電池單元溫度檢測的制作方法
【專利摘要】一種電池設(shè)備。檢測了電池單元的溫度特性。根據(jù)一個或多個實施例，針對每一個電池單元檢測截取頻率，在所述截取頻率下所述電池單元的阻抗值曲線的虛部表現(xiàn)出零交叉。所述阻抗值與注入到所述單元中的電流相對應?；卺槍λ鰡卧鶛z測的截取頻率和對所述單元的操作建模的存儲數(shù)據(jù)來確定所述單元的溫度。利用不同類型的電路來實現(xiàn)各種方法，所述電路連接用于檢測各個單元的阻抗值。
【專利說明】電池單元溫度檢測
[0001]基于35U.S.C.§ 119，該專利文件要求要求2012年5月24日遞交的題為“電池單元溫度測量裝置(電池單元Temperature MeasurementArrangement ”的美國臨時專利申請N0.61/651,039的權(quán)益，將其全部合并在此作為參考.【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的各個實施例的多個方面涉及溫度檢測，并且涉及電池單元中的這種檢測。
【背景技術(shù)】
[0003]在多種電池單元中，例如在混合/電動車輛的電池系統(tǒng)中使用的電池單元中，電池單元的性質(zhì)和行為強烈地依賴于其溫度。例如，在非常高或非常低的溫度下，可能減小電流驅(qū)動和電荷接受容量。如果電池單元的負載或者用于所述單元的充電器不考慮這種效應，可能會嚴重地減少電池單元的壽命。
[0004]然而，確定電池的溫度具有挑戰(zhàn)性。例如，難以查明最佳測量溫度的位置。此外，因為較大的電池單元具有較高的(熱)質(zhì)量(mass)，在電池外部部分處的可到達位置上可以測量電池單元內(nèi)部的溫度變化之前，需要一定的時間(使溫度一致所需要的時間)。
[0005]因為電池的性質(zhì)和老化效應是依賴于溫度的，期望知曉的每一個電池單元的溫度在IK范圍內(nèi)。如果不是在電池單元的化學活性部分內(nèi)部進行感測，獲得這種測量精度具有挑戰(zhàn)性。此外，在具有許多串聯(lián)電池單元的大電池組中，測量溫度變得更加復雜，例如對于在電動車中使用的那些電池組。通常，最弱的電池單元決定了電池組的容量和電流驅(qū)動能力。然而在不同的溫度下，不同的電池單元可能是最弱的。盡管熱模型可以用于識別單獨電池單元的溫度，這種模型可能難 以實現(xiàn)。此外，盡管不同的傳感器可以用于每一個電池單元，這種方法可能成本上不可行，或者實現(xiàn)起來具有挑戰(zhàn)性。
[0006]這些和其他事情繼續(xù)對針對多種應用而監(jiān)測電池單元溫度和其他特性提出了挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]各種示例實施例涉及電池單元溫度檢測、涉及相關(guān)電路/模塊及其實現(xiàn)方式。
[0008]根據(jù)示例實施例，針對每一個電池單元，如下檢測多個電池單元的每一個中的溫度。檢測截取(intercept)頻率，所述截取頻率是所述電池單元的阻抗值曲線的虛部表現(xiàn)出零交叉時的頻率，其中所述阻抗值與注入到所述電池單元的電流相對應?；跈z測到的針對所述電池單元的截取頻率和對電池單元操作建模的存儲數(shù)據(jù)來確定所述電池單元的溫度。在一些實現(xiàn)中，當包括處理電路和針對所述處理電路操作的存儲指令時，分別在截取檢測電路和溫度檢測電路中、在這種電路模塊中和/或在操作這些模塊的電路中執(zhí)行截取頻率和溫度檢測。
[0009]另一個實施例涉及電池設(shè)備，包括:阻抗檢測電路、零交叉電路、映射電路和溫度檢測電路，每一個均可以分離地或者組合地實現(xiàn)。所述阻抗檢測電路與多個電池單元相連，并且針對每一個電池單元檢測不同頻率下的阻抗值。零交叉電路通過使用檢測的阻抗值來針對每一個電池單元而操作，以確定針對所述電池單元的阻抗曲線的虛部的零交叉點的頻率。映射電路針對每一個電池單元將零交叉點的頻率映射到模型中，并且溫度檢測電路基于針對電池單元的映射，來產(chǎn)生所述電池單元的溫度特性的指示。
[0010]以上討論/總結(jié)并非意欲描述本公開的每一個實施例或者每一種實現(xiàn)。接下來的附圖和詳細描述也例證了各種實施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]結(jié)合附圖考慮以下詳細描述，可以更加全面地理解各種示例實施例，其中:
