面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统技术方案

本发明专利技术公开一种面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统，包括采用系统级封装技术封装在一个管壳内的温度传感器、压力传感器、气体传感器以及读出电路芯片，管壳内部所述温度传感器、压力传感器、气体传感器以及读出电路芯片相互之间使用金丝完成引线键合以实现电信号传输；所述温度传感器、压力传感器、气体传感器通过开关模块与所述读出电路芯片相连接，所述开关模块能将输入的信号以按预定的选择性输入到所述读出电路芯片。本发明专利技术通过在原有的动力锂电池单体内部设计嵌入式微型化智能多传感系统，能及时准确获取动力电池单内部多种状态信息，并以此为依据展开信息处理完成指标预测。

【技术实现步骤摘要】
面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统
本专利技术涉及锂电池检测
，特别是涉及一种面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统。
技术介绍
目前，在使用锂电池的同时，均会配备电池管理系统，对锂电池组的监控和管理。电池管理系统以动力锂电池组为核心，通过检测动力电池组的外部温度、电流和电压，后续借助锂电池模型和算法，得到动力锂电池的荷电状态、健康状态、剩余使用寿命等多种指标，形成安全评估的依据并以此展开管理和均衡。但是现有电池管理系统在危险发生时响应不及时，无法实现预警并采取有效措施，主要是电池管理系统使用的数据来源于动力锂电池外部，状态信息本身具有迟滞性，不能及时反映锂电池单体内部变化情况。此外，锂电池使用过程中会出现内部压力增大和释放气体现象。然而目前对于锂电池的状态监测仅仅停留在外部温度、电流和电压三种传统信息量，现有检测外部状态信息，结合模型及算法完成指标预测的监测管理过程并不能高效地保障动力锂电池安全、稳定地运行。传统锂电池安全指标预测中，对于锂电池的指标预测主要是在电池管理系统内完成的，根据不同的动力锂电池级联结构或级联规模，电池管理系统通常具有不同的层次划分，将整个供电设备划分为多个电池组进行监测和管理。但是无论采用什么样的设计架构，状态信息的获取和指标的预测自始至终均是电池管理系统的核心，其准确程度直接决定了动力锂电池的管理效率。如前所述，由于现有方案采集单体外部温度以及电学信号，信息迟滞性明显，准确度低，往往不能及时展开判断和预警。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统，包括采用系统级封装技术封装在一个管壳内的温度传感器、压力传感器、气体传感器以及读出电路芯片，管壳内部所述温度传感器、压力传感器、气体传感器以及读出电路芯片相互之间使用金丝完成引线键合以实现电信号传输；所述温度传感器、压力传感器、气体传感器通过开关模块与所述读出电路芯片相连接，所述开关模块能将输入的信号以按预定的选择性输入到所述读出电路芯片。所述读出电路芯片包括微控制器MCU、低噪声放大器LNA、可控增益放大器、存储器memory和模数转换器ADC；所述微控制器MCU与低噪声放大器LNA、可控增益放大器以及存储器memory和模数转换器ADC连接，所述存储器memory与模数转换器ADC连接，所述存储器memory及微控制器MCU通过总线模块BUS与蓝牙模块BLUETOOTH相连接，所述低噪声放大器LNA与开关模块连接；输入的模拟信号通过低噪声放大器LNA和可控增益放大器以及模数转换器ADC完成数字化并存储于存储器memory中，并能通过总线模块BUS传输至蓝牙模块BLUETOOTH完成无线发送。所述蓝牙模块BLUETOOTH能与外部控制系统无线连接，实现接收外部指令以更改所述的温度传感器、压力传感器、气体传感器的信号采样周期。一个采集周期内完成一次对温度、压力以及气体三种状态信息的轮流采集，采集顺序为温度、压力、气体，周而复始，由所述微控制器MCU进行时序控制，实现轮流采集并输出，完成对于锂电池内部状态信息的实时监测。在布局上所述的压力传感器和气体传感器分别设置在所述的温度传感器的对称位置。该面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统包装在锂电池单体内部。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在原有的动力锂电池单体内部设计嵌入式微型化智能多传感系统，能及时准确获取动力电池单内部多种状态信息，并以此为依据展开信息处理完成指标预测。本专利技术能通过优化目前锂电池单体状态信息获取过程，获取内部状态信息以克服外部信息的迟滞性，准确把握电池的即时状态变化，提高锂电池的智能化水平。另外，本专利技术能综合运用锂电池单体内部多种状态信息，实现对锂电池单体荷电状态、健康状态以及剩余使用寿命等多重指标的准确预测。使用时，在锂电池生产环节，将该多传感系统包装在锂电池单体内部即可。