用于测量电池内部状态的传感器系统技术方案

本公开涉及用于测量电池内部状态的传感器系统。描述了用于感测车辆电池的内部状态的系统和方法。根据该内部状态信息，可测量、计算或推断出电池的各种物理特性。一种车辆可包括电动马达、电池和传感器，所述电池用于储存用于所述电动马达的电能，所述传感器连接到所述电池以感测电池状态、接收输入信号并且无线地发送指示电池状态的输出信号。所述传感器可以是无源的并且被嵌入在电池的结构内。所述传感器可以是具有磁场传感器的声表面波传感器，所述声表面波传感器可以是磁阻感测器件和温度传感器。

【技术实现步骤摘要】
用于测量电池内部状态的传感器系统
各个实施例涉及用于感测电池状态的系统和方法以及使用所述系统和方法的车辆。
技术介绍
可使用各种传感器来监测车辆中使用的电池，以确定电池的物理特性。可通过附连至电池的汇流条上的热敏电阻器的测量值来近似估计电池的温度；温度传感器也可直接安装在电池单元壳体上。可使用芯片来测量电池单元电压，所述芯片可被复用到多个电池单元、通过电池壳体与物理布线连接并且从电池单元本身汲取电力。用于电流测量的现有技术使用电阻分流器或霍尔效应电流传感器，霍尔效应电流传感器在连接到电池的载流导体的两侧上产生电势差。当期望提高由电池供电的车辆的效率时，关于电池物理状态的更准确的数据可使性能得到改善。
技术实现思路
描述了用于感测车辆的电池的内部状态的系统和方法。根据所述内部状态的信息，可测量、计算或推断出电池的各种物理特性。一种电动车辆(例如，混合动力电动车辆(HEV))可包括电动马达、电池、传感器和控制电路，所述电池用于储存用于所述电动马达的电能，所述传感器连接到所述电池以感测电池状态、接收输入信号并且无线地发送指示所述电池状态的输出信号，所述控制电路用于接收所述输出信号并且控制所述电动马达和所述电池。在特定示例中，所述电池可具有基于所述电池的状态而变化的物理特性。所述物理特性可由所述传感器测量。所述传感器可以是无源的并且被嵌入在所述电池的结构中。在示例中，一种电动车辆或混合动力车辆可包括：电动马达；电池，用于储存用于所述电动马达的电能；声表面波传感器，用于无线地感测所述电池的磁场以及所述电池的温度，所述声表面波传感器包括磁场反应器件，所述磁场反应器件响应于所述磁场而改变表面波。在示例中，所述声表面波传感器包括无源射频识别标签。在示例中，所述控制电路基于来自所述声表面波传感器的输出信号来控制所述电动马达和所述电池。在示例中，所述控制电路根据来自所述声表面波传感器的输出信号来确定电池状态。在示例中，所述电池状态是荷电状态(SOC)或健康状态(SOH)。在示例中，所述声表面波传感器被嵌入在所述电池的壳体内，并且与所述电动马达的控制电路无线地通信。在示例中，所述声表面波传感器包括多个声反射器，并且还被配置为将输入信号转换为声表面波信号，所述声表面波信号由所述多个声反射器反射以形成响应信号并且被所述磁场反应器件修改。在示例中，所述磁场反应器件包括巨磁阻抗(GMI)薄膜。在示例中，机械吸收器在声表面波(SAW)基板上且与所述GMI薄膜相邻，匹配电路将所述GMI薄膜电连接至所述声反射器。在示例中，所述声反射器包括具有指条的叉指反射器，所述指条的厚度为与SAW基板上的信号有关的λ/8。应注意的是，λ为传播波的波长。在示例中，所述声表面波传感器包括用于将感测到的磁场转换为输出电压的电路。本公开还包括一种电池监测系统，所述电池监测系统可包括：声表面波传感器，用于无线地感测电池的状态，并且声表面波传感器具有磁场感测器件、温度传感器和换能器，所述磁场感测器件用于基于电池电极处的磁场修改SAW信号，所述温度传感器用于感测电池处的温度，所述换能器用于无线地输出包括温度和电池状态的输出信号；控制电路，用于将感测到的磁场转换为输出电压信号。在示例中，所述声表面波传感器包括无源射频识别标签。在示例中，所述输出电压表示所述磁场的强度，所述磁场的强度与电池中的锂化程度直接相关。可根据所述输出电压信号确定电池的荷电状态(SOC)或健康状态(SOH)或者与电池的荷电状态(SOC)或健康状态(SOH)相关联。在示例中，所述声表面波传感器被嵌入在电池的壳体内。在示例中，所述声表面波传感器包括多个声反射器，并且所述磁场感测器件包括连接到所述多个声反射器中的至少一个的GMI薄膜。在示例中，所述磁场感测器件包括机械吸收器，所述机械吸收器与所述多个声反射器中的一个以及所述GMI薄膜相邻。在示例中，所述磁场感测器件包括连接到声反射器和所述GMI薄膜的匹配电路在示例中，所述换能器包括用于将感测到的磁场转换为输出信号的转换电路，所述输出信号从所述声表面波传感器被无线地发送至车辆上的外部电路。在示例中，所述声反射器包括具有指条的叉指反射器，所述指条的厚度为与SAW基板上的信号有关的λ/8。在示例中，SAW传感器被标定为：将所述传感器的表示电池端子处的0％锂化和100％锂化的两个极端偏转设置为所述传感器的两个极端位置。传感器的这两个极端位置允许传感器处于其感测范围内，使得传感器可更准确地感测锂化程度，锂化程度可被用于推导电池容量和电池荷电状态本公开还描述了一种可充电电池的监测系统，所述监测系统可包括以上示例中的任何示例。这样的监测系统可被用于车辆(诸如，汽车、混合动力电动车辆)、移动电子装置、移动通信装置等。还公开了一种电池状态确定方法，所述方法可包括：无线地发送输入信号，通过连接到电池的无源传感器接收所述输入信号，输出基于电池的模量而变化的输出信号，使用所述输出信号确定电池状态。附图说明图1是具有电池组的示例性电动车辆。图2由电池单元以及电池单元监测和控制系统组成的电池组布置。图3A和图3B示出了根据此处的教导的基于电池单元的物理特性而具有不同的传感器读数的传感器。图4是根据示例性实施例的用于与电池单元一起使用的传感器的示图。图5是根据示例性实施例的用于与电池单元一起使用的传感器的示图。图6是根据示例性实施例的用于与电池单元一起使用的传感器的示图。图7是根据示例性实施例的用于电动车辆的电池传感器系统的示意图。图8是根据示例性实施例的用于电动车辆的电池传感器系统的参考电路的示意图。图9示出了根据示例性实施例的电池传感器的磁场强度与输出电压的曲线图。具体实施方式在此，本文详细描述了本专利技术的具体实施例；然而，应理解的是，所公开的实施例仅为本专利技术的示例，本专利技术可以以各种形式和替代形式来实施。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本专利技术的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。图1描绘了电动车辆系统100的示例。系统100可包括电动车辆102，电动车辆102可以是具有牵引电池的混合动力电动车辆、全电动车辆等。系统100还可包括用于给电动车辆102充电的电源126。电动车辆102可包括一个或更多个电动马达104，电动马达104机械地连接至混合动力传动装置106。此外，混合动力传动装置106机械地连接至发动机(例如，内燃发动机)108。混合动力传动装置106还可机械地连接至驱动轴110，驱动轴110机械地连接至车轮112。电动马达104可在发动机108启动时提供推进。电动马达104可在发动机108关闭时提供减速能力。电动马达104可被配置为发电机，并且能够通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济性效益。由于电动车辆102可在特定状况下以电动模式操作，因此电动马达104还可减少污染物排放。牵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆，包括：电动马达；电池，用于储存用于所述电动马达的电能；声表面波传感器，用于无线地感测所述电池的磁场以及所述电池的温度，所述声表面波传感器包括磁场反应器件，所述磁场反应器件响应于作为所述电池的电极处的锂化的函数的所述磁场而改变表面波。

