用於確定磷酸鐵鋰離子蓄電池的電荷狀態的磁性傳感器變壓器的製作方法
2023-05-17 18:57:36
專利名稱：用於確定磷酸鐵鋰離子蓄電池的電荷狀態的磁性傳感器變壓器的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及用於確定蓄電池的電荷狀態(SOC)的磁性傳感器，更具體地，涉及用於確定電動車輛的磷酸鐵鋰離子蓄電池的SOC的磁性傳感器，其中磁性傳感器包括C形金屬芯。
背景技術：
電動車輛變得越來越流行。這些車輛包括混合動力車輛，例如增程式電動車輛(EREV)，其兼具蓄電池與例如內燃發動機、燃料電池系統等的主動力源，還包括純電動車輛，例如蓄電池電動車輛(BEV)。所有這些類型的電動車輛均使用高電壓蓄電池，其包括多個蓄電池單格電池。這些蓄電池可以是不同蓄電池類型，例如鋰離子、鎳金屬氫化物、鉛酸等。典型的電動車輛高電壓蓄電池系統可以包括大量蓄電池單格電池或大量的包含了幾個蓄電池單格電池的模塊，以滿足車輛動力與能量需求，其中，每個蓄電池模塊均可以包括特定數量的蓄電池單格電池，例如12個單格電池。各個蓄電池單格電池可以串聯電耦合，或一連串單格電池可以並聯電耦合，其中，模塊中的許多單格電池串聯連接，並且每個模塊並聯電耦合至其他模塊。不同車輛設計包括不同蓄電池設計，其對特定應用使用各種權衡與優勢。為了最大化蓄電池耐用性，並且向車輛的駕駛員提供有用的裡程信息，重要的是能夠準確地確定電動或混合動力車輛中的蓄電池的電荷狀態(S0C)。用於估算蓄電池SOC的常見方法是通過測量跨過蓄電池的開路電壓或空載電壓。開路電壓測量容易得到，但不幸的是，也易於產生誤差。開路電壓誤差可以通過電壓傳感器自身引入，通過控制器中的電壓傳感電路引入，通過電子硬體、A/D轉換器、濾波器增益的尺寸引入，或由這些以及其他因素的組合引入。適合電動車輛的一些蓄電池，例如鎳金屬氫化物以及某些類型的鋰離子蓄電池，產生在蓄電池電荷狀態的大部分範圍上的幾乎恆定的開路電壓。可以使用複雜的模型與算法估算負載下的開路電壓，並且當蓄電池休眠時，可獲得真實開路電壓的非常準確的測量結果，但事實依然是在某些操作區域中，非常少的有關電荷狀態的信息可以從電壓確定。開路電壓與電荷狀態的弱相關可能導致對剩餘蓄電池能量與車輛驅動範圍的錯誤估算，並且還可能導致蓄電池的過度使用或不足使用。然而，這些類型的蓄電池作為電動混合動力車輛的動力源通常仍是非常令人滿意的，因為它們的低重量、高功率能力以及更大的能量存儲能力。因此，對於使用具有在蓄電池SOC的大部分範圍上的幾乎恆定的開路電壓的蓄電池類型的車輛，需要提供用於不基於蓄電池開路電壓而確定蓄電池SOC的系統與方法。在一個特定的鋰離子蓄電池設計中，各個蓄電池單格電池的正極端子板由磷酸鐵組成，負極端子板由石墨組成，其中，正是磷酸鐵的磁性隨著蓄電池單格電池SOC的改變以線性方式改變。特別地，當蓄電池單格電池的SOC增加時，磷酸鐵的磁化率降低。為此，公知的是，在現有技術中，使用磁性傳感器以測量這些類型蓄電池的S0C。
美國專利申請公開號2010/0079145，題為使用磁致伸縮探測蓄電池材料的磁性響應而確定蓄電池電荷狀態的系統與方法，其轉讓給本申請的受讓人，並且通過參考合併在此，其公開了基於蓄電池材料的磁性響應確定蓄電池SOC的技術。』 145申請公開了磁性傳感器，其耦合至蓄電池單格電池，其中，傳感器包括第一線圈與第二線圈。將AC信號提供至第一線圈，第一線圈在蓄電池單格電池中感生磁場，這進而在第二線圈中感生電流。測量在第二線圈中的電流，其中，蓄電池單格電池的磁性響應於蓄電池SOC的變化而變化。
