基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置及方法制造方法及图纸

本申请公开了一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置及方法，其原理在于锂离子电池充放电过程中的过渡性金属离子在外加偏置磁场的作用下被磁化，其磁矩方向会沿磁场方向排列，从而产生磁性变化，而且不同过渡性金属离子的磁矩大小不同，其被磁化后产生的磁性强度变化也不同。本申请可以对锂离子电池电量以及充放电过程中的化学反应过程进行直接监测，并且不需要将待测锂离子电池接入监测电路。本申请还提供了一种基于本方法的锂离子电池监测方案，该方案所使用监测装置小型便携，适用于锂离子电池的商业应用和实验研究。适用于锂离子电池的商业应用和实验研究。适用于锂离子电池的商业应用和实验研究。

【技术实现步骤摘要】
基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及的是锂离子电池领域，具体涉及的是一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置及方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种输出稳定、应用广泛的高性能电池。近年来在便携式设备、医疗器械以及电动汽车等领域的应用迅速增长，这是因为锂离子电池拥有能量密度高，充电效率高，输出功率大，使用寿命长等诸多优点，并且其不含有害物质，绿色环保，对环境的影响很小。正是由于对锂离子电池的需求量大，性能要求高，所以对锂离子电池的深入探索以及研究就显得尤为重要。锂离子电池的充放电过程是锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来实现的，其内部化学反应过程导致不同时刻其中电荷状态各有不同，为了对锂离子电池工作状态进行研究以及对不同体系锂离子电池的选用加以探索，就需要对其充放电过程中内部电荷状态进行监测。电化学反应过程属于微观过程，目前来说，其中的电荷状态大都是通过直接接触电极测得的电流电压数据来判断，这种方式需要将电压、电流传感器以及待测锂离子电池接入电路，并且对传感器的精度要求较高。另一方面，这种测量方法测到的是相对值，而且需要在以前的数据基础上进行运算，运算过程中容易引入累计误差。相对来说，使用非接触性的磁场测量方式来监测其状态更为直接更为精准，因此有必要提出一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术的不足，提供一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置及方法，以便于更好的对锂离子电池电量进行监测，对锂离子电池工作状态以及其内部电化学反应过程进行研究。
[0004]本专利技术一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置，包括磁场设备、聚磁结构、磁传感器、信号处理模块和数据采集模块；所述的磁场设备在锂离子电池周围产生磁场，所述的聚磁结构设置在磁场设备和锂离子电池之间，所述的磁传感器设置在锂离子电池上，磁传感器的输出信号端接信号处理模块，信号处理模块输出端接数据采集模块。
[0005]作为优选，所述的磁传感器为隧道磁阻传感器、巨磁阻传感器。
[0006]作为优选，在高信噪比环境下，信号处理模块采用差分放大电路对传感器信号进行放大，并通过滤波电路来降低噪声的干扰，在低信噪比环境下，信号处理模块采用锁相放大电路以及滤波电路对传感器信号进行降噪处理。
[0007]一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置的监测方法，具体为：锂离子电池中过渡性金属元素在外加偏置磁场的作用下被磁化，过渡性金属元素的磁矩方向会沿磁场方向排列，不同价态过渡性金属元素的磁矩大小不同，其被磁化后产生的磁性强度变化也不同，充放电过程中过渡性金属元素的价态变化，从而产生磁性强度变化，磁传感器把磁性强度的变化转化成电信号变化；信号处理模块对磁传感器得到的电信号进行放
大、滤波、解调处理；数据采集模块对信号处理模块输出信号进行显示并存储。
[0008]作为优选，所述过渡性金属元素指的是锂离子电池充放电过程中正极电化学反应产生的金属元素产物，也正是通过监测这些过渡性金属元素来反映锂离子电池的工作状态；
[0009]作为优选，所述的过渡性金属元素包括铁、钴、锰。