附图说明图1为面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统的系统封装结构示意图；图2为面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统原理示意图；图3为面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统的读出电路芯片的电路原理结构示意图；图4为多状态信息采集时序示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1-2所示，本专利技术的面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统，采用系统级封装(SIP，SystemInPackage)，将包含的各个模块：检测电池的实时温度的温度传感器3、检测电池内部电力大小的压力传感器2、检测电池工作过程中的释放出的目标气体的浓度的气体传感器4以及读出电路芯片1封装在一个管壳内，管壳内部各芯片间使用金丝5完成引线键合，实现模块间的电信号传输，采用系统级封装技术，可以保证信号传输的速度和质量，降低外部干扰的影响以及信号衰减，如图1所示温度传感器3、压力传感器2、气体传感器4以及读出电路芯片1是集成在同一块基板100上，布局方式如图1所示，考虑到温度传感器的信息后续作为压力传感器和气体传感器的温度补偿，所以在布局上有必要将压力传感器和气体传感器分别设置在温度传感器的对称位置，并与之尽可能接近。四个模块间使用金丝完成引线键合，实现传感器信号的高质量输出至读出电路芯片，并且四个模块也是用金丝连接到极板上的金属点，实现外部电源供给和偏置条件的设定。其中，所述温度传感器3通过一路或多路将温度信号通过连接其与压力传感器或连接其与气体传感器的金线传送到读出电路芯片，实现信号的传送，所述的压力传感器2、气体传感器4分别通过与读出电路芯片连接的金线传送相应的压力及气体信号。同时，根据气体和压力传感器特征，选取合适的封装结构，如采用注入硅油并使用蒙乃尔合金构成压敏单元，为气体传感器在封装结构上开孔等，视实际情况确定具体封装结构。其中，所述的温度传感器、压力传感器、气体传感器分别完成三种状态信息量的采集，并将获取的信息统一传输至读出电路芯片完成统一读出和信息处理，形成对锂电池单体的安全指标评估，并反馈至上位机完成众多单体形成的电池组的指标预测。对于本专利技术的读出电路芯片，如图3所示，包括低噪声放大器LNA，可编程增益放大器20，模数转换器器ADC，微处理器MCU，存储器memory，高速总线模块BUS，蓝牙无线通讯模块BLUETOOTH，形成对多种传感器输出信号的放大和调理以及数字化和预处理。本专利技术可以经由高速总线模块BUS基于总线协议将信息传输至云端计算机，完成信息汇总和状态判定，电流检测和指标预测，通过对动力锂电池包的外部及整体信息进行监测获取，并依托锂电池模型和处理算法进行指标预测，形成基于嵌入式微型化智能多传感系统的云端锂电池管理平台。对于读出电路芯片，其基于先进CMOS工艺完成电路模块级设计，通过将各个电路模块按照如图2所示结构连接形成整体电路架构，微控制器MCU分别与低噪声放大器LNA、可控增益放大器、存储器memory和模数转换器ADC等相连完成系统的整体控制功能，三种传感器信号经由开关模块10完成选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统，其特征在于，包括采用系统级封装技术封装在一个管壳内的温度传感器、压力传感器、气体传感器以及读出电路芯片，管壳内部所述温度传感器、压力传感器、气体传感器以及读出电路芯片相互之间使用金丝完成引线键合以实现电信号传输；所述温度传感器、压力传感器、气体传感器通过开关模块与所述读出电路芯片相连接，所述开关模块能将输入的信号以按预定的选择性输入到所述读出电路芯片。

【技术特征摘要】
1.一种面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统，其特征在于，包括采用系统级封装技术封装在一个管壳内的温度传感器、压力传感器、气体传感器以及读出电路芯片，管壳内部所述温度传感器、压力传感器、气体传感器以及读出电路芯片相互之间使用金丝完成引线键合以实现电信号传输；所述温度传感器、压力传感器、气体传感器通过开关模块与所述读出电路芯片相连接，所述开关模块能将输入的信号以按预定的选择性输入到所述读出电路芯片。2.如权利要求1所述面向动力锂电池的嵌入式微型化智能多传感系统，其特征在于，所述读出电路芯片包括微控制器MCU、低噪声放大器LNA、可控增益放大器、存储器memory和模数转换器ADC；所述微控制器MCU与低噪声放大器LNA、可控增益放大器以及存储器memory和模数转换器ADC连接，所述存储器memory与模数转换器ADC连接，所述存储器memory及微控制器MCU通过总线模块BUS与蓝牙模块BLUETOOTH相连接，所述低噪声放大器LNA与开关模块连接；输入的模拟信号通过低噪声放大器LNA和可控...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅强，李尧，叶茂，王佩瑶，夏显召，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12