[0012]圖1示出了根據(jù)一個或多個實施例的溫度檢測設(shè)備；
[0013]圖2示出了根據(jù)一個或多個實施例的溫度檢測設(shè)備；
[0014]圖3示出了根據(jù)一個或多個實施例的溫度檢測設(shè)備；
[0015]圖4示出了根據(jù)一個或多個實施例的針對控制電池單元時使用的不同電荷狀態(tài)(SoC)條件的溫度對截取頻率曲線；以及
[0016]圖5示出了根據(jù)一個或多個實施例的用于溫度檢測的數(shù)據(jù)流程圖。
【具體實施方式】
[0017]盡管本發(fā)明可以具有多種修改和備選形式，但是在附圖中僅以示例的方式示出了本發(fā)明的細節(jié)，并且將詳細描述這些細節(jié)。然而，應該理解，目的并非將本發(fā)明限于所描述的特定實施例。相反，目的在于覆蓋落在包括權(quán)利要求中限定方面的本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有修改、等同和備選形式。此外貫穿本申請，所使用的術(shù)語“示例”僅是說明性的，而非限制。
[0018]本發(fā)明的多個方面可應用于涉及電池單元溫度測量的多種不同類型的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。盡管本發(fā)明不必限制于此，但是通過以這種上下文來對示例進行論述，可以認識到本發(fā)明的各個方面。
[0019]各種示例實施例涉及基于電池單元的行為來檢測電池單元的溫度特性。在各種實現(xiàn)中，監(jiān)測電池單元在頻域中的阻抗行為，并且用于提供溫度的指示。在一些實施例中，隨時間監(jiān)測這種行為，并且用于表現(xiàn)電池單元老化時的溫度特性。一些實施例涉及基于所述溫度特性控制這種電池單元的操作。
[0020]在更具體的實施例中，將檢測的阻抗的虛部的截取頻率用于估計單元溫度(例如，無需獲得和/或使用整個尼奎斯特曲線)。在兩個或多個頻率下檢測單元阻抗，并且將單元阻抗用于確定或者檢測檢測的阻抗的虛部大約為零時(零交叉點)的截取頻率，所述截取頻率是實際(真實(real))頻率的表示。在一些實施例中，可以對所述兩個點使用插值以對零交叉點進行近似。在一些實施例中，在第一(例如任意)頻率下測量單元阻抗。如果所述阻抗的虛部是正的，那么在更高的頻率下檢測阻抗。如果所述阻抗的虛部是負的，接下來在更低的頻率下檢測阻抗。重復這種程序，直到阻抗的虛部(近似)為零為止。
[0021]在一些實施例中，使用電池單元的尼奎斯特曲線來實現(xiàn)一個或多個這種方法，尼奎斯特曲線描繪了單元的阻抗根據(jù)頻率變化的實部和虛部。例如，可以將尼奎斯特曲線中的低頻(例如mHz范圍)用作電池單元中擴散效應的指示，可以將中頻(例如Hz范圍)用作單元動力學的指示，以及可以將高頻(例如kHz范圍)用作機械單元結(jié)構(gòu)的指示。將頻率方面映射到單元模型的分量上，并且用于提供單元中溫度的指示。
[0022]各種實施例涉及利用適當修改的現(xiàn)有電路的實現(xiàn)(例如根據(jù)被執(zhí)行以實現(xiàn)適當操作的指令進行操作)，例如在單元管理電路中。對于與電池單元有關(guān)的一般信息，以及對于與可以在串聯(lián)連接單元的長鏈中測量單獨單元阻抗的方式有關(guān)的特定信息，可以參考下面的每一個，將其全部結(jié)合在此作為參考:Hong, Y-J等人的“Modeling of theThermalBehavior of a Lithium-1on Battery Pack”， Advanced AutomotiveBatteryConference, 4 pgs.(2010);美國專利申請公開 N0.2012/0105070 (van Lammeren,J.P.M.等 人 的“SpectroscopicBattery-Cell-1mpedance Measurement Arrangementfor Large BatteryPacks Using the Cell Balancing Current，，)；美國專利申請N0.13/100, 652(Lammers, M.J.G.“Method to Measure the Impedancesof Batterycells in a (H) EV Application”);以及美國專利申請 N0.13/150，959 (van Lammeren,J.P.M.等人的“DFT-BasedBattery-Cell-1mpedance Measurement Arrangement forHigh-VoltageBattery Packs，，)。