發明內容
根據本發明的教導，公開了一種用於測量蓄電池單格電池的磁性、並將該磁性轉換成蓄電池單格電池SOC的磁性傳感器。該磁性傳感器包括由以C形提供的疊層的、高導磁率的磁性板形成的磁性芯。蓄電池單格電池的延伸部分延伸通過所述芯內的橫向開口，使得它被定位在該芯內。驅動線圈纏繞在該磁性芯的一端並在芯內產生延伸跨過該橫向開口並通過蓄電池單格電池的磁場。接收線圈纏繞在該芯的相對端，其接收該磁場，並將該磁場轉換成代表性電流。探測電路將該接收線圈的電流轉換成蓄電池單格電池S0C。本發明還提供了如下方案:
方案1.一種用於確定蓄電池單格電池的電荷狀態的磁性傳感器組件，所述傳感器組件包括:
磁芯，其包括幾乎連續的高導磁率材料環，所述芯具有限定了中心開口的兩個相對的端部以及兩個相對的側部，所述磁芯進一步包括穿過所述側部之一的橫向開口，所述橫向開口接收穿過其延伸的所述蓄電池單格電池的一部分，以使得將所述蓄電池單格電池的所述一部分定位於所述中心開口中；
驅動線圈，其圍繞所述端部之一纏繞，並且響應於產生所述芯中的磁場的驅動信號，所述磁場跨越所述橫向開口與所述蓄電池單格電池的所述一部分延伸；
接收線圈，其圍繞另一端部纏繞，其中，所述芯中的所述磁場在所述接收線圈中感生電流；以及
處理器，其響應於來自所述接收線圈的電流，所述處理器配置成將所述接收線圈中的電流轉換為表示所述芯中的所述磁場的磁場強度的比例磁性信號，並且將所述磁性信號轉換為所述蓄電池單格電池的電荷狀態。方案2.根據方案I所述的傳感器組件，其特徵在於，所述磁芯包括多個疊層板。方案3.根據方案2所述的傳感器組件，其特徵在於，所述多個疊層板形成為C形，以限定所述中心開口與所述橫向開口。方案4.根據方案I所述的傳感器組件，其特徵在於，所述磁芯由高導磁率的高導磁合金型材料製成。方案5.根據方案I所述的傳感器組件，其特徵在於，所述蓄電池單格電池為磷酸鐵鋰離子蓄電池單格電池。方案6.根據方案I所述的傳感器組件，其特徵在於，所述蓄電池單格電池為包括多個蓄電池單格電池的蓄電池模塊的一部分。方案7.根據方案6所述的傳感器組件，其特徵在於，所述蓄電池模塊為電動車輛上的蓄電池系統的一部分。
方案8.—種用於確定蓄電池單格電池的電荷狀態的磁性傳感器組件，所述蓄電池單格電池為包括多個蓄電池單格電池的蓄電池模塊的一部分，並且所述蓄電池模塊為電動車輛上的蓄電池系統的一部分，所述傳感器組件包括:
磁芯，其形成為具有中心開口與橫向開口的C形，其中，所述橫向開口接收所述模塊中的所述蓄電池單格電池之一的一部分；
驅動線圈，其圍繞所述磁芯的端部纏繞，並且響應於產生所述芯中的磁場的驅動信號，所述磁場跨越所述橫向開口與所述蓄電池單格電池的所述一部分延伸；
接收線圈，其圍繞相反端部纏繞，其中，所述芯中的所述磁場在所述接收線圈中感生電流；以及
處理器，其響應於來自所述接收線圈的電流，所述處理器配置成將所述接收線圈中的電流轉換為表示所述芯中的所述磁場的磁場強度的比例磁性信號，並且將所述磁性信號轉換為所述蓄電池單格電池的電荷狀態。方案9.根據方案8所述的傳感器組件，其特徵在於，所述磁芯包括多個疊層板。方案10.根據方案8所述的傳感器組件，其特徵在於，所述磁芯由高導磁率的高導磁合金型材料製成。方案11.根據方案8所述的傳感器組件，其特徵在於，所述蓄電池單格電池為磷酸鐵鋰離子蓄電池單格電池。方案12.—種用於電動車輛的蓄電池模塊,所述蓄電池模塊包括:
