一种用于电池热失控监测的微功率MEMS传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于电池热失控监测的微功率MEMS传感装置，包括：参考偏置电压生成电路，用于生成偏置电压和参考电压；传感器放大电路，用于采集电池内气体浓度信号，基于所述偏置电压和参考电压，将所述气体浓度信号转化为监测电压信号；处理器，用于根据所述监测电压信号和参考电压，判定电池当前工作状态，基于动力电池热失控模型确定是否产生热失控预警信号；其中，所述传感器放大电路包括电化学气体传感器、第一放大器和第二放大器。与现有技术相比，本发明专利技术具有功耗低、测量精度高等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电池热失控监测的微功率MEMS传感装置


[0001]本专利技术属于智能物联网领域，涉及电池热失控监测，尤其是涉及一种用于电池热失控监测的微功率MEMS传感装置。

技术介绍

[0002]目前用于电池热失控监测手段单一，电池的热失控是由电池电解液的热变异性和正负极管理系统以及隔膜的原材料过薄和温度过高引起的，传统解决方法是在电池中安装PTC(Positive Temperature Coefficient)组件，综合考虑可充电电池内部的工作压力和温度。当可充电电池因过度充电而温度升高时，电池内阻迅速增大，从而限制电流量，使正负极之间的电流成为工作电压，并完成充电电池全自动维护，当充电电池内部压力异常过高时，防爆阀会变形，断开放置在充电电池内部的电线进行连接，并终止电池充电。然而此种方式响应速度慢，精准度不够高。用传感器设备监测电池热失控现象多采用传统嵌入式构架或者更传统的X86构架，功耗高，同时受到取电和通讯限制。
[0003]储能快速发展的过程中，热失控安全问题不容忽视，全球范围内电池火灾安全事故频发。做好电池热失控安全监测和防护，是电化学储能产业快速稳健发展的基础保障。一旦单节电池出现热失控，会迅速产生大量的热量和CO、H2、CO2等气体，导致电池内部压力和温度急剧增加，引发电池鼓包、外壳破裂，相邻的电池也会被迅速感染，相继失控。
[0004]因此，需要提供一种可靠、低功耗的电池热失控监测方式。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种功耗低、测量精度高的用于电池热失控监测的微功率MEMS传感装置。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种用于电池热失控监测的微功率MEMS传感装置，包括：
[0008]参考偏置电压生成电路，用于生成偏置电压和参考电压；
[0009]传感器放大电路，用于采集电池内气体浓度信号，基于所述偏置电压和参考电压，将所述气体浓度信号转化为监测电压信号；
[0010]处理器，用于根据所述监测电压信号和参考电压，判定电池当前工作状态，基于动力电池热失控模型确定是否产生热失控预警信号；
[0011]其中，所述传感器放大电路包括电化学气体传感器、第一放大器和第二放大器，所述电化学气体传感器的参比电极和对电极之间连接第一放大器的一个输入端，所述第一放大器的另一个输入端与参考偏置电压生成电路连接，用于获取所述偏置电压，第一放大器的输出端与处理器连接，所述电化学气体传感器的工作电极与第二放大器的一个输入端连接，所述第二放大器的另一个输入端与参考偏置电压生成电路连接，用于获取所述参考电压，第二放大器的输出端与处理器连接，所述第一放大器和第二放大器均为纳米功率运算放大器，所述第一放大器和第二放大器上连接有旁路电容器。
[0012]进一步地，所述传感器放大电路还包括滤波单元，该滤波单元连接于电化学气体传感器和第一放大器之间。
[0013]进一步地，所述电化学气体传感器为三端一氧化碳传感器。
[0014]进一步地，所述第一放大器和第二放大器均为LPV802芯片。
[0015]进一步地，所述传感器放大电路的电源电流低于1μA。
[0016]进一步地，所述处理器为MSP430单片机。
[0017]进一步地，还包括与所述处理器连接的温湿度传感器。
[0018]进一步地，所述温湿度传感器采用HDC1080芯片。
[0019]进一步地，所述温湿度传感器通过I2C总线与处理器连接。
[0020]进一步地，所述偏置电压小于250mV。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]1、本专利技术提供包含电化学气体传感器、纳米功率运算放大器和处理器的高灵敏度微功率MEMS(Micro
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Electro