[0023]使用上述方法可以測量電池單元化學組成本身的溫度，解決與諸如單元外殼之類的部件溫度測量相關(guān)的問題，從中可以估計化學組成的溫度，并且解決了相對于化學組成和溫度傳感器之間熱阻的測量誤差問題。另外，可以測量瞬時溫度，因為在電池單元的加熱和感測溫度之間不存在時間延遲，解決了由熱時間常數(shù)引起的延遲帶來的問題?？梢詿o需實現(xiàn)復雜的電池組模型和軟件例程就可以獲得測量值。此外，所測量的溫度是單元的化學組成的平均溫度，解決了測量單元中的單獨位置帶來的問題，當內(nèi)部溫度梯度上升時所述單獨位置測量可能導致誤差，尤其是在重負載的情況下并且如果電池組具有主動冷卻系統(tǒng)。另外，無需等待電池停留在“化學穩(wěn)定狀態(tài)”就可以進行測量，因為截取頻率位于其中化學時間常數(shù)其作用的頻率范圍之上。
[0024]現(xiàn)在回到附圖，圖1示出了設(shè)備100，包括零交叉檢測電路110和溫度檢測電路120。作為示例，所述設(shè)備100示出為耦合用于經(jīng)由阻抗檢測電路140接收針對多個電池單元130-N的每一個的阻抗值。零交叉檢測電路110針對每一個電池單元檢測截取頻率。截取頻率是電池單元的阻抗值曲線的虛部表現(xiàn)出零交叉(或者近似零交叉)時的頻率，其中阻抗值與注入到單元中的電流相對應，如經(jīng)由電流注入電路150所表示的(例如，使用阻抗的部分尼奎斯特曲線的虛部來確定零交叉點的頻率)。
[0025]溫度檢測電路120基于檢測的針對所述單元的截取頻率和對單元的操作建模的存儲數(shù)據(jù)(例如存儲在數(shù)據(jù)存儲電路122中)來確定每一個單元的溫度，并且提供可以用于控制電池單元的操作的輸出。在一個這種示例中，控制器160使用檢測的溫度來控制對串聯(lián)連接的電池單元130-N充電和放電的至少一個。
[0026]在一些實施例中，所述設(shè)備100也包括阻抗檢測電路140、電流注入電路150、數(shù)據(jù)存儲電路122和控制器160的一個或多個。在另一實施例中，這些電路可以存在于設(shè)備100相連的電池組系統(tǒng)中，所述設(shè)備100包括零交叉檢測電路110和溫度檢測電路120。因此，各種實施例涉及作為疊加(add-on)功能和/或監(jiān)測和/或控制電池組的大系統(tǒng)的實現(xiàn)。在一些實現(xiàn)中，零交叉檢測電路110控制電流注入電路150按照一定的頻率注入電流。在另一實現(xiàn)中，電流注入電路150是設(shè)備100的一部分，并且與零交叉檢測電路110協(xié)力控制注入頻率。
[0027]在更具體的實施例中，電流注入電路150操作用于按照不同的頻率將電流注入到單元130-N中。零交叉檢測電路通過對響應于在不同頻率下的電流注入而檢測到的單元的相應阻抗值進行插值，來檢測所述截取頻率。例如，這種插值可以包含線性插值，使用例如圖4所示的曲線。在一些實施例中,將電流信號按照不同的頻率同時(concurrently)注入到每一個單元中。
[0028]在一些示例中，基于零交叉檢測電路110在先檢測的截取頻率來設(shè)置各個注入頻率。分別將大于在先檢測的截取頻率的至少一個頻率和小于在先檢測的截取頻率的至少一個頻率注入到單元中。結(jié)合這些和其他實施例，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過注入這些頻率，可以將線性插值用于識別可以從中確定電池單元溫度的零交叉點。因此，零交叉檢測電路110通過對響應于在不同頻率下的電流注入而檢測到的單元的各個阻抗值進行插值來檢測截取頻率。
[0029]根據(jù)更具體的示例實施例，如可以利用設(shè)備100所實現(xiàn)的，阻抗檢測電路與多個電池單元相連，并且檢測針對每一個單元在不同頻率下的阻抗值，并且零交叉電路使用針對每一個單元所檢測的阻抗值來確定針對所述單元的阻抗曲線的虛部的零交叉點的頻率。映射電路將針對每一個零交叉點的頻率映射到針對所述單元的模型，并且溫度檢測電路基于針對所述單元的映射產(chǎn)生所述單元的溫度特性的指示。
