一种锂离子电池内部状态测量装置、系统及电动汽车

1.本发明涉及电池管理领域，尤其是涉及一种锂离子电池内部状态测量装置。


背景技术：

2.锂离子电池因其高比能量、环保、无记忆效应等优点在交通工具、消费电子产品中大量采用，一直以来，对锂离子电池管理是基于从电池外部测量的端电压、电流以及表面温度进行，随着对电池寿命和安全管理监控的更加要求的提出，只凭外部端电压、电流以及表面温度信息很难对电池内部的安全、寿命等相关状态进行准确的推断，从而为高精度、高智能的电池监控和管理造成了障碍，在电池内部预先布置传感器，可以实现深入电池内部的电、热状态参数的直接获取，对于精准的电池管理具有重要意义，通过内置传感器直接测量电池状态成为了下一代智能电池发展的重要方向之一。
3.目前，采用在电池壳体钻孔的方式来连接内部传感器的方式可以将传感器信号传出电池，然而，这会大大破坏电池的密封结构，从而会对电池的使用寿命和安全性造成影响，如何通过对电池无损的方式将内部测量结果传出电池并传至控制器是智能电池技术发展面临的关键技术问题之一。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种锂离子电池内部状态测量装置。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种锂离子电池内部状态测量装置，该装置与电池单体的正负极柱和正负极片共同封装在壳体内，包括：
7.传感器模块：输出端与第一计算存储模块的输入端连接，用以将采集到的电池内部状态数据转换为电信号并发送给第一计算存储模块；
8.第一计算存储模块：输出端与调制解调模块的输入端连接，用以处理接收到的电池内部状态数据；
9.第一调制解调模块：与第一计算存储模块连接，用以将第一计算存储模块输出的内部状态测量结果数据进行调制后输出到电池单体的正负极上，以及接收电池单体正负极上的调制信号进行解调后发送到第一计算存储模块；
10.电源模块：其正极与电池单体的正极柱连接，负极与电池单体的负极柱连接，用以为传感器模块、第一计算存储模块和第一调制解调模块供电。
11.所述的传感器模块适配有热电偶、气压传感器、气体传感器和/或光纤传感器，采集到的电池内部状态数据包括电池单体内部的温度、形变、气压和/或应力数据。
12.当该装置向外部发送内部状态测量结果数据时，第一计算存储模块控制调制解调模块并将内部状态测量结果数据调制到电池单体的正负极上，实现电池内部状态的传出；
13.当电池外部控制器需要测量电池单体的内部状态时，外部控制器将测量指令调制
到电池单体的正负极上，第一计算存储模块控制调制解调模块对电池正负极上的调制信号进行解调，实现电池外部测量指令的接收。
14.一种锂离子电池内部状态测量系统，该系统基于锂离子电池内部状态测量装置构建，包括：
15.多个串联的电池模组：每个电池模组通过多个带有锂离子电池内部状态测量装置的电池单体通过正负极串联的方式连接构成；
16.电池模组控制器，与电池模组连接，用以向电池模组发送指令以及从电池模组读取电池单体的内部状态信息。
17.每个电池模组控制器由第一通信模块、一个第二计算存储模块、多个第二调制解调模块以及供电模块构成，所述的第一通信模块、第二计算存储模块和第二调制解调模块依次连接，所述的第一通信模块用以与其他电池模组控制器通信。
18.所述的第二调制解调模块数量与电池模组内电池单体的数量相同，且一一对应匹配。
19.所述的电池模组控制器采用轮询或点询的方式，通过第二调制解调模块将内部状态测量指令调制在对应电池单体的正负极上，电池模组内各电池单体的电池内部状态测量装置通过第一调制解调模块将该调制信号进行解调并识别指令；
20.在各电池单体的电池内部状态测量装置完成状态测量后，通过第一调制解调模块将测量结果调制在电池单体的正负极上，电池模组控制器通过对应的第二调制解调模块对各电池单体的正负极上的电压信号进行解调从而读取电池内部状态信息。
21.一种锂离子电池内部状态测量系统，该系统基于锂离子电池内部状态测量装置构建，包括：
22.电池包：由多个串联的电池模组构成，每个电池模组通过多个带有锂离子电池内部状态测量装置的电池单体通过正负极串联的方式连接构成；
23.一个电池包控制器：包括一个第二通信模块、一个第三计算存储模块、一个第三调制解调模块以及电源模块，所述的第三计算存储模块与第三调制解调模块连接。
24.所述的电池包控制器采用轮询或点询的方式，通过第三调制解调模块将内部状态测量指令调制在电池包的总正负极上，从而获取电池单体的电池内部状态信息。
25.一种电动汽车，该电动汽车包括锂离子电池内部状态测量系统。
26.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
27.一、本发明提出一种锂离子电池内部状态测量装置，该装置无需破坏电池单体壳体的密封性能，利用了电池单体原有的正负极结构，将其作为进行电池内部状态数据通信的载体，通过调制解调方式可实现电池内部传感器测量结果通过正负极传出，与目前引出通信线的方式相比具有鲜明的创新性和独创性。