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Mechanical System，微机电系统)传感装置，实时对电池排气过程中气体浓度变化的监测，以准确判定电池特定反应和工作状态，根据动力电池热失控模型提前发出热失控预警，在严重的电池故障事件发生之前，做到预防电池热失控和提前进行故障检测，实现早感知早干预，以低功耗的传感装置实现测量精度高的电池热失控监测。
[0023]2、本专利技术采用LPV802双微功率放大器，通常每通道320nA，使得整个电路使用低于1μA的供电电流，能够使得电路在电池供电的应用中持续供电，并独立于监测处理器，以保持传感器连续偏置，并避免较长时间的启动和稳定时间，响应迅速，通常＜10s。
[0024]3、本专利技术处理器采用MSP430单片机，在保证较高性能的同时，有效降低整体传感装置的功耗。
[0025]4、本专利技术采用HDC1080型温湿度传感器，封装体积小，在非常低的功率下提供了极好的测量精度。
[0026]5、本专利技术温湿度传感器通过I2C总线与处理器连接，电路布线方便且抗干扰能力强。
[0027]6、本专利技术的整机功耗＜30μA，测量精度高，且寿命长(10～15年)，在监测电池热失控应用中可以很好地规避现有技术的缺陷。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的结构示意图；
[0029]图2为TIA的传递函数示意图；
[0030]图3为2.6到3.6V供电范围内放大器部分的供电电流示意图；
[0031]图4为在测试期间参考电压、TIA输出和CE电压的变化曲线图；
[0032]图5为传感器电流及监测气体浓度结果示意图，其中，(a)为传感器电流的时间曲线，(b)为气体浓度的时间曲线；
[0033]图6为实施例中第一放大器和第二放大器的具体电路示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0035]本实施例提供一种用于电池热失控监测的微功率MEMS传感装置，为一种高灵敏度微功率MEMS传感装置，可实时监测在电池排气过程中气体浓度变化，判定电池特定反应和工作状态，根据动力电池热失控模型提前发出热失控预警，在严重的电池故障事件发生之前，做到预防电池热失控和提前进行故障检测，实现早感知早干预。
[0036]如图1所示，本实施例提供的用于电池热失控监测的微功率MEMS传感装置包括参考偏置电压生成电路、传感器放大电路和处理器，参考偏置电压生成电路用于生成偏置电压和参考电压；传感器放大电路用于采集电池内气体浓度信号，基于所述偏置电压和参考电压，将所述气体浓度信号转化为监测电压信号；处理器用于根据所述监测电压信号和参考电压，判定电池当前工作状态，基于动力电池热失控模型确定是否产生热失控预警信号。该装置为总电源电流低于1μA的微功耗装置，是一种纳米功率、恒电位器型电化学传感器电路，适用于监测电池热失控的微功率MEMS传感器应用。本装置使用纳米功率放大器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电池热失控监测的微功率MEMS传感装置，其特征在于，包括：参考偏置电压生成电路，用于生成偏置电压和参考电压；传感器放大电路，用于采集电池内气体浓度信号，基于所述偏置电压和参考电压，将所述气体浓度信号转化为监测电压信号；处理器，用于根据所述监测电压信号和参考电压，判定电池当前工作状态，基于动力电池热失控模型确定是否产生热失控预警信号；其中，所述传感器放大电路包括电化学气体传感器、第一放大器和第二放大器，所述电化学气体传感器的参比电极和对电极之间连接第一放大器的一个输入端，所述第一放大器的另一个输入端与参考偏置电压生成电路连接，用于获取所述偏置电压，第一放大器的输出端与处理器连接，所述电化学气体传感器的工作电极与第二放大器的一个输入端连接，所述第二放大器的另一个输入端与参考偏置电压生成电路连接，用于获取所述参考电压，第二放大器的输出端与处理器连接，所述第一放大器和第二放大器均为纳米功率运算放大器，所述第一放大器和第二放大器上连接有旁路电容器。2.根据权利要求1所述的用于电池热失控监测的微功率MEMS传感装置，其特征在于，所述传感器放大电路还包括滤波单元，该滤波单元连接于电化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海，何邦乐，沈磊，何阳，袁奇，杨毅伟，原佳亮，严其强，范世峰，周咏晨，王振兴，邹翔宇，杨凡，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：