[0030]在一些實施例中，所述零交叉檢測電路110通過檢測與在不同的第一和第二頻率下的單元操作相對應的單元阻抗，來確定針對每一個單元的零交叉點的頻率。使用在第一和第二頻率下檢測的阻抗，針對所述單元對零交叉點進行線性插值。在一些實現(xiàn)中，阻抗檢測電路140在第一和第二頻率下將信號注入到所述單元中，使用分別大于和小于預期截取頻率的頻率，并且經(jīng)由其間的線性插值實現(xiàn)零交叉點的檢測。在更具體的實現(xiàn)中，同時注入針對每一個頻率的電流，其中所述阻抗檢測電路140操作用于在兩個頻率下檢測阻抗(例如，在比單元的熱時間常數(shù)的倒數(shù)更高的速率下檢測各個零交叉頻率)。
[0031]使用多種方法的一個或多個來確定注入到電池單元中的各個頻率。在一個這種實施例中，電流注入電路150操作用于分別在比零交叉檢測電路110已經(jīng)在先檢測到零交叉時的頻率更大或更小的頻率下注入電流。例如，可以選擇相應頻率，使得在先檢測的零交叉約是相應頻率之間的中點，并且從而實現(xiàn)了零交叉頻率的后續(xù)檢測(可能更加精確)。
[0032]在另一個實施例中，零交叉檢測電路110通過在第一頻率下測量單元阻抗、隨后響應于所述阻抗的虛部為正或負而分別在更高或更低的頻率下測量所述單元阻抗，來確定針對每一個單元的零交叉點的頻率。重復測量和對所述阻抗虛部的符號做出響應的這些步驟，直到阻抗的虛部大約為零為止，其用于檢測零交叉點。
[0033]按照不同的方式執(zhí)行零交叉點的插值，以適應不同的應用和/或所需的精度和時間/處理限制。在一些實施例中，使用在兩個頻率下檢測的阻抗來執(zhí)行線性插值。在其他實施例中，基于在不同頻率下注入的電流使用特定單元的三個或更多個阻抗來執(zhí)行插值(線性和/或非線性)。
[0034]在一些實施例中，阻抗檢測電路140考慮了當單元老化時單元中的變化。電路140在單元處于熱平衡的同時在第一條件(例如，在實現(xiàn)新單元之前，或者當單元相對較新時)下檢測單元的參考阻抗。在所述單元老化之后，電路140在單元處于熱平衡的同時使用注入到單元中的信號檢測老化的阻抗值。將檢測的阻抗值和各個平衡溫度用于修改單元模型，單元模型用于將檢測的阻抗(零交叉)與單元溫度進行映射。
[0035]溫度檢測電路120操作用于對根據(jù)一個或多個實施例的設(shè)備100進行校準。在一個這種實施例中，溫度檢測電路120基于當包括單元130-N在內(nèi)的電池設(shè)備處于熱平衡時產(chǎn)生的溫度傳感器的輸出，來對溫度測量進行校準。利用這種方法，使用熱平衡條件，可以將單個溫度傳感器用于進行這種測量。
[0036]圖2示出了根據(jù)一個或多個實施例的溫度檢測設(shè)備200。設(shè)備200使用溫度和單元阻抗之間的關(guān)系來查明包括單元210在內(nèi)的多個電池單元的每一個的各自溫度，在所述單元兩端連接了分泄(bleed)電路220(例如電阻器或電流源)和相應的開關(guān)222。設(shè)備200包括抗混淆(ant1-alias)濾波器230和240以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 232，所述ADC測量單元電壓(示出為與單元210相連)，提供單元電壓用于描述單元阻抗特性。
[0037]ADC232的輸出還與同步解調(diào)器250相連，同步解調(diào)器從(余弦)正弦發(fā)生器260接收信號，也向西格瑪-德爾塔調(diào)制器270提供輸出信號，用于控制開關(guān)222的操作。(余弦)正弦發(fā)生器260和西格瑪-德爾塔調(diào)制器270通過向開關(guān)222提供調(diào)制的信號(例如脈沖密度調(diào)制(PDM)的調(diào)制信號)來控制將電流注入到單元210中，調(diào)制設(shè)置用于按照所需的信號頻率注入電流?？梢越Y(jié)合這些和其他實施例實現(xiàn)多種(余弦)正弦發(fā)生器。對于與這種發(fā)生器有關(guān)的一般信息以及對于與可以結(jié)合這些實施例實現(xiàn)的DFT發(fā)生器有關(guān)的特定信息，可以參考 5/4/2011 遞交的題為“Method to measure the impedances of batterycells in a(H)EVapplication”的美國專利申請N0.13/100，652，將其全部合并在此作為參考。