多個蓄電池單格電池；以及
用於測量所述模塊中的蓄電池單格電池之一的電荷狀態的磁性傳感器，所述磁性傳感器包括具有幾乎連續的高導磁率材料環的磁芯，所述芯具有限定了中心開口的兩個相對的端部以及兩個相對的側部，所述磁芯進一步包括穿過所述側部之一的橫向開口，所述橫向開口接收所述一個蓄電池單格電池的一部分，所述磁性傳感器進一步包括驅動線圈，其圍繞所述端部之一纏繞，並且響應於產生所述芯中的磁場的驅動信號，所述磁場跨越所述橫向開口與所述蓄電池單格電池的所述一部分延伸；所述磁性傳感器進一步包括接收線圈，其圍繞相反端部纏繞，其中，所述芯中的所述磁場在所述接收線圈中感生電流。方案13.根據方案12的蓄電池模塊，進一步包括處理器，其響應於所述接收線圈中的電流，並且配置成將所述電流轉換為表示所述芯中的所述磁場的磁場強度的比例磁性信號，並且將所述磁性信號轉換為所述一個蓄電池單格電池的電荷狀態。方案14.根據方案12的蓄電池模塊，其特徵在於，所述磁芯包括多個疊層板。方案15.根據方案14所述的蓄電池模塊，其特徵在於，所述多個疊層板形成為C形，以限定所述中心開口與所述橫向開口。方案16.根據方案12所述的蓄電池模塊，其特徵在於，所述磁芯由高導磁率的高導磁合金型材料製成。方案17.根據方案12所述的蓄電池模塊，其特徵在於，所述蓄電池單格電池為磷酸鐵鋰離子蓄電池單格電池。結合附圖，本發明的額外特徵將從以下的說明與所附權利要求中變得明顯。
圖1為電動混合動力車輛的簡單示例；
圖2為水平軸表示蓄電池單格電池S0C，右側垂直軸表示蓄電池單格電池電壓，左側垂直軸表示磁性傳感器響應的曲線圖，其顯示了蓄電池單格電池開路電壓與蓄電池單格電池SOC之間的關係以及磁性傳感器響應與蓄電池單格電池SOC之間的關係；
圖3為包括耦合至蓄電池模塊中的蓄電池單格電池的C形芯的磁性傳感器的示意性示
例；
圖4為示出了用於將磁性傳感器電流輸出信號轉換為蓄電池單格電池SOC的過程的流程圖。
具體實施例方式對本發明的涉及用 於測量蓄電池單格電池的磁性而確定該單格電池的SOC的磁性傳感器的實施例的以下討論在本質上僅僅是示例性的，並且決不旨在限制於本發明或其應用或使用。例如，下面論述涉及確定電動車輛的磷酸鐵鋰離子蓄電池單格電池的單格電池S0C。然而，如本領域技術人員所知道的，本發明還可用於探測用於其它應用的其它類型的蓄電池的SOC。圖1為車輛10的簡單示例，其旨在表示任意電動車輛或電動混合動力車輛。車輛10可以是純插電式電動車輛、燃料電池電動車輛、汽油一電動車輛、柴油一電動混合動力車輛，或使用高電壓蓄電池實現其功率的部分或全部的任意其他類型的車輛。車輛10包括安裝至車輛10中的合適的支撐物的高電壓蓄電池12或蓄電池組，其中，蓄電池12包括多個蓄電池單格電池14。蓄電池12可以是適合電動車輛的任意蓄電池，例如鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池、金屬氫化物蓄電池等。蓄電池12提供能量至馬達20，其驅動車輛的車輪18。車輛10還可以包括單獨的動力源16，例如內燃發動機，燃料電池系統等。