验证实电池的等效模量和等效弯曲模量与电池的SOC线性相关。(3)该系统可以作为现有SOC测量系统的一个辅助系统使用，使测量结果更加精确。(4)通过给颗粒晶体一端激励，通过入射波和反射波幅值和波长的大小反应电池力学性质的变化。附图说明图1为本专利技术的颗粒晶体系统测量刚度的原理与方法；图2为本专利技术的一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统原理图。具体实施方式下面结合附图及实例对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术采用已经成熟的零部件进行组装，载荷激励系统由载荷激励装置、颗粒晶体系统、力传感器、数据采集装置及智能分析系统构成。首先由载荷激励装置给定颗粒晶体系统一个载荷激励，产生机械波，机械波在颗粒晶体系统中传播；颗粒晶体系统另一侧与电池接触，当机械波(入射波)传播到电池处发生反射，反射波仍然在颗粒晶体系统中传播，在机械波传播过程中，由力传感器测量颗粒晶体系统中的入射波和反射波；由数据采集器收集数据。智能分析系统根据获得的入射波和反射波，分析其幅值和波长变化，根据幅值与波长和电池SOC的关系，反推出电池的SOC值。本专利技术的具体实施例如下：本专利技术针对的应用范围为锂离子电池或锂金属电池。本专利技术根据锂离子电池基本力学性质随着SOC的变化关系，可通过机械波的入射波和反射波的变化反应电池力学性质的变化，SOC与波长和幅值的变化关系反推SOC值。如图1所示，本专利技术的颗粒晶体测量刚度的基本测量方法与原理为，利用激振器给定颗粒晶体一端一个激励。机械波从颗粒晶体的一端传播到电池并进行反射，通过测量入射波和反射波的幅值和波长，通过SOC与波长和幅值的变化关系，反推电池的SOC值。如图2所示，本专利技术测量系统包括载荷激励装置、颗粒晶体系统、力传感器、数据采集装置及智能分析系统；由载荷激励装置给定颗粒晶体系统一个载荷激励，产生机械波，机械波在颗粒晶体系统中传播，其中机械波在未传播到电池之前称为入射波，由电池反射后称为反射波；颗粒晶体系统另一侧与电池接触，当入射波传播到电池处发生反射，反射波仍然在颗粒晶体系统中传播，在机械波传播过程中，由力传感器测量颗粒晶体系统中的入射波和反射波；由数据采集器收集数据；智能分析系统根据获得的入射波和反射波，分析入射波和反射波的幅值和波长变化，根据幅值与波长和电池SOC的关系，反推出电池的SOC值。所述颗粒晶体系统由球形颗粒链组成，所述球形颗粒链由三个以上的球形颗粒组成，本专利技术实施例选取为10个(选取的颗粒数量越多对数据采集卡和传感器的采样频率要求越低，但是会给系统增加重量)。颗粒的大小和数量都可以调控，用于更好的获得入射波和反射波的信号。载荷激励系统可采用激振器等给定颗粒晶体系统一个载荷波形。以正旋波为例有初始幅值为A0，初始波长为a0。颗粒晶体由多个实心球体颗粒组成，组成材料可以是钢也可以是其他材料。力传感器用于测量颗粒晶体系统中单个颗粒中的入射波和反射波，力传感器放置方法为，将单个球形颗粒由中心对称分开，将力传感器放于两个半颗粒中间再将两个半颗粒胶粘或者焊接。将包含力传感器的单个颗粒放置于颗粒晶体中。由数据采集卡收集数据。智能分析设备分析的入射波和反射波幅值为A1和A2，入射波和反射波的波长w1和w2。根据SOC与其的函数关系SOC＝f(A1,A2,w1,w2)反推SOC值，此函数关系可以通过对不不同SOC的电池开展实验拟合获得。如图1所示，同时可通过温度传感器测量电池的表面温度T，修正SOC的测量精度，将其函数关系修正为SOC＝f(A1,A2,w1,w2,T)，此函数关系可以通过对不同SOC和温度的电池开展实验拟合获得。所述测量系统可以以单独作为SOC的测量系统，或作为SOC的辅助测量系统。作为辅助测量系统时，作为现有的SOC测量系统辅助系统，在较大的时间间隔中通过本专利技术系统测量SOC并修正SOC值。提供以上实例仅仅是为了描述本专利技术的目的，而不是限制本专利技术的范围。本专利技术的范围由所附权利要求限定。不脱离本专利技术的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本专利技术的范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统，其特征在于：所述系统包括载荷激励装置、颗粒晶体系统、力传感器、数据采集装置及智能分析系统；由载荷激励装置给定颗粒晶体系统一个载荷激励，产生机械波，机械波在颗粒晶体系统中传播，其中机械波在未传播到电池之前称为入射波，由电池反射后称为反射波；颗粒晶体系统另一侧与电池接触，当入射波传播到电池处发生反射，反射波仍然在颗粒晶体系统中传播，在机械波传播过程中，由力传感器测量颗粒晶体系统中的入射波和反射波；由数据采集器收集数据；智能分析系统根据获得的入射波和反射波，分析入射波和反射波的幅值和波长变化，根据幅值与波长和电池SOC的关系，反推出电池的SOC值。

【技术特征摘要】
1.一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统，其特征在于：所述系统包括载荷激励装置、颗粒晶体系统、力传感器、数据采集装置及智能分析系统；由载荷激励装置给定颗粒晶体系统一个载荷激励，产生机械波，机械波在颗粒晶体系统中传播，其中机械波在未传播到电池之前称为入射波，由电池反射后称为反射波；颗粒晶体系统另一侧与电池接触，当入射波传播到电池处发生反射，反射波仍然在颗粒晶体系统中传播，在机械波传播过程中，由力传感器测量颗粒晶体系统中的入射波和反射波；由数据采集器收集数据；智能分析系统根据获得的入射波和反射波，分析入射波和反射波的幅值和波长变化，根据幅值与波长和电池SOC的关系，反推出电池的SOC值。2.根据权利要求1所述的一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统，其特征在于：所述测量系统的应用范围为锂离子电池或锂金属电池。3.根据权利要求1所述的一种基于机械波的电池荷电状态(SOC)测量系统，其特征在于：所述颗粒晶体系统由球形颗粒链组成，所述球形颗粒链由三个以上的球形颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：许骏，刘冰河，王璐冰，吴依静，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11