[0038]電池組控制器280使用從抗混淆濾波器240輸出的電壓來控制電池單元，電池組控制器可以作為設(shè)備200的一部分實現(xiàn)或者分離地實現(xiàn)，其中在分離地實現(xiàn)時設(shè)備200提供由電池組控制器使用的輸出。同步解調(diào)器250向溫度檢測電路290提供對ADC的輸出的虛部加以表示的輸出，其與單元210的阻抗相對應。
[0039]如上所述，溫度檢測電路290使用在不同頻率下檢測的阻抗來識別虛部輸出的零交叉點，并且還使用所識別的零交叉點的頻率和單元操作的模型來確定所述單元的溫度特性。溫度檢測電路290向電池組控制器280提供輸出，用于控制單元210的操作。在一些實現(xiàn)中，溫度檢測電路290還控制西格瑪-德爾塔調(diào)制器270的操作，用于控制對于單元210的電流注入的頻率，例如如上所述。因此，所述設(shè)備200可以按照這里所述的一種或多種方式操作，例如結(jié)合圖1，用于檢測/確定相應電池組中的單元210和其他單元的溫度。
[0040]圖3示出了根據(jù)一個或多個實施例的溫度檢測設(shè)備300。設(shè)備300與圖2所示且如上所述的設(shè)備200類似，因此為了簡明起見使用類似的參考符號，并且還提供了在不同頻率下的兩個電流的同時注入。然而，可以使用不同和/或類似的電路和相關(guān)方法來實現(xiàn)圖2和圖3所述實施例中的部件。設(shè)備300也對于包括單元310在內(nèi)的多個電池單元進行操作，并且包括分泄電路320 (例如電阻器或電流源)、開關(guān)322、抗混淆濾波器330和340、ADC332、同步解調(diào)制器350、(余弦)正弦發(fā)生器360和西格瑪-德爾塔調(diào)制器370，所述調(diào)制器例如如上所述控制用于電流注入的開關(guān)322的操作。設(shè)備300還包括同步解調(diào)器352和(余弦)正弦發(fā)生器362，將所述(余弦)正弦發(fā)生器362的輸出在加法器364處與(余弦)正弦發(fā)生器360的輸出相加，加法器364將和提供給西格瑪-德爾塔調(diào)制器370，并且從而實現(xiàn)了同時對不同電流的注入。設(shè)備200可以實現(xiàn)用于按照時間復用方式進行這種操作。電池組控制器380使用從抗混淆濾波器340輸出的電壓來控制電池單元，電池組控制器可以實現(xiàn)為設(shè)備300的一部分或者與設(shè)備300分離地實現(xiàn)，其中分離地實現(xiàn)時設(shè)備300提供由電池組控制器使用的輸出。同步解調(diào)器350和352向溫度檢測電路390提供對ADC的輸出的虛部加以表不的輸出，其與單兀310的阻抗相對應。
[0041]如上所述，溫度檢測電路390使用在不同頻率下檢測的阻抗來識別虛部輸出的零交叉點，并且還使用所識別的零交叉點的頻率連同所述單元操作的模型一起來確定單元的溫度特性。溫度檢測電路390向電池組控制器380提供輸出，用于控制單元310的操作。如上所述，在一些實現(xiàn)中，溫度檢測電路390也控制西格瑪-德爾塔調(diào)制器370 (和/或(余弦)正弦發(fā)生器360/362)的操作，用于控制對于單元310的電流注入的頻率，例如這里所述的。因此，設(shè)備300可以按照如這里所述的一種或多種方式操作，例如結(jié)合圖1，用于檢測/確定相應的電池組中的單元310和其他單元的溫度。
[0042]如上所述，設(shè)備300可以實現(xiàn)為在兩個不同的測量頻率下(或者同時或者連續(xù)地)注入兩個電流。這種方法可以實現(xiàn)為使得在前一次測量中得到的截取點位于這兩個頻率的中點。通過在比電池單元310的熱時間常數(shù)的倒數(shù)更高的速率下測量溫度來實現(xiàn)這種方法。
[0043]按照多種方式實現(xiàn)這里所述的各種實施例以適應特定的應用。在一些實現(xiàn)中，截取點是在比動力學速度和擴散效應更高的頻率，使得可以與這些效應引起的非線性和停留(settling)行為無關(guān)地注入測試信號。在一些實施例中，通過不注入任何信號就測量一個單元來檢驗所述頻譜的清潔度(cleanliness)。可以根據(jù)在美國專利申請N0.13/150，959中討論的一個或多個方法來實現(xiàn)這種方法，將其全部結(jié)合在此作為參考。
