专利名称：蓄电池荷电状态的磁学确定方法的温度补偿的制作方法
技术领域：
本发明所属领域包括确定蓄电池系统的荷电状态(SOC)的方法，所述蓄电池系统包括锂离子蓄电池系统。
背景技术：
锂离子蓄电池是一种可再次充电的蓄电池，其中，锂离子在负电极和正电极之间移动。锂离子蓄电池通常用于消费电子器件。由于其高能量密度，除了用于消费电子器件之外，锂离子蓄电池越来越多地用于国防、机动车和航空应用。
发明内容
一个示例性实施例包括一种确定蓄电池系统的荷电状态(SOC)的方法，所述方法包括确定靠近蓄电池单元的磁性材料的温度相关磁特性值，所述磁特性值取决于所述蓄电池单元的荷电状态(SOC)；根据所述温度相关磁特性值确定温度补偿磁性材料值；以及使用所述温度补偿值作为荷电状态(SOC)估计器的输入以确定所述蓄电池系统的荷电状态 (S0C)。另一个示例性实施例包括一种蓄电池系统，所述蓄电池系统包括具有磁性材料的蓄电池单元；靠近所述磁性材料的磁特性传感器，用于感测所述磁性材料的温度相关磁特性值，所述磁性传感器与控制器通信；靠近所述磁性材料的温度传感器，用于感测温度， 所述温度传感器与控制器通信；其中，所述控制器包括根据所述温度相关磁特性值来确定温度补偿磁特性值的软件。另一个示例性实施例包括一种确定蓄电池系统的荷电状态(SOC)的方法，所述方法包括确定靠近蓄电池单元的第一磁性材料的温度相关磁特性值，所述磁特性值取决于所述蓄电池单元的荷电状态(SOC)；确定第二磁性材料的温度相关参考磁特性值，所述参考磁特性值与所述蓄电池单元的荷电状态(SOC)无关，所述第二磁性材料与所述第一磁性材料大致相同，所述第二磁性材料与所述蓄电池单元处于热平衡；确定所述磁性材料的温度补偿值；以及使用所述温度补偿值作为荷电状态(SOC)估计器的输入以确定所述蓄电池系统的荷电状态(SOC)。方案1. 一种蓄电池系统，包括 具有磁性材料的蓄电池单元；
靠近所述磁性材料的磁特性传感器，用于感测所述磁性材料的温度相关磁特性值，所述磁性传感器与控制器通信；
靠近所述磁性材料的温度传感器，用于感测温度，所述温度传感器与控制器通信； 其中，所述控制器包括根据所述温度相关磁特性值来确定温度补偿磁特性值的软件。方案2.根据方案1所述的蓄电池系统，其中，所述控制器还包括使用所述温度补偿磁特性值来确定荷电状态(SOC)的软件。方案3.根据方案1所述的蓄电池系统，其中，所述控制器还包括控制所述蓄电池系统的温度环境的软件。方案4.根据方案1所述的蓄电池系统，还包括温度控制器，所述温度控制器与所述温度传感器通信且与靠近所述蓄电池单元的温度控制装置通信，所述温度控制器被编程为控制所述蓄电池单元的温度。方案5.根据方案1所述的蓄电池系统，其中，所述磁性材料是构成所述蓄电池单元的电极材料。方案6.根据方案1所述的蓄电池系统，其中，所述磁性材料是构成所述蓄电池单元的含锂电极材料。方案7.根据方案1所述的蓄电池系统，其中，所述磁性传感器和所述温度传感器与所述蓄电池单元的外部部分处于热平衡。方案8.根据方案1所述的蓄电池系统，其中，所述磁性传感器和所述温度传感器与所述蓄电池单元的外部部分物理接触。方案9.根据方案1所述的蓄电池系统，还包括靠近第二磁性材料的第二磁特性传感器，所述第二磁性材料与所述第一磁性材料相同，所述第二磁特性传感器与所述控制器通信，所述第二磁性材料与所述蓄电池单元处于热平衡，所述第二磁性材料的所述磁性响应提供与所述蓄电池单元的荷电状态(SOC)无关的参考磁特性值，以确定所述温度补偿磁特性值。方案10.根据方案9所述的蓄电池系统，其中，所述第二磁性材料包括与所述蓄电池单元的外部部分物理接触的电极材料。方案11.根据方案10所述的蓄电池系统，其中，所述第二磁性材料包括含锂材料。方案12. —种确定蓄电池系统的荷电状态(SOC)的方法，包括
确定靠近蓄电池单元的磁性材料的温度相关磁特性值，所述磁特性值取决于所述蓄电池单元的荷电状态(SOC)；