蓄電池開路電壓通常用作蓄電池SOC的指示器，這是因為公知的是，開路電壓隨著蓄電池電荷狀態的降低而降低。知曉蓄電池12的SOC對於適當的車輛能量與動力管理非常重要。在純電動車輛中，低的電荷狀態必須通訊至車輛的駕駛者，以使得蓄電池12可以插上電源，並且再充電。在混合動力車輛中，低的電荷狀態將觸發動力源16的啟動，其可以再充電蓄電池12。按照本文的討論，設置控制器22以確定蓄電池12的S0C。在多種類型的蓄電池化學中，開路電壓與電荷狀態之間的關係為非常線性，並且幾乎不或完全不呈現斜率。因此，存在一些蓄電池電荷狀態區域，其中開路電壓並不是足夠好的蓄電池電荷狀態指示器。這是因為，在這些區域中，開路電壓在電荷狀態的相當寬廣的範圍上保持幾乎恆定。在開路電壓並不是足夠好的蓄電池電荷狀態指示器的區域中，需要使用一些其他測量方法，以估算蓄電池電荷狀態。本發明提出使用磁性傳感器確定這些蓄電池類型的蓄電池單格電池S0C。以下給出了對某些類型蓄電池材料的蓄電池單格電池SOC如何產生不同磁性的簡要概述。磁化率描述了材料在存在已應用的磁場的情況下變得磁化的程度。材料的單位體積磁化率Xu由方程給出:
Xu=MH(I)
其中，M為以單位體積磁偶極表示的磁化強度，H為應用的磁場。磁化率Z還可以用材料的單位質量或單位摩爾數表示。由應用的磁場施加於材料上的機械力與磁化率1、磁場強度，以及磁場梯度成比例。如果磁化率X為正，則將材料被吸引至磁場強度增加的區域，並且被描述為「順磁性的」。如果磁化率Z為負，則材料相反地被排斥，並且被描述為「反磁性的」。由應用的磁場的作用在材料中引起的磁化強度產生其自身的磁場，其與所應用的磁場組合。在順磁性體材料的情況中，組合的磁場通常是在單獨的所應用的磁場之上增加，其中，該增加與材料的順磁性磁化率成比例。在反磁性材料的情況中，最終的組合的磁場相反地被減小。兩種情況原則上可以用於本發明的目的。磁性可以由自由循環的電流產生，例如在電磁體中發現的那些，或可以由在一些有機分子的環形結構中觀察到的電子電流產生。當將鹼性金屬離子引入構成石墨的六碳環薄片之間時，出現所謂的「順磁性環電流」的值得注意的情況。鋰在石墨中的存儲形成鋰離子蓄電池中普通負電極材料的基礎。更常見的是，材料中的磁性從電子的自轉以及它們在原子中的軌道運行中產生。在周期表中鐵族系列、錒族系列、以及稀土系列元素中的自由離子中觀察到磁化率。化合物可用作蓄電池中的電化學能量存儲的活性材料。它們通常屬於已知為嵌入或插入化合物的一類，它們的特徵在於，能夠使小離子，例如鋰，容易插入它們的固態結構中以及從它們的固態結構中抽出。該行為為蓄電池的充電與放電過程提供條件。用於鋰離子蓄電池的作為嵌入材料的常見金屬氧化物包括鋰鈷氧化物LiCoO2、鋰鎳氧化物LiNiO2、以及LiCoxNiyMnzO2形式的變體，其中，鈷、鎳、以及錳類佔據相同的晶格格位，並且x+y+z = I。當經歷嵌入時，一些鋰蓄電池材料形成兩個相，無論這兩相在哪裡共存都會產生平坦的開路電壓特性。目前考慮用作鋰離子蓄電池中的陰極的兩相插入電極的示例為磷酸鐵(FeP04)。相關電化學反應由以下給出:
Li (1_n)FeP04+nLi+ne_=LiFeP04(2)