[0044]圖4示出了對于在控制根據(jù)一個或多個實施例的電池單元時使用的不同電荷狀態(tài)(SoC)條件(例如對于鋰離子電池)的溫度對截取頻率的曲線。與上述相一致地，這種曲線可以用于將檢測的截取頻率與溫度相關(guān)聯(lián)。另外，經(jīng)由SoC的校準和不同的值，可以精確地確定所述溫度。
[0045]圖5示出了根據(jù)一個或多個實施例用于實現(xiàn)具有多個電池單元的電池設(shè)備中的溫度檢測的數(shù)據(jù)流程圖。在框510，將電流注入到電池單元中，例如通過如上所述注入單個頻率電流或者在不同頻率下注入電流信號。在框520，檢測截取頻率，在所述截取頻率下電池單元的阻抗值曲線的虛部表現(xiàn)出零交叉。所述阻抗值與在框510時注入到單元中的電流相對應，并且可以用于在框520時對所述截取頻率進行推斷/插值。在框530，檢索對電池操作建模的存儲數(shù)據(jù)，并且在框540使用檢索的數(shù)據(jù)和檢測的截取頻率來確定單元的溫度。
[0046]在各種實施例中，在框525使用檢測的截取頻率來選擇注入電流用于后續(xù)截取頻率檢測的頻率。例如，與上述相一致地，實施例涉及選擇比檢測的截取頻率更大或更小的電流注入頻率，在選擇的頻率下注入電流，并且在框520時使用所得到的檢測阻抗來對截取頻率進行插值。另一個實施例涉及基于在框510注入電流時檢測的阻抗的虛部部分的符號來在框525時選擇電流注入頻率，當所述值為正時在更高的頻率下注入電流，而當所述值為負時在更低的頻率下注入電流。
[0047]在框540檢測的溫度按照多種方式中的一個或多個，用于在框550控制電池單元的操作。例如，可以將所確定的每一個單元的溫度用于控制多個電池單元的每一個的充電、放電和抽取能量中的至少一個。這種方法可以用于平衡負載或者基于電池單元的操作和隨時間的相關(guān)性能，按所需地操作電池單元。
[0048]在附圖中所示和在說明書和權(quán)利要求中所述的各種方法的實施按照多種方式實現(xiàn)，以適應特定的應用。在一些實現(xiàn)中，使用對于電池組-控制器的基于軟件的控制、對于電池管理器的基于軟件的控制、或者對于電池管理器的有限狀態(tài)機(FSM)的控制來控制電池單元?？梢栽诓煌膯卧娖?例如，通過單元平衡器)并且經(jīng)由電池單元驅(qū)動馬達的馬達電流的調(diào)制(例如在汽車應用中)來如圖2和圖3所示地注入電流。按照多種方式使用所測量的阻抗，例如以使用單獨的頻率經(jīng)由多次測量實現(xiàn)連續(xù)地近似、使用多個頻率的單次測量進行數(shù)據(jù)的插值，以及使用單獨頻率的多次測量進行數(shù)據(jù)的插值。
[0049]可以實現(xiàn)各種模塊以執(zhí)行這里所述和/或附圖中所示的各種操作和行為。在這些上下文中，“模塊”是執(zhí)行這些或相關(guān)操作/行為的一個或多個(例如，基于檢測的阻抗對值進行插值，基于所述插值來確定溫度)的電路。例如在上述實施例的一定實施例中，一個或多個模塊可是分立的邏輯電路或可編程邏輯電路，配置和設(shè)置用于實現(xiàn)如圖1所示的電路模塊中的這些操作/行為。例如，這些模塊可以實現(xiàn)為電池組控制器和/或電池單元管理器的一部分。在一些實施例中，這種可編程電路可以是進行編程以執(zhí)行一組(或多組)指令(和/或配置數(shù)據(jù))的一個或多個計算機電路。所述指令(和/或配置數(shù)據(jù))可以是固件或者存儲器(電路)中存儲且可從存儲器(電路)訪問的軟件的形式。作為示例，一些模塊包括基于計算機硬件的電路和固件形式的一組指令的組合。在這種示例中，第一模塊可以包括具有一組指令的CPU硬件電路，并且第二模塊可以包括具有另一組指令的第二CPU硬件電路(或者相同的CPU硬件電路)。
[0050]一些實施例涉及計算機程序產(chǎn)品(例如非易失性存儲設(shè)備)，其包括其中存儲有指令的機器或計算機可讀介質(zhì)，可以通過計算機(或其他電子設(shè)備)執(zhí)行所述指令以執(zhí)行如這里所述的操作/行為。