确定所述磁性材料的温度；
根据所述温度相关磁特性值确定温度补偿磁性材料值；以及
使用所述温度补偿值作为荷电状态(SOC)估计器的输入以确定所述蓄电池系统的荷电状态(SOC)。方案13.根据方案12所述的方法，还包括确定所述磁性材料的温度以及使用所述温度来控制所述蓄电池系统的温度。方案14.根据方案12所述的方法，还包括确定所述磁性材料的温度以及使用所述温度来确定所述温度补偿磁特性值。方案15.根据方案12所述的方法，其中，所述磁性材料是构成所述蓄电池单元的电极材料。方案16.根据方案12所述的方法，其中，所述磁性材料是构成所述蓄电池单元的含锂电极材料。方案17.根据方案12所述的方法，其中，所述温度相关磁特性值和所述温度通过与所述蓄电池单元处于热平衡的磁性传感器和温度传感器确定。方案18.根据方案12所述的方法，还包括确定第二磁性材料的温度相关参考磁特性值，所述第二磁性材料与所述第一磁性材料大致相同，同时与所述蓄电池单元处于热平衡，其中，所述参考磁特性值与所述蓄电池单元的荷电状态(S0C)无关，其中，所述温度相关参考磁特性值用于确定所述温度补偿磁特性值。方案19.根据方案18所述的方法，其中，所述第二磁性材料包括与所述蓄电池单元的外部部分物理接触的电极材料。方案20. —种确定蓄电池系统的荷电状态(SOC)的方法，包括
确定靠近蓄电池单元的第一磁性材料的温度相关磁特性值，所述磁特性值取决于所述蓄电池单元的荷电状态(SOC)；
确定第二磁性材料的温度相关参考磁特性值，所述参考磁特性值与所述蓄电池单元的荷电状态(S0C)无关，所述第二磁性材料与所述第一磁性材料大致相同，所述第二磁性材料与所述蓄电池单元处于热平衡；
确定所述磁性材料的温度补偿值；以及
使用所述温度补偿值作为荷电状态(SOC)估计器的输入以确定所述蓄电池系统的荷电状态(SOC)。其它示例性实施例将从下文提供的详细描述明显而易见。应当理解的是，虽然详细描述和具体示例公开了示例性实施例，但是仅仅旨在用于说明目的，而不旨在限制本发明的范围。
从详细描述和附图将更充分地理解本发明的示例性实施例，其中
图IA是根据现有技术的包括多个锂离子蓄电池单元的示例性蓄电池系统的示意图。图IB是根据现有技术的示例性锂离子蓄电池单元的示意图。图2A是根据示例性实施例的包括磁性和温度传感器的示例性锂离子蓄电池单元的示意图。图2B是根据示例性实施例的包括温度受控环境内的磁性和温度传感器的示例性锂离子蓄电池单元/蓄电池系统的示意图。图2C是根据示例性实施例的包括磁性和温度传感器的示例性锂离子蓄电池单元的示意图。图3A是根据示例性实施例的曲线图，示出了磁性材料的温度相关磁特性响应。图;3B是根据示例性实施例的RLC电路的电路图。图4示出了根据示例性实施例的示例性过程流。
具体实施例方式实施例的以下描述本质上仅仅是示例性(说明性)的，且绝不旨在限制本发明、其应用或使用。在一个实施例中，确定包括蓄电池电极的蓄电池系统的温度，以控制蓄电池系统的温度和/或确定蓄电池系统中的测量磁特性变化的温度贡献以便藉此确定蓄电池系统的准确荷电状态(SOC)。在一个实施例中，蓄电池单元和/或蓄电池系统的SOC可以通过以下方法确定，包括确定蓄电池单元和/或蓄电池系统中包括的磁性材料的磁特性。在另一个实施例中，可确定一个或多个电极的磁特性。在另一个实施例中，可确定阴极(放电时)电极的磁特性。在另一个实施例中，阴极(放电时)电极可包括含锂磷酸铁阴极(例如，LixFePO4,其中，0<χ<1， 在充电和放电状态之间)。将理解的是，在其它实施例中，蓄电池单元还可以包括石墨阳极 (例如，LiyC6，其中，0<X<1，在充电和放电状态之间)。在一些实施例中，蓄电池系统可包括一个或多个锂离子蓄电池单元。在一个实施例中，蓄电池系统可包括串联连接的多个锂离子蓄电池单元。在其它实施例中，蓄电池单元可以是车辆蓄电池系统的一部分，例如在电动车辆或混合动力车辆中提供动力。