其中，η為在反應中涉及的鋰離子與電子的數量。在蓄電池12的放電過程中，將鋰插入磷酸鐵中，並且當蓄電池12充電時，將鋰移走。材料中的鋰相對於該材料所能接受的最大數量的鋰，即，LiFePO4中一個Li，的分數對應於電荷狀態分數，其乘以100得到電荷狀態。當磷酸鐵中的自由原子、鐵(Fe)、磷(P)與氧(O)結合時，各個電子結構都被改變以變成更大化合物的一部分。每個原子的價電子有助於化合物中的結合，並且在原子中發生電荷轉移。形成的新的電子結構是具體化合物的特徵，並且具有唯一的與之相關的磁化率。進一步，電子結構的改變發生在將更多離子引入化合物時，在鋰離子蓄電池的放電過程中將鋰插入到磷酸鐵電極中就會是這種情況。該種改變具有對電極的磁化率的可測量的效果，其與增加的鋰的數量成比例。通過系統地改變電極中的鋰分數，並且測量相應的磁化率I，可能建立兩個變量之間的關係。圖2為水平軸表示蓄電池S0C，右側垂直軸表示蓄電池單格電池電壓，左側垂直軸表示磁性傳感器響應的曲線圖,其顯示了蓄電池單格電池電壓與蓄電池單格電池SOC之間的關係以及磷酸鐵鋰離子蓄電池的磁性與蓄電池單格電池SOC之間的關係。曲線28顯示了當蓄電池12充電時蓄電池單格電池SOC與單格電池電壓之間的關係，曲線30顯示了當蓄電池12放電時蓄電池單格電池SOC與單格電池電壓之間的關係，其中，曲線28與30之間的關係提供了磁滯輸出。如顯而易見的，充電與放電曲線明顯不同，並且兩者橫跨蓄電池單格電池SOC的大部分均為相對平坦。因此，如上所述，難以基於蓄電池開路電壓提供對蓄電池單格電池SOC的準確估算。區域34與36分別限定了蓄電池單格電池SOC與單格電池電壓之間的關係不平坦，但具有明顯斜率的曲線28與30的放電與充電端的界標，並且可以用於準確確定蓄電池單格電池S0C。對於某些蓄電池技術，例如LiFePO4鋰離子型，測量的均衡單格電池電壓相對電荷狀態相對不變，並且因此幾乎不提供電荷狀態算法的基礎。如圖2中所示的，均衡電壓相對於蓄電池單格電池SOC非常平坦，除了在區域34與36處的曲線末端，在此稱之為界標。在0-20%、15-30%、65-70%以及97-100% SOC的區域中，注意到了電壓對SOC的一些依賴，並且在區域34與36中，可能實施從均衡電壓中得到SOC的算法，均衡電壓要麼在休眠時測量要麼通過負載下的電壓由計算估算。如所述的，最有區別的且容易識別的電壓界標在0%與100% SOC處產生。在任何一點上，都確定地知道蓄電池單格電池S0C，並且因此該SOC可以用作參考，以標定磁性傳感器的輸出。當單格電池均衡電壓指示0% SOC時，磁性傳感器的相應輸出也可以指定為0% SOCo同樣地，當單格電池均衡電壓指示100% SOC時，磁性傳感器的相應輸出也可以指定為100% SOC0其他電壓界標能夠以相同方式使用，並且可以在均衡時或負載之下確定。可以將電流閾值指定給特定電壓，從而識別出使該電壓有資格作為標定點使用的那一點。標定了磁性傳感器以後，其輸出相對於標定點的變化隨後可以用於確定S0C，而不是完全依靠於輸出的絕對值。返回來參照圖2，曲線32顯示了蓄電池單格電池中的磷酸鐵的磁性與蓄電池單格電池SOC之間的關係。如顯而易見的，該關係為線性，具有明顯斜率，並且對於蓄電池充電和放電均相同。由於已知某些蓄電池材料的磁性取決於電荷狀態，並且已經被示出為形成電荷狀態算法的基礎，所以在那些特性與蓄電池SOC之間的關係中明顯的任意界標可以用於標定傳感器，該傳感器用於探測那些特性。