【技术特征摘要】
2017.02.16 US 15/434,4431.一种车辆，包括：电动马达；电池，用于储存用于所述电动马达的电能；声表面波传感器，用于无线地感测所述电池的磁场以及所述电池的温度，所述声表面波传感器包括磁场反应器件，所述磁场反应器件响应于作为所述电池的电极处的锂化的函数的所述磁场而改变表面波。2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述声表面波传感器包括无源射频识别标签。3.如权利要求1所述的车辆，还包括控制电路，所述控制电路基于来自所述声表面波传感器的输出信号来控制所述电动马达和所述电池。4.如权利要求3所述的车辆，其中，所述控制电路根据来自所述声表面波传感器的输出信号来设置电池状态。5.如权利要求4所述的车辆，还包括用于根据由所述声表面波传感器感测的磁场推导荷电状态(SOC)或健康状态(SOH)的电路。6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述声表面波传感器被嵌入在所述电池的壳体内，并且与所述电动马达的控制电路无线地通信。7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述声表面波传感器包括多个声反射器，并且将输入信号转换为声表面波信号，所述声表面波信号由所述多个声反射器反射以形成响应信号并且被所述磁场反应器件修改。8.如权利要求7所述的车辆，其中，所述磁场反应器件包括巨磁阻抗(GMI)薄膜。9.如权利要求8所述的车辆，还包括机械吸收器和匹配电路，所述机械吸收器在声表面波(SAW)基板上且与所述GMI薄膜相邻，所述匹配电路将所述GMI薄膜电连接至所述多个声反射器中的至少一个。10.如权利要求9所述的车辆，其中，所述多个声反射器中的所述至少一个包括具有指条的叉指反射器，所述指条的厚度为与SAW基板上的信号有关的λ/8。11.如权利要求8所述的车辆，其中，所述声表面波传感器包括用于将感测到的磁场转换为输出电压的电路。12.一种电池监测系统，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺德·维库·门萨布朗，林辛凡，本杰明·A·塔巴托斯基布什，理查德·迪克·安德森，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US