在一些实施例中，蓄电池系统中的蓄电池单元中的一个或多个的温度可以与相同或不同蓄电池单元的测量磁特性值一起确定。磁特性值的温度贡献然后可以确定且补偿 (校正)磁特性值通过校正(例如，去除)测量磁特性值的温度贡献部分来确定。补偿(校正) 磁特性值然后可以用作常规荷电状态(SOC)估计器的输入以确定蓄电池系统的S0C。例如，将理解的是，SOC估计器可以是在计算机系统(例如，包括具有处理器和存储器的控制器)中实施的软件，其中，SOC估计器可以使用电压测量值(包括一个或多个蓄电池单元的开路电压)、电流测量值和温度测量值中的一个或多个作为补偿磁特性值的附加或替代输入。将理解的是，通过SOC估计器确定SOC值可包括确定相关特性，例如蓄电池系统的功率状态和/或健康状态，如本领域已知的那样。在一些实施例中，可以测量蓄电池单元内的材料(例如，蓄电池单元的电极材料) 的磁特性值。在一个实施例中，测量磁特性值然后可以被温度补偿(校正测量磁特性值的温度贡献)，且温度补偿(校正)磁特性值然后可以单独或者与SOC估计器的附加输入值结合使用，从而确定蓄电池系统的S0C，所述附加输入值包括蓄电池系统中的一个或多个蓄电池单元的电压、电流和温度测量值中的一个或多个。在一些实施例中，磁特性可以通过本领域已知的一个或多个传感器确定，包括确定包括磁化率、磁致伸缩特性和/或光磁特性(例如，Kerr效应)中的一个或多个在内的磁特性。例如，参考图1A，示出了典型示例性蓄电池系统10的示意图，蓄电池系统10包括多个蓄电池单元(例如10A)，其例如串联连接以产生期望输出电压。例如，参考图1B，示出了典型示例性薄膜锂离子蓄电池单元的示意图，具有固态正电极(放电时阴极)11A，其可靠近分离器14，其可以是包含液体电解质12(例如，锂盐(例如， LiPF6)的碳氢化合物溶液)的多孔编织聚合物(例如，丙烯和乙烯)，且还可靠近固态负电极 (放电时阳极)11B。电极可包括金属集电器(例如，11C、11D)，主电极材料(例如，金属氧化物阳极和石墨阴极)分别附连到其上。例如，主电极材料可以是由导电粘合剂保持在一起的颗粒形成的多孔材料薄膜。分离器14可以具有的厚度为电极厚度(例如，10-100微米)量级或小于电极厚度。参考图2A，示出了单个蓄电池单元10A，包括从蓄电池单元外壳延伸的正14A和负 14B电极导线。一个或多个磁性响应(特性)传感器(例如，16)可与蓄电池单元IOA处于热平衡(例如，良好的热接触)。在一些实施例中，磁性响应传感器(例如，16)中的一个或多个可以物理地附连到蓄电池单元容器IOB的外部部分。在其它实施例中，磁性响应传感器中的一个或多个可以设置在蓄电池单元容器IOB内，包括靠近或者物理地附连到蓄电池单元容器内的磁性材料，例如与电极材料(例如，阴极(放电时))接触。在一些实施例中，一个或多个温度传感器(例如，18)可与蓄电池单元IOA处于热平衡(例如，良好的热接触)。在一些实施例中，所述一个或多个温度传感器(例如，18)可以物理地附连到蓄电池单元容器IOB的外部部分，且可以靠近或者物理地附连到磁性传感器 (例如，16)。在其它实施例中，温度传感器中的一个或多个可以设置在蓄电池单元容器IOB 内，包括靠近或者物理地附连到磁性材料和/或磁性传感器。将理解的是，在温度传感器附连到磁性响应传感器的情况下，可进行附连以避免温度传感器与磁性响应传感器操作的任何干扰。仍参考图2A，在一些实施例中，来自于相应磁性响应传感器(例如16)和温度传感器(例如，18)的响应信号(例如，16A、18A)可以提供给控制器20，控制器20可配备有处理器且可能能够执行来自于存储器的预先编程指令(软件)以及存储和/或输出结果。在一些实施例中，控制器20可以包括可执行软件，其被编程为根据信号输入来确定蓄电池的荷电状态(S0C)，所述信号输入可包括温度补偿磁特性值。