在區域38的曲線32中示出的磁化率界標的例子，其中，由於發生在單格電池陽極中的反磁性與順磁性之間的轉換,在O與10% SOC之間注意到了磁性傳感器輸出中的趨勢的反轉。這個特別的特徵是稀疏插入鋰中的石墨陽極特有的，但是，可以在其他材料中發現其它界標，這些界標可以是同樣有用的。諸如此的傳感器輸出的趨勢的反轉、或者斜率或符號的變化，可用於將傳感器輸出標定到已知SOC值，或用於標定可能是基於電壓或電流的、與磁性傳感器算法並行運行的另一 SOC算法。傳感器的取向可能對於觀察期望的性能來說是重要的，對於石墨陽極來說就是如此，其中，取決於SOC的順磁性僅在平行於單位晶格的C軸取向的磁場中是明顯的。此時可以詳細規定傳感器的位置，以使得磁場線垂直或平行於單格電池中的電極的表面，或處於任意適合於觀測性能的取向中。已經在本領域中提出使用磁性傳感器測量各種類型蓄電池的磁性以及將那些磁性響應轉化為蓄電池S0C。一種已知技術在上面的』145申請公開中被討論。因為蓄電池單格電池通常在蓄電池模塊或其他外殼中緊密地包裝在一起，本領域可能需要各種設計，以提供合適的磁性傳感器來測量不同蓄電池設計的蓄電池單格電池磁性響應。一種通常類型的設計包括將永磁體安裝在蓄電池模塊中的端單格電池之一的端面，並且測量由穿過蓄電池單格電池的永磁磁場線感應的電流。然而，其他類型的磁性傳感器設計可能會更加令人滿意地用於充分地測量蓄電池單格電池S0C。圖3為包括外殼42的蓄電池模塊40的示意性示例，該外殼圍封多個蓄電池單格電池44，其數量可以對於不同蓄電池模塊而改變。在該實施例中，蓄電池單格電池44為此處討論類型的磷酸鐵鋰離子蓄電池單格電池，但是其他類型的蓄電池單格電池也可以適用於本發明。磁性傳感器48安裝至外殼44的外表面,其測量多個單格電池44的一個單格電池50的磁性。儘管示出了磁性傳感器48安裝至外殼42的外表面，但這僅僅說明了一個普通的構造，因為磁性傳感器44可以安裝至蓄電池模塊40中或蓄電池模塊40上任意合適的位置。而且，示出了單格電池50在多個單格電池44中心。這還是通過非限制性示例的方式，因為按照本文中的討論可以測量單格電池44中任一個的SOC。磁性傳感器48包括C形芯52，其包括形成為C形以限定出中心開口 56與橫向開口 58的多個疊層54。疊層54可以由任意合適的材料製成，優選地是高磁導率材料，例如高導磁合金。單格電池50的延伸部分60通過橫向開口 58延伸出外殼42,並且延伸進入中心開口 56，如圖所示。AC驅動線圈62圍繞芯52的一個端部64纏繞，並且AC接收線圈66圍繞芯52的相反端部68纏繞，如圖所示。通過電流控制器70將AC驅動電流應用於驅動線圈62，以產生芯52中的磁場74，其橫跨橫向開口 58傳導，並且因此穿過單格電池50的延伸部分60。磁場74在接收線圈66中感生AC電流，其被傳送至探測電路78，以測量由其產生的AC電壓，並且將其轉換為指不性磁場強度。取決於單格電池50中的電荷,對於恆定溫度，單格電池50中的磁性將遵循圖2中的曲線32，其中，電荷越高，磁性吸引響應越低。因此，基於已知的單格電池材料的磁性，從接收線圈66中的電流轉換來的磁場強度可以被轉換成蓄電池單格電池S0C。現有技術中可獲得並且已知蓄電池診斷，用以確定一個蓄電池單格電池的單格電池SOC是否指示蓄電池模塊40中的其他單格電池44的單格電池S0C。溫度傳感器46測量蓄電池模塊40的溫度，並且向探測電路78提供溫度信號，以提供溫度補償，因為單格電池50的磁性隨溫度改變，如以下將更加詳細論述的。