CN102680904A - 一种电池内部温度检测电路及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池内部温度检测电路及检测方法，其特征在于：它包括待检测的电池、交流电流源激励电路、电池电压检测电路和相位差计，所述电池两端分别连接所述交流电流激励电路和电池电压检测电路，所述交流电流激励电路将含有直流分量的交流电压信号转变为交流电流信号后，激励所述电池；所述电池电压检测电路用于检测所述电池对所述交流电流激励电路的响应信号；所述交流电流激励电路的激励信号输入所述相位差计，所述电池电压检测电路检测到的响应信号也输入所述相位差计，经所述相位差计得到所述激励信号与电池两极响应信号的相位差值，通过差值算法得到所述电池的内部温度信息。本发明可以广泛在电池温度检测中应用。

Description

一种电池内部温度检测电路及检测方法
技术领域
本发明涉及一种检测电路及检测方法，特别是关于一种电池内部温度检测电路及检测方法。
背景技术
锂电池现在被广泛用于移动通讯、车辆、工具等领域，但是锂电池的安全性一直是人们最关注的焦点，锂电池的安全性多表现于由于外部或内部的条件而导致的锂电池温度失控从而出现电池的安全问题。电池内部温度的快速变化往往发生在毫秒级到数十秒级的范围内。电池内部温度的剧烈变化可能会导致隔膜层的关闭或断裂，电解液的老化从而加剧释放更多的热量，最终导致温度失控。传统的电池温度测量常用外部的温度计测量电池的表面温度。一般来说，电池的表面温度为电池内部温度的低通滤波的结果，所以很难及时响应电池内部温度快速变化。根据目前研究表明，电池温度在70摄氏度，隔膜层一般就可能存在危险，尤其是当电池处于高SOC(荷电状态)时。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能及时响应电池内部温度变化的电池内部温度检测电路及检测方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电池内部温度检测电路，其特征在于：它包括待检测的电池、交流电流源激励电路、电池电压检测电路和相位差计，所述电池两端分别连接所述交流电流激励电路和电池电压检测电路，所述交流电流激励电路将含有直流分量的交流电压信号转变为交流电流信号后，激励所述电池；所述电池电压检测电路用于检测所述电池对所述交流电流激励电路的响应信号；所述交流电流激励电路的激励信号输入所述相位差计，所述电池电压检测电路检测到的响应信号也输入所述相位差计，经所述相位差计得到所述激励信号与电池两极响应信号的相位差值，通过差值算法得到所述电池的内部温度信息。
所述交流电流源激励电路包括含有直流分量的交流电流激励源、放大器、三极管和电阻，所述交流电流激励源输出端分别连接所述放大器的负向输入端和所述相位差计的一个输入端；所述放大器的输出端连接所述三极管基极，集电极连接所述电池正极，发射极与所述放大器正向输入端并联后，经所述电阻接地；所述电池负极接地。
所述电池电压检测电路包括隔直电容和缓冲放大器，所述隔直电容一端连接所述电池正极，另一端连接所述缓冲放大器，将所述电池响应电压信号滤除直流分量后，经所述放大器输入所述相位差计中。
所述三极管采用NMOSFET管或NPN型管。
一种基于上述检测电路的电池内部温度检测方法，其包括以下步骤：1)建立相位差与电池内部温度的关系查询表：(1)将待检测的电池接入电池内部温度检测电路，并放入温控箱内，准备检测；(2)将电池在温控箱内放置一段时间，使得电池表面温度与电池内部温度一致；(3)由交流电流激励电路在电池两端加载交流电流，并将该交流电流输入相位差计；(4)通过电池电压检测电路检测被测电池两端的频率信号，并将该频率信号传输至相位差计；(5)由相位差计对加载交流电流和电池两端的频率信号进行相位差计算，得到相位差，并记录当前温度；(6)判断所有温度采集点是否完成，若完成，则生成相位与电池内部温度的关系查询表；反之，则改变温控箱温度，返回所述步骤(1)重新检测；2)由交流电流源激励电路加载交流电流到待检测电池，电池在放电或充电过程中每隔一段时间检测一次相位差，然后根据相位与电池内部温度查询表、差值算法和测得的相位差得到当前电池内部温度。