28.二、本发明提出的一种锂离子电池内部状态测量系统，可以实现多个带有内部状态测量装置的电池组成的电池内部状态信息的获取，采用轮询或点询的方式能够准确轻松地获取全部电池单体或单个电池单体的内部状态信息，从而为更加精准的电池寿命和安全监管提供支持，与现有电池管理技术相比具有明显的先进性。
附图说明
29.图1为实施例1中的铝壳封装的锂离子电池内部状态测量装置的结构示意图。
30.图2为实施例2中的锂离子电池内部状态测量系统的形式1示意图。
31.图3为实施例3中的锂离子电池内部状态测量系统的形式2示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
33.实施例1
34.如图1所示，本实施例提供一种铝壳封装的锂离子电池内部状态测量装置，该装置设置在锂离子电池单体内部，包括：传感器模块、计算存储模块、调制解调模块和电源模块，锂离子电池单体由壳体以及壳体内部的电池正负极柱、正负极片、隔膜等组成。传感器模块的输出端与计算存储模块相连，计算存储模块与调制解调模块相连，调制解调模块与电源模块相连并为内部状态测量装置提供电源，各模块的功能介绍如下：
35.传感器模块：用于对电池内部的温度、形变、气压、应力等数据进行测量，并将测量结果发送至计算存储模块。
36.计算存储模块：包括低功耗的处理器和存储器，用于处理传感器模块的测量结果，将测量结果存储，并控制调制解调模块。
37.调制解调模块：用于将传感器测量结果进行调制(采用现有的信号叠加等调制方式)，或者对加载在电池正负极上的调制信号进行解调(采用现有的信号调制方式)。
38.电源模块：与电池单体的正负极连接获取电能，从而为传感器模块、计算存储模块、调制解调模块提供电源。
39.当需要往电池单体外部发送内部状态测量结果时，计算存储模块控制调制解调模块并将测量结果调制于电池正负极上，实现电池内部状态的传出。
40.当电池单体外部需要测量电池内部状态时，通过外部控制器将测量指令调制于电池单体的正负极上，计算存储模块控制调制解调模块对电池单体正负极上的调制信号进行解调，实现电池外部测量指令的接收。
41.实施例2
42.在实施例1的基础上，如图2所示，本实施例提供一种锂离子电池内部状态测量系统的一种结构形式，该系统包括：由多个带有内部状态测量装置的电池单体串联形成的电池模组以及电池模组控制器，电池模组控制器由调制解调模块、计算存储模块、通信模块和电源模块组成。
43.本例中优选12个或14个带有内部状态测量装置的电池单体串联组成电池模组。
44.电池模组控制器内设有与电池单体相连接的调制解调模块，优选地，在电池模组控制器中为每个电池单体配备一个调制解调模块，每个调制解调模块分别连接到对应电池单体的正负极上。
45.电池模组控制器通过自身的调制解调模块将电池内部状态测量的指令调制在电
池两端，电池内部状态测量装置通过调制解调模块将该调制信号进行解调后从而识别相应的指令。
46.在电池内部状态测量装置完成状态测量后，通过电池内部状态测量装置的调制解调模块将测量结果调制在电池单体的正负极端电压上，电池模组控制器通过调制解调模块对电池单体端电压上的信号进行解调从而读取电池内部状态信息。
47.本例中，电池模组控制器通过轮询的方式向各个电池单体发送内部状态的读取指令，或者在调制指令中添加对应电池单体的id识别信息实现点询的方式向对应的电池单体发送内部状态的读取指令，电池内部状态测量装置向电池模组控制器发送内部状态信息。
48.电池模组控制器通过原有的通信模块与其它电池模组控制器进行信息交换，或者向上层的电池包控制器交换信息，或者与电池系统的诊断接口相连接传送相应诊断信息。
49.实施例3
50.在实施例2的基础上，如图3所示，本实施例提供的一种锂离子电池内部状态测量系统的另一种结构形式，该系统包括：多个依次串联的电池模组和电池包控制器，电池包控制器由一个调制解调模块、计算存储模块、通信模块和电源模块组成。
51.本例中优选12个带有内部状态测量装置的电池单体串联形成一个电池模组，电池包则由由多个电池模组串联组成。
52.电池包控制器通过自身的调制解调模块将电池内部状态测量的指令调制在电池包的总正负极上，电池内部状态测量装置通过调制解调模块将该调制信号进行解调后从而识别相应的指令，所调制的指令中包括对应电池单体的id识别信息，各个电池单体依据解调后的指令中的识别信息确定是否需要向电池包控制器发送内部状态信息。
53.在指令的要求下，需要发送内部状态信息的电池单体，在其它单体电池未发送内部状态信息时将内部状态信息以及对应的id识别信息调制在电池单体的端电压上，电池包控制器中的调制解调模块从电池端电压中解调出内部状态信息和特有识别信息，从而得到的该电池单体的内部状态。
54.实施例4
55.本发明实施例提供一种电动汽车，该电动汽车包括如实施例2和3中的内部状态测量系统。
56.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。