芯52提供了磁場74的集中，其增加了藉助本領域中已知的那些磁性傳感器的探測蓄電池單格電池SOC的改變的能力，這些磁性傳感器也是用於此目的。而且，傳感器48能夠設置於車輛的內部，因為其對于振動不敏感。而且，磁場74集中於芯52內，這給其更加一致的路徑，其允許磁場74中的更多部分被正確地導入接收線圈66。傳感器48不直接測量磁場，但測量由磁場74產生的電流或功率。圖4為流程圖表80，其示出了基於以上論述的用於將來自接收線圈66的電流輸出信號轉換成探測電路78中的蓄電池單格電池SOC的示例性過程。儘管此處論述的用於將接收線圈電流轉換成合適的蓄電池單格電池SOC的過程用於磁性傳感器48，本領域技術人員應該理解的是，流程圖表80中所示的過程可以用於其他磁性傳感器，這些磁性傳感器用於確定蓄電池單格電池S0C。在方框82中提供來自接收線圈60的輸出信號，並且在方框84校正偏差。偏差校正提供標定，以確保來自接收線圈66的電流輸出信號與在芯52中產生的已知的磁場74相一致。為了校正測量磁場74的傳感器84中的漂移，需要周期性地將傳感器48暴露至已知強度的磁場。這通過關閉AC驅動信號，並且完全移開磁場74，並觀測不存在磁場74的傳感器輸出而最容易地實現。換句話說，關閉驅動線圈62，以使得不產生芯52中的磁場74，並且將來自接收線圈66的輸出電流信號設置為零。隨後可以校正傳感器48的電流信號輸出，以識別零場，並且因此去除來自接收線圈60的電流輸出信號中的任意偏移誤差。實際上，如果像在該特定傳感器中一樣通過電磁體提供磁場74，可以簡單關掉磁場足夠長時間，以完成偏差校正。執行這種操作時要考慮到傳感器48的環境，並且在當沒有其他偶然性磁場存在時完成。在混合動力或電動車輛應用的情況中，這意味著車輛很有可能被關閉。還可以提供已知的、但非零磁場強度的磁場，從而實現偏差校正。在方框86中，算法執行由溫度傳感器46提供的對偏差校正後信號的溫度補償。因為材料的磁性與溫度相關，並且那些磁性中的與溫度有關的變化可能遠大於由於SOC差導致的改變，必須將溫度校正因數應用於電流輸出信號。順磁性材料遵從居裡-外斯定理，其規定它們的摩爾磁化率為與溫度成反比:
權利要求
1.一種用於確定蓄電池單格電池的電荷狀態的磁性傳感器組件，所述傳感器組件包括: 磁芯，其包括幾乎連續的高導磁率材料環，所述芯具有限定了中心開口的兩個相對的端部以及兩個相對的側部，所述磁芯進一步包括穿過所述側部之一的橫向開口，所述橫向開口接收穿過其延伸的所述蓄電池單格電池的一部分，以使得將所述蓄電池單格電池的所述一部分定位於所述中心開口中； 驅動線圈，其圍繞所述端部之一纏繞，並且響應於產生所述芯中的磁場的驅動信號，所述磁場跨越所述橫向開口與所述蓄電池單格電池的所述一部分延伸； 接收線圈，其圍繞另一端部纏繞，其中，所述芯中的所述磁場在所述接收線圈中感生電流；以及 處理器，其響應於來自所述接收線圈的電流，所述處理器配置成將所述接收線圈中的電流轉換為表示所述芯中的所述磁場的磁場強度的比例磁性信號，並且將所述磁性信號轉換為所述蓄電池單格電池的電荷狀態。
2.根據權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，所述磁芯包括多個疊層板。