此外，控制器可执行相同或独立软件，其被编程为根据由磁性响应传感器(例如16)提供的测量磁特性值导出温度补偿磁特性值，其然后可用作SOC软件的输入。例如，参考图3A，示出了根据温度而变的示例性蓄电池单元(例如，包括磷酸锂铁阴极)的一部分的磁性响应。在示例性实施例中，蓄电池单元的磁性响应可以是根据图3B 所示设置靠近磁性材料(例如，M)的谐振RLC电路(例如，30)确定的电压(例如，Vmag)或阻抗。在一个实施例中，值队(第一电阻)、& (第二电阻)、L (电感)和C (电容)可取决于RLC 电路的特性以及被测量材料的磁性响应。在另一个实施例中，RLC电路(例如，30)可以在测量蓄电池单元的磁性响应之前或期间调节为选定谐振频率。参考图3A，可以看出，例如，在给定磁场值和特定荷电状态(SOC)(例如，60% (A)、 80% (B)和100% (C))下的磁性响应(测量磁特性值)可以具有与温度成反比关系。在一些实施例中，反比温度关系可以根据Curie定律表示；例如，Vmag = C/T + Vo，其中，C是特定磁性(例如，顺磁性)材料的Curie常数，Vo是常数。在一些实施例中，磁性响应值可以表示磁化率。在其它实施例中，根据本领域已知的Curie-Weiss定律，铁磁材料的磁性响应值可以具有反比温度关系。因而，回到图2A，在一个实施例中，蓄电池单元的荷电状态(SOC)可以通过软件实施的荷电状态(SOC)估计器来确定，通过使用从由磁性响应传感器(例如，16)提供的测量磁特性导出的温度补偿磁特性值(例如，磁性电极材料的温度相关响应的校正)作为输入。 如上所述，温度补偿磁特性值可以单独地或者与蓄电池系统的一个或多个蓄电池单元的电压、电流和温度测量值中的一个或多个结合用作SOC估计器的输入，以便确定蓄电池系统的 SOC。参考图2B，在一些实施例中，包括蓄电池单元IOA的蓄电池系统10可以封装在温度受控环境22中或者靠近温度受控环境22。在一个实施例中，温度受控环境可以由外部温度控制装置(例如，24)控制，包括加热和/或冷却性能(例如，加热和/或冷却元件25)。在一些实施例中，温度控制装置(例如，24 )可以响应于由一个或多个温度传感器(例如，18 )感测的蓄电池温度被控制。在一个实施例中，独立温度控制器(例如，沈)可设置成与温度控制装置(例如，24)通信，以控制温度受控环境22的温度。在一些实施例中，蓄电池系统温度可以被控制在已知(例如，常数)值，而不需要磁特性测量值的温度补偿。在其它实施例中，蓄电池系统温度可以与测量磁特性测量值的温度补偿(校正)结合(例如，通过磁性传感器16 和控制器20)被控制在一个或多个温度，其然后可以用作SOC估计器(例如，由控制器20执行的程序)的输入，以确定蓄电池单元IOA和/或蓄电池系统10的S0C。参考图2C，在另一个实施例中，第二(一个或多个)磁性响应传感器(例如，16B)可设置靠近(例如，物理接触)独立磁性电极材料结构15 (例如，磷酸锂铁)，其与蓄电池单元 (例如，10A)的外部部分IOB处于热平衡(例如，物理附连)。在一个实施例中，磁性电极材料 15的独立结构可以设置成与蓄电池单元IOA处于热平衡(例如，良好热接触)，以由第二磁特性传感器(例如，16B)提供第二(参考)磁特性值测量18B。在一个实施例中，第二(参考)磁特性值测量18B可以与蓄电池单元IOA的SOC无关，同时取决于蓄电池单元IOA的温度。将理解的是，可以与蓄电池单元处于热平衡的第一磁性响应传感器(例如16)可以提供第一磁特性值测量，其可取决于蓄电池单元的S0C，同时还取决于蓄电池单元的温度。因而，在一个实施例中，第二(一个或多个)磁性响应传感器(例如，16B)可以提供与SOC无关的磁性响应(参考信号)，其可以用于校正(补偿)第一磁性响应传感器(例如16)， 且其中，温度补偿磁性响应值然后可以用于确定S0C。