[發(fā)明專利]用于確定磷酸鐵鋰離子蓄電池的電荷狀態(tài)的磁性傳感器變壓器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210522048.X
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN103149534B
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J.O.康奈爾;B.J.科赫
• 申請（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G01R31/36
• 分類號(hào): G01R31/36;B60L11/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 吳超;楊炯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及用于確定蓄電池的電荷狀態(tài)（SOC）的磁性傳感器，更具體地，涉及用于確定電動(dòng)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(shù)

電動(dòng)車輛變得越來越流行。這些車輛包括混合動(dòng)力車輛，例如增程式電動(dòng)車輛（EREV），其兼具蓄電池與例如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池系統(tǒng)等的主動(dòng)力源，還包括純電動(dòng)車輛，例如蓄電池電動(dòng)車輛（BEV）。所有這些類型的電動(dòng)車輛均使用高電壓蓄電池，其包括多個(gè)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(dòng)車輛高電壓蓄電池系統(tǒng)可以包括大量蓄電池單格電池或大量的包含了幾個(gè)蓄電池單格電池的模塊，以滿足車輛動(dòng)力與能量需求，其中，每個(gè)蓄電池模塊均可以包括特定數(shù)量的蓄電池單格電池，例如12個(gè)單格電池。各個(gè)蓄電池單格電池可以串聯(lián)電耦合，或一連串單格電池可以并聯(lián)電耦合，其中，模塊中的許多單格電池串聯(lián)連接，并且每個(gè)模塊并聯(lián)電耦合至其他模塊。不同車輛設(shè)計(jì)包括不同蓄電池設(shè)計(jì)，其對(duì)特定應(yīng)用使用各種權(quán)衡與優(yōu)勢。

為了最大化蓄電池耐用性，并且向車輛的駕駛員提供有用的里程信息，重要的是能夠準(zhǔn)確地確定電動(dòng)或混合動(dòng)力車輛中的蓄電池的電荷狀態(tài)（SOC）。用于估算蓄電池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，也易于產(chǎn)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，通過電子硬件、A/D轉(zhuǎn)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(dòng)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(chǎn)生在蓄電池電荷狀態(tài)的大部分范圍上的幾乎恒定的開路電壓。可以使用復(fù)雜的模型與算法估算負(fù)載下的開路電壓，并且當(dāng)蓄電池休眠時(shí)，可獲得真實(shí)開路電壓的非常準(zhǔn)確的測量結(jié)果，但事實(shí)依然是在某些操作區(qū)域中，非常少的有關(guān)電荷狀態(tài)的信息可以從電壓確定。開路電壓與電荷狀態(tài)的弱相關(guān)可能導(dǎo)致對(duì)剩余蓄電池能量與車輛驅(qū)動(dòng)范圍的錯(cuò)誤估算，并且還可能導(dǎo)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(dòng)混合動(dòng)力車輛的動(dòng)力源通常仍是非常令人滿意的，因?yàn)樗鼈兊牡椭亓俊⒏吖β誓芰σ约案蟮哪芰看鎯?chǔ)能力。因此，對(duì)于使用具有在蓄電池SOC的大部分范圍上的幾乎恒定的開路電壓的蓄電池類型的車輛，需要提供用于不基于蓄電池開路電壓而確定蓄電池SOC的系統(tǒng)與方法。

在一個(gè)特定的鋰離子蓄電池設(shè)計(jì)中，各個(gè)蓄電池單格電池的正極端子板由磷酸鐵組成，負(fù)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(dāng)蓄電池單格電池的SOC增加時(shí)，磷酸鐵的磁化率降低。為此，公知的是，在現(xiàn)有技術(shù)中，使用磁性傳感器以測量這些類型蓄電池的SOC。

美國專利申請公開號(hào)2010/0079145，題為使用磁致伸縮探測蓄電池材料的磁性響應(yīng)而確定蓄電池電荷狀態(tài)的系統(tǒng)與方法，其轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人，并且通過參考合并在此，其公開了基于蓄電池材料的磁性響應(yīng)確定蓄電池SOC的技術(shù)。’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(hào)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(jìn)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(yīng)于蓄電池SOC的變化而變化。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了一種用于測量蓄電池單格電池的磁性、并將該磁性轉(zhuǎn)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(dǎo)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(nèi)的橫向開口，使得它被定位在該芯內(nèi)。驅(qū)動(dòng)線圈纏繞在該磁性芯的一端并在芯內(nèi)產(chǎn)生延伸跨過該橫向開口并通過蓄電池單格電池的磁場。接收線圈纏繞在該芯的相對(duì)端，其接收該磁場，并將該磁場轉(zhuǎn)換成代表性電流。探測電路將該接收線圈的電流轉(zhuǎn)換成蓄電池單格電池SOC。

本發(fā)明還提供了如下方案：

方案1.一種用于確定蓄電池單格電池的電荷狀態(tài)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(xù)的高導(dǎo)磁率材料環(huán)，所述芯具有限定了中心開口的兩個(gè)相對(duì)的端部以及兩個(gè)相對(duì)的側(cè)部，所述磁芯進(jìn)一步包括穿過所述側(cè)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于所述中心開口中；