3.根據權利要求2所述的傳感器組件，其特徵在於，所述多個疊層板形成為C形，以限定所述中心開口與所述橫向開口。
4.根據權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，所述磁芯由高導磁率的高導磁合金型材料製成。
5.根據權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，所述蓄電池單格電池為磷酸鐵鋰離子蓄電池單格電池。`
6.根據權利要求1所述的傳感器組件，其特徵在於，所述蓄電池單格電池為包括多個蓄電池單格電池的蓄電池模塊的一部分。
7.根據權利要求6所述的傳感器組件，其特徵在於，所述蓄電池模塊為電動車輛上的蓄電池系統的一部分。
8.一種用於確定蓄電池單格電池的電荷狀態的磁性傳感器組件，所述蓄電池單格電池為包括多個蓄電池單格電池的蓄電池模塊的一部分，並且所述蓄電池模塊為電動車輛上的蓄電池系統的一部分，所述傳感器組件包括: 磁芯，其形成為具有中心開口與橫向開口的C形，其中，所述橫向開口接收所述模塊中的所述蓄電池單格電池之一的一部分； 驅動線圈，其圍繞所述磁芯的端部纏繞，並且響應於產生所述芯中的磁場的驅動信號，所述磁場跨越所述橫向開口與所述蓄電池單格電池的所述一部分延伸； 接收線圈，其圍繞相反端部纏繞，其中，所述芯中的所述磁場在所述接收線圈中感生電流；以及 處理器，其響應於來自所述接收線圈的電流，所述處理器配置成將所述接收線圈中的電流轉換為表示所述芯中的所述磁場的磁場強度的比例磁性信號，並且將所述磁性信號轉換為所述蓄電池單格電池的電荷狀態。
9.根據權利要求8所述的傳感器組件，其特徵在於，所述磁芯包括多個疊層板。
10.一種用於電動車輛的蓄電池模塊，所述蓄電池模塊包括: 多個蓄電池單格電池；以及用於測量所述模塊中的蓄電池單格電池之一的電荷狀態的磁性傳感器，所述磁性傳感器包括具有幾乎連續的高導磁率材料環的磁芯，所述芯具有限定了中心開口的兩個相對的端部以及兩個相對的側部，所述磁芯進一步包括穿過所述側部之一的橫向開口，所述橫向開口接收所述一個蓄電池單格電池的一部分，所述磁性傳感器進一步包括驅動線圈，其圍繞所述端部之一纏繞，並且響應於產生所述芯中的磁場的驅動信號，所述磁場跨越所述橫向開口與所述蓄電池單格電池的所述一部分延伸；所述磁性傳感器進一步包括接收線圈，其圍繞相反 端部纏繞，其中，所述芯中的所述磁場在所述接收線圈中感生電流。
全文摘要
本發明涉及用於確定磷酸鐵鋰離子蓄電池的電荷狀態的磁性傳感器變壓器。一種用於測量蓄電池單格電池的磁性，並且將磁性轉換為蓄電池單格電池SOC的磁性傳感器。磁性傳感器包括由以C形提供的疊層的高磁導率板組成的磁芯。蓄電池單格電池的延伸部分穿過芯中的橫向開口延伸，以使得其定位於芯中。驅動線圈圍繞磁芯的一個端部纏繞，並且產生芯中的磁場，其跨越橫向開口，並且穿過蓄電池單格電池延伸。接收線圈圍繞芯的相反端部纏繞，其接收磁場，並且將磁場轉換為代表性的電流。探測電路將接收線圈電流轉換為蓄電池單格電池SOC。
文檔編號G01R31/36GK103149534SQ201210522048
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者J.O.康奈爾, B.J.科赫 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司