[0051]基于以上討論和說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應該易于理解的是:在不嚴格遵循這里所示和所述示范性實施例和應用的情況下，可以對各種實施例進行各種修改和變化。例如，可以將多種不同類型的電路用于檢測電池單元的阻抗值，其輸出用于檢測相關(guān)的溫度特性。這種修改并沒有脫離包括在以下權(quán)利要求中闡述的所述實施例的真實精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電池設(shè)備,包括: 阻抗檢測電路，與多個電池單元相連，并且配置用于針對每一個單元檢測不同頻率下的阻抗值； 零交叉電路，配置用于針對每一個電池單元使用所檢測的阻抗值來確定針對所述電池單元的阻抗曲線的虛部的零交叉點的頻率； 映射電路，配置用于針對每一個電池單元，將所述零交叉點的頻率映射到所述電池單元的模型中；以及 溫度檢測電路，配置用于針對每一個電池單元，基于針對所述電池單元的映射，產(chǎn)生所述電池單元的溫度特性的指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述零交叉電路配置用于通過以下步驟確定針對每一個單元的所述零交叉點的頻率: 在第一頻率下將電流注入到所述單元中的同時檢測所述單元阻抗； 在與第一頻率不同的第二頻率下將電流注入到所述單元中的同時檢測所述單元阻 抗； 使用在所述第一頻率下檢測的單元阻抗和在所述第二頻率下檢測的單元阻抗，對針對所述單元的零交叉點進行線性插值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述阻抗檢測電路配置用于在分別大于和小于預期截取頻率的第一和第二頻率下將信號注入到所述單元中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述阻抗檢測電路配置用于針對每一個單元，同時在第一和第二頻率下將信號注入到所述單元中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述阻抗檢測電路配置用于針對每一個單元，使用由所述零交叉電路在先檢測的零交叉頻率來選擇所述第一和第二頻率，所述在先檢測的零交叉頻率約是所選擇的第一和第二頻率的中點，并且在第一和第二頻率下將信號注入到所述單元中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述阻抗檢測電路配置用于針對每一個單元，使用由在先檢測的零交叉頻率來選擇所述第一和第二頻率，所述在先檢測的零交叉頻率約是所選擇的第一和第二頻率的中點，并且在第一和第二頻率下將信號注入到所述單元中，在比所述單元的熱時間常數(shù)的倒數(shù)更高的速率下檢測各個零交叉頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述零交叉電路配置用于針對每一個單元通過以下步驟確定所述零交叉點的頻率: 在不同頻率下將電流注入到所述單元的同時檢測所述單元的至少三個相應阻抗； 使用所檢測的阻抗對曲線進行插值，并且使用插值的曲線確定針對所述單元的零交叉點。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述零交叉電路配置用于針對每一個單元通過以下步驟來確定所述零交叉點的頻率: 在第一頻率下測量所述單元阻抗； 響應于所述阻抗的虛部為正，在比所述第一頻率更高的頻率下測量所述單元阻抗； 響應于所述阻抗的虛部為負，在比所述第一頻率更低的頻率下測量所述單元阻抗； 重復測量步驟和響應于所述阻抗的虛部的步驟，直到阻抗的虛部大約為零為止，并且檢測所述阻抗的虛部大約為零時的頻率下的零交叉點。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述溫度檢測電路配置用于基于當所述電池設(shè)備處于熱平衡時產(chǎn)生的溫度傳感器的輸出來對溫度測量進行校準。