[0010]本专利技术相对于现有技术具有的效果:基于磁场传感的监测方法不需要将锂离子电池接入监测电路，并且传感器输出代表的是某个工作阶段锂离子电池产生的磁场的绝对值，这就避免了采用电流电压传感监测方式不可忽略的累计误差；本专利技术磁场传感灵敏度高，微弱的磁场变化便可以输出较大的电信号变化，并且通过后续信号处理电路进行滤波降噪，能够实现稳定准确的变化输出。所述测量装置使用的传感器体积小，整个装置灵活便携，在实际应用方面，可以使用该测量方法对便携式设备、汽车电池等应用场景下的锂离子电池电量进行监测，并且能够对锂离子电池的工作状态进行判断，在实验室研究方面，可以使用该测量方法对锂离子电池工作原理以及电量、状态性能等参数进行实验研究。
附图说明
[0011]图1为本专利技术采用的装置示意图；
[0012]图2为实施例2中装置结构图；
[0013]图3为实施例2中前置放大电路结构图；
[0014]图4为实施例2中带通滤波电路结构图；
[0015]图5为实施例2中相位变换电路结构图。
具体实施方式
[0016]概括的讲，为了使本专利技术实施例的目的、技术方案、优点更加清晰，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，当然，所描述的实施例是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和显示出的本专利技术实施例的组件可以以多种不同的配置来布置和设计。因此，以下对附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0017]下面结合附图和实施例来详细介绍本装置：
[0018]整个检测装置如图1所示。将传感器模块放置在待测锂离子电池一侧，置于磁场设备范围之中，磁场和锂离子电池之间加入聚磁结构，传感器模块的输出接信号处理模块，后面的输出接数据采集模块进行采集记录。其中，传感器模块的主要作用是采集锂离子电池充放电过程中的磁性信号变化；磁场设备的主要作用是为装置提供一定的外加磁场偏置，引起锂离子电池内部过渡性金属离子的磁矩方向变化；聚磁结构的主要作用是使作用在锂离子电池上的磁场更强；信号处理模块的主要作用是对传感器输出的信号进行放大、降噪处理，以便于得到的输出信号更为精准稳定；数据采集模块的主要作用是便于对最终的输出结果进行采集、记录和分析。
[0019]其中实施例2中信号采集与处理模块结构框图如图2所示。通过正弦波发生电路7
产生一定频率和幅度的正弦波作为参考信号，同时将其通过功率驱动模块6后来驱动线圈1，线圈1产生的交流磁场通过聚磁结构13进一步增强，将固定在锂离子电池2上的隧道磁阻传感器3输出的微弱信号调制到固定频率，作为待测信号，通过前置放大电路4做信号放大处理，放大后的信号经过带通滤波电路5滤除大部分噪声信号，参考信号经过相位变换电路8作移相处理，再通过波形变换电路9转换成方波，最后将处理好的待测信号和参考信号输入到相敏检波电路10，对信号进行解调，最后通过低通滤波器11，输出经过去噪处理后的传感器直流输出信号，经过数据采集、存储及显示部分12得出最终的状态结果。
[0020]下面，将结合附图对本专利技术各实施例作详细说明。
[0021]实施例一：
[0022]测量流程具体如下：
[0023]a、按图1所示方式将测量装置连接完毕；
[0024]b、采用固定频率，固定峰峰值的正弦波交流调制信号为传感器模块供电；
[0025]c、开启磁场设备，为传感器模块提供一定方向固定强度的外加直流偏置磁场；
[0026]d、对信号处理模块和数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置，其特征在于：包括磁场设备、聚磁结构、磁传感器、信号处理模块和数据采集模块；所述的磁场设备在锂离子电池周围产生磁场，所述的聚磁结构设置在磁场设备和锂离子电池之间，所述的磁传感器设置在锂离子电池上，磁传感器的输出信号端接信号处理模块，信号处理模块输出端接数据采集模块。2.根据权利要求1所述的基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置，其特征在于：所述的磁传感器为隧道磁阻传感器、巨磁阻传感器。3.根据权利要求1所述的基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置，其特征在于：在高信噪比环境下，信号处理模块采用差分放大电路对传感器信号进行放大，并通过滤波电路来降低噪声的干扰，在低信噪比环境下，信号处理模块采用锁相放大电路以及滤波电路对传感器信号进行降噪处理。4.根据权利要求1所述的基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置的监测方法，其特征在于，该方...

【专利技术属性】
技术研发人员：董坤宇，周铁军，李海，吴琪，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：