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明由于采用直接通过测量和计算电池的特性来得到电池的温度，此温度与传统的外置式温度计相比能够更快的预知电池的温度，从而***电池的安全状态避免危险的发生以及避免电池受到损害，提升电池的健康度。本发明可以广泛在电池温度检测中应用。
附图说明
图1是本发明的检测电路整体结构示意图；
图2是本发明的检测电路整体电路原理示意图；
图3是本发明建立相位与电池内部温度关系查询表的流程示意图；
图4是本发明在电池阳极特性频率范围为40～100Hz时，电池阳极相移与温度的关系曲线图：
图5是本发明在电池阴极特性频率范围为10～30Hz时，电池阴极相移与温度的关系曲线图。
具体实施方式
本发明是基于锂电池阳极和阴极对于具体频率信号响应的相移随电池温度变化的对应关系，而实时测量电池相移，进而预测电池内部温度的检测方法。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明的电池内部温度检测电路包括待检测的电池1、交流电流源激励电路2、电池电压检测电路3和相位差计4，电池1两端分别连接交流电流激励电路2和电池电压检测电路3，交流电流激励电路2将含有直流分量的交流电压信号转变为交流电流信号后，激励电池1；电池电压检测电路3用于检测电池1对交流电流激励电路2的响应信号。交流电流激励电路2的激励信号输入相位差计4，电池电压检测电路3检测到的响应信号也输入相位差计4，经相位差计4进行相位差运算后，得到激励信号与电池1两极响应信号的相位差值，通过现有技术中的差值算法即可得到电池1的内部温度信息。
上述实施例中，如图2所示，交流电流源激励电路2包括含有直流分量的交流电流激励源5、放大器A0、三极管Q0和电阻R0，交流电流激励源5输出端分别连接放大器A0的负向输入端和相位差计4的一个输入端；放大器A0的输出端连接三极管Q0基极，三极管Q0集电极连接电池1正极，三极管Q0发射极与放大器A0正向输入端并联后，经电阻R0接地。其中，电池1负极接地。放大器A0，三极管Q0及电阻R0构成负反馈电路，放大器A0根据正向输入端输入的电阻R0反馈量，与放大器A0负向输入端输入的交流信号源比较后，输出调节三极管Q0的导通量，以实现输出稳定的交流电流。
上述各实施例中，如图2所示，电池电压检测电路3包括隔直电容C0和缓冲放大器U0，隔直电容C0一端连接电池1正极，另一端连接缓冲放大器U0，将电池1响应电压信号滤除直流分量后，经放大器U0将信号放大，然后输入相位差计4中。
上述各实施例中，三极管Q0可以采用NMOSFET管或NPN型管。
如图3所示，本发明的电池内部温度检测方法包括以下步骤：
1)建立相位差与电池内部温度的关系查询表：
(1)将待检测的电池接入电池内部温度检测电路，并放入温控箱内，准备检测；
(2)将电池在温控箱内放置一段时间，以确保电池处于稳定的温度环境，使得电池表面温度与电池内部温度一致；其中，电池放置时间是由电池的体积及温控箱的控温能力决定。
(3)当电池表面温度与电池内部温度一致时，由交流电流激励电路在电池两端加载交流电流，并将该交流电流输入相位差计；
(4)通过电池电压检测电路检测被测电池两端的频率信号，并将该频率信号传输至相位差计；
(5)由相位差计对加载交流电流和电池两端的频率信号进行相位差计算，得到相位差，并记录当前温度；
(6)判断所有温度采集点是否完成，若完成，则生成相位与电池内部温度的关系查询表；反之，则改变温控箱温度，返回步骤(1)重新检测。
2)由交流电流源激励电路加载交流电流到待检测电池，电池在放电或充电过程中每隔一段时间检测一次相位差，然后根据步骤1)中的相位与电池内部温度查询表、差值算法和测得的相位差得到当前电池内部温度。