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述零交叉電路配置用于通過使用所檢測的阻抗產(chǎn)生針對所述單元的尼奎斯特曲線的一部分、并且使用所述尼奎斯特曲線的虛部來確定所述零交叉點的頻率，來確定所述零交叉點的頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述阻抗檢測電路配置用于: 將信號注入到所述單元中，并且當所述電池設(shè)備熱平衡時檢測所述單元的第一阻抗； 在已經(jīng)檢測到所述第一阻抗并且所述單元已經(jīng)老化之后，將信號注入到所述單元，并且當所述電池設(shè)備熱平衡時檢測第二阻抗值；以及 基于熱平衡時所述單元的所述第一阻抗、所述第二阻抗和溫度來修改所述單元的模型，以補償所述單元的老化效應。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括:串聯(lián)連接的多個電池單元；以及電池組控制器，配置用于基于所述溫度特性的指示來控制所述每一個電池單元的操作，從而提供輸出電流。
13.—種設(shè)備,包括: 零交叉檢測電路，配置用于針對多個電池單元的每一個，檢測所述電池單元的阻抗值曲線的虛部表現(xiàn)出零交叉的截取頻率，所述阻抗值與注入到所述單元中的電流相對應；以及 溫度檢測電路，配置用于針對所述電池單元的每一個，基于針對所述單元的檢測的截取頻率和對所述單元的操作進行建模的存儲數(shù)據(jù)來確定所述單元的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備， 還包括電流注入電路，配置用于在不同頻率下將電流注入到所述單元，以及 其中所述零交叉檢測電路配置用于通過對響應于不同頻率下的電流注入而檢測的所述單元的各個阻抗值進行插值，來檢測所述截取頻率。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備， 還包括電流注入電路，配置用于基于由所述零交叉檢測電路在先檢測的截取頻率，在不同頻率下同時將電流信號注入到所述單元中，所述不同頻率包括比所述在先檢測的截取頻率更高的頻率和比所述在先檢測的截取頻率更低的頻率， 其中所述零交叉檢測電路配置用于通過對響應于所述不同頻率下的電流注入而檢測的所述單元的各個阻抗值進行插值，來檢測所述截取頻率；以及 還包括控制器，配置用于使用所確定的每一個單元的溫度來控制所述多個電池單元的每一個的充電、放電和能量抽取的至少一個。
16.—種檢測具有多個電池單元的電池設(shè)備中的溫度的方法，所述方法包括:針對每一個電池單元， 檢測截取頻率，所述截取頻率是所述電池單元的阻抗值曲線的虛部表現(xiàn)出零交叉的頻率，所述阻抗值與注入到所述單元中的電流相對應；以及 基于檢測到的針對所述電池單元的截取頻率和對電池單元操作建模的存儲數(shù)據(jù)來確定所述電池單元的溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法， 還包括在不同頻率下將電流注入到所述單元中，以及 其中檢測所述截取頻率包括對響應于不同頻率下的電流注入而檢測的所述單元的各個阻抗值進行插值。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法， 還包括基于在先檢測的截取頻率在不同頻率下將電流信號注入到所述單元中，所述不同頻率包括比所述在先檢測的截取頻率更高的頻率和比所述在先檢測的截取頻率更低的頻率， 其中檢測所述截取頻率把包括對響應于在不同頻率下的電流注入而檢測的所述單元的各個阻抗值進行插值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括使用所確定的每一個單元的溫度來控制所述多個電池單元的每一個的充電、放電和能量抽取的至少一個。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中檢測所述截取頻率包括: 測量第一頻率下的單元阻抗； 響應于所述阻抗的虛部為正，在比所述第一頻率更高的頻率下測量所述單元阻抗； 響應于所述阻抗的虛部為負，在比所述第一頻率更低的頻率下測量所述單元阻抗； 重復測量步驟和對所述阻抗的虛部做出響應的步驟，直到所述阻抗的虛部大約為零為止，并且檢測所述阻抗的虛 部大約為零時的頻率下的零交叉點。
【文檔編號】H01M10/48GK103427132SQ201210389993
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月24日
【發(fā)明者】約翰尼斯·范拉莫林, T·拉莫斯 申請人:Nxp股份有限公司