在其它实施例中，包括温度补偿磁性响应值的参考信号(例如，来自于磁性响应传感器16B)可以单独地或者与借助于蓄电池单元关于蓄电池单元的磁性电极材料的已知磁性响应对比温度关系(例如，Curie定律)的温度补偿结合使用，以确定蓄电池单元/蓄电池系统的S0C。参考图4，图4是根据实施例的过程流图。在步骤401，可以测量蓄电池单元(系统) 的磁性响应和温度。在步骤403，蓄电池单元的温度可以响应于温度测量值被控制在一个或多个温度。在步骤405，温度补偿磁特性值可以基于蓄电池单元的测量温度和/或与SOC 无关(例如，与蓄电池处于热平衡且与蓄电池操作无关的参考第二磁性材料)的参考磁特性值来确定。在步骤407，温度补偿磁特性值可以用作SOC估计器的输入。在步骤409，蓄电池系统的SOC使用温度补偿磁特性值来估计。本发明的实施例的上述描述本质上仅仅是示例性的，因而，其变型不认为偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种蓄电池系统，包括具有磁性材料的蓄电池单元；靠近所述磁性材料的磁特性传感器，用于感测所述磁性材料的温度相关磁特性值，所述磁性传感器与控制器通信；靠近所述磁性材料的温度传感器，用于感测温度，所述温度传感器与控制器通信；其中，所述控制器包括根据所述温度相关磁特性值来确定温度补偿磁特性值的软件。
2.根据权利要求1所述的蓄电池系统，其中，所述控制器还包括使用所述温度补偿磁特性值来确定荷电状态(SOC)的软件。
3.根据权利要求1所述的蓄电池系统，其中，所述控制器还包括控制所述蓄电池系统的温度环境的软件。
4.根据权利要求1所述的蓄电池系统，还包括温度控制器，所述温度控制器与所述温度传感器通信且与靠近所述蓄电池单元的温度控制装置通信，所述温度控制器被编程为控制所述蓄电池单元的温度。
5.根据权利要求1所述的蓄电池系统，其中，所述磁性材料是构成所述蓄电池单元的电极材料。
6.根据权利要求1所述的蓄电池系统，其中，所述磁性材料是构成所述蓄电池单元的含锂电极材料。
7.根据权利要求1所述的蓄电池系统，其中，所述磁性传感器和所述温度传感器与所述蓄电池单元的外部部分处于热平衡。
8.根据权利要求1所述的蓄电池系统，其中，所述磁性传感器和所述温度传感器与所述蓄电池单元的外部部分物理接触。
9.一种确定蓄电池系统的荷电状态(SOC)的方法，包括确定靠近蓄电池单元的磁性材料的温度相关磁特性值，所述磁特性值取决于所述蓄电池单元的荷电状态(SOC)；确定所述磁性材料的温度；根据所述温度相关磁特性值确定温度补偿磁性材料值；以及使用所述温度补偿值作为荷电状态(SOC)估计器的输入以确定所述蓄电池系统的荷电状态(SOC)。
10.一种确定蓄电池系统的荷电状态(SOC)的方法，包括确定靠近蓄电池单元的第一磁性材料的温度相关磁特性值，所述磁特性值取决于所述蓄电池单元的荷电状态(SOC)；确定第二磁性材料的温度相关参考磁特性值，所述参考磁特性值与所述蓄电池单元的荷电状态(S0C)无关，所述第二磁性材料与所述第一磁性材料大致相同，所述第二磁性材料与所述蓄电池单元处于热平衡；确定所述磁性材料的温度补偿值；以及使用所述温度补偿值作为荷电状态(SOC)估计器的输入以确定所述蓄电池系统的荷电状态(SOC)。
全文摘要
示例性实施例包括一种确定蓄电池系统的荷电状态的方法，所述方法包括确定靠近蓄电池单元的磁性材料的温度相关磁特性值；确定所确定磁特性值的温度补偿值；以及使用所述温度补偿值作为荷电状态(SOC)估计器的输入以确定所述蓄电池系统的荷电状态(SOC)。
文档编号G01R31/36GK102447141SQ20111029641
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月8日 优先权日2010年10月8日
发明者P. 梅斯纳 G., W. 费尔布吕格 M. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司