综上所述，本发明是通过在电池阳极及阴极之间加载不同频率的电流信号，从而得到电池对激励信号的响应，即电池阳极与阴极的电压随在阳极与阴极间加载的电流信号而产生的变化。由于电池的两极对各自特征频率的激励信号的响应都存在不同程度的相移，并且与电池的温度成相关性(如图4、图5所示)。因此，本发明通过对电池两极加载激励源，采集电池两极电池电压的变化(反馈)，经过对激励源信号与电池两极电压变化信号的相位差得到具体的差值。本发明是直接通过测量和计算电池的特性来得到电池的温度，此温度与传统的外置式温度计相比能够更快的预知电池的温度，从而***电池的安全状态避免危险的发生以及避免电池受到损害，提升电池的健康度。本发明还可以进行电池交流内阻测量。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的连接和结构都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种电池内部温度检测电路，其特征在于：它包括待检测的电池、交流电流源激励电路、电池电压检测电路和相位差计，所述电池两端分别连接所述交流电流激励电路和电池电压检测电路，所述交流电流激励电路将含有直流分量的交流电压信号转变为交流电流信号后，激励所述电池；所述电池电压检测电路用于检测所述电池对所述交流电流激励电路的响应信号；所述交流电流激励电路的激励信号输入所述相位差计，所述电池电压检测电路检测到的响应信号也输入所述相位差计，经所述相位差计得到所述激励信号与电池两极响应信号的相位差值，通过差值算法得到所述电池的内部温度信息。
2.如权利要求1所述的一种电池内部温度检测电路，其特征在于：所述交流电流源激励电路包括含有直流分量的交流电流激励源、放大器、三极管和电阻，所述交流电流激励源输出端分别连接所述放大器的负向输入端和所述相位差计的一个输入端；所述放大器的输出端连接所述三极管基极，集电极连接所述电池正极，发射极与所述放大器正向输入端并联后，经所述电阻接地；所述电池负极接地。
3.如权利要求1所述的一种电池内部温度检测电路，其特征在于：所述电池电压检测电路包括隔直电容和缓冲放大器，所述隔直电容一端连接所述电池正极，另一端连接所述缓冲放大器，将所述电池响应电压信号滤除直流分量后，经所述放大器输入所述相位差计中。
4.如权利要求2所述的一种电池内部温度检测电路，其特征在于：所述电池电压检测电路包括隔直电容和缓冲放大器，所述隔直电容一端连接所述电池正极，另一端连接所述缓冲放大器，将所述电池响应电压信号滤除直流分量后，经所述放大器输入所述相位差计中。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种电池内部温度检测电路，其特征在于：所述三极管采用NMOSFET管或NPN型管。
6.一种如权利要求1～5任意一项所述检测电路的电池内部温度检测方法，其包括以下步骤：
1)建立相位差与电池内部温度的关系查询表：
(1)将待检测的电池接入电池内部温度检测电路，并放入温控箱内，准备检测；
(2)将电池在温控箱内放置一段时间，使得电池表面温度与电池内部温度一致；
(3)由交流电流激励电路在电池两端加载交流电流，并将该交流电流输入相位差计；
(4)通过电池电压检测电路检测被测电池两端的频率信号，并将该频率信号传输至相位差计；
(5)由相位差计对加载交流电流和电池两端的频率信号进行相位差计算，得到相位差，并记录当前温度；
(6)判断所有温度采集点是否完成，若完成，则生成相位与电池内部温度的关系查询表；反之，则改变温控箱温度，返回所述步骤(1)重新检测；
2)由交流电流源激励电路加载交流电流到待检测电池，电池在放电或充电过程中每隔一段时间检测一次相位差，然后根据相位与电池内部温度查询表、差值算法和测得的相位差得到当前电池内部温度。
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