灵敏的基于应变的电池单元荷电状态和健康状态监测制造技术

本公开涉及灵敏的基于应变的电池单元荷电状态和健康状态监测。公开了电池包和SOC监测系统。电池包可包括相邻的第一电池单元和第二电池单元以及布置在第一电池单元和第二电池单元之间的应变计。应力集中件可布置在应变计与第一电池单元和第二电池单元中的一个之间。应力集中件可具有接触应变计的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面的面积可不大于所述第二表面的面积。可存在三个或更多个相邻的电池单元以及两个或更多个应变计和应力集中件。控制器可以与应变计通信并被配置为接收来自应变计的应变数据。应变数据可用于确定电池单元或电池包的荷电状态(SOC)和/或健康状态(SOH)。

Sensitive strain based monitoring of charge state and health status of battery cells

The present disclosure relates to a sensitive strain based battery unit charging state and health monitoring. A battery pack and SOC monitoring system are disclosed. The battery pack can include an adjacent first battery unit and a second battery unit, and a strain gauge disposed between the first battery unit and the second battery unit. The stress concentration component can be arranged between the strain gauge and the first battery unit and the second battery unit. The stress concentration member can have a first surface of the contact strain gauge and a second surface opposite to the first surface, and the area of the first surface is not larger than the area of the second surface. There are three or more adjacent cell units and two or more strain gages and stress concentration parts. The controller can communicate with the strain gauge and be configured to receive strain data from the strain gauge. Strain data can be used to determine the charge state (SOC) and / or health state (SOH) of a battery cell or battery pack.

【技术实现步骤摘要】
灵敏的基于应变的电池单元荷电状态和健康状态监测
本公开涉及灵敏的基于应变的电池单元(例如，锂离子电池单元)荷电状态(SOC)监测。
技术介绍
诸如锂离子(Li离子)电池的可再充电或二次电池可在许多应用中使用。电动车辆(EV)和混合动力电动车辆可使用锂离子电池为车辆提供一些或全部的推进力。因此，知道在电池或电池包中储存了多少能量是很重要的。为了提供可靠的“燃料”里程和/或行驶里程估计，锂离子电池包需要精确的荷电状态(SOC)监测。通常，使用库伦积分或电池单元电压测量来执行SOC监测。库伦积分(或库伦计数)通常涉及将测量的流入或流出电池的电流进行积分或合计(aggregate)以给出其电荷的相对值。在电压方法中，基于测量的电池电压并使用电压-SOC的关系曲线或表格来确定SOC。然而，这些方法中的每个可能会受到不同的限制和不准确性的影响。
技术实现思路
在至少一个实施例中，提供一种电池包。所述电池包可包括：相邻的第一电池单元和第二电池单元；应变计，布置在第一电池单元和第二电池单元之间；应力集中件，布置在应变计与第一电池单元和第二电池单元中的一个之间，所述应力集中件具有接触应变计的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面的面积不大于所述第二表面的面积。所述第二表面的面积与所述第一表面的面积的比率可以至少为2:1、5:1或25:1。与所述第二表面相邻的电池单元壁的面积与所述第一表面的面积的比率的范围可以为从10:1至50000:1。在一个实施例中，应力集中件的长轴的长度等于或小于应变计的长度或宽度。所述电池包可包括布置在第一电池单元和第二电池单元中的一个与应变计之间的间隔件。在一个实施例中，所述间隔件可直接布置在第一电池单元和第二电池单元中的一个与应力集中件的第二表面之间。在另一实施例中，所述间隔件可直接布置在第一电池单元和第二电池单元中的一个与应变计之间。在一个实施例中，应力集中件可以是三棱柱、截头三棱柱、矩形棱柱、球体或圆柱体。在至少一个实施例中，提供一种电池包。所述电池包可包括：相邻的第一电池单元、第二电池单元和第三电池单元；应变计，布置在第一电池单元和第二电池单元之间；应力集中件，布置在应变计与第一电池单元和第二电池单元中的一个之间，所述应力集中件具有与应变计接触的第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面的面积小于第二表面的面积。所述第二表面的面积与所述第一表面的面积的比率可以至少为5:1。所述电池包可包括布置在第一电池单元和第二电池单元中的一个与应变计之间的间隔件。第二应变计可布置在第二电池单元和第三电池单元之间。第二应力集中件可布置在第二应变计与第二电池单元和第三电池单元中的一个之间。所述电池包可包括至少六个相邻的电池单元和多个应变计，每个应变计可布置在所述至少六个相邻的电池单元中的两个之间。电池单元的数量与应变计的数量的比率可以至少为2:1或5:1。在至少一个实施例中，提供一种基于应变的荷电状态(SOC)监测系统。所述系统可包括：相邻的第一电池单元和第二电池单元；应变计和应力集中件，布置在第一电池单元和第二电池单元之间；所述应力集中件具有接触应变计的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面的面积小于所述第二表面的面积；控制器，与所述应变计通信并被配置为接收来自所述应变计的应变数据。所述系统可包括至少五个相邻的电池单元和多个应变计。每个应变计可布置在所述至少五个相邻的电池单元中的两个之间并与控制器通信。所述控制器可被配置为将所述应变数据与存储的校准曲线或校准表进行比较。在另一实施例中，所述控制器可被配置为基于所述应变数据估计电池SOC，并基于根据压力的应变数据监测电池单元退化。附图说明图1是根据实施例的可再充电电池单元的示意性截面图；图2是根据实施例的包括多个电池单元的电池单元模块的透视图；图3是根据实施例的包括多个电池单元和布置在电池单元之间的多个应变计的电池单元模块的分解透视图；图4是示出根据实施例的布置在两个相邻的电池单元之间的应变计和应力集中件的分解透视图；图5是示出根据实施例的布置在两个相邻的电池单元之间的应变计和应力集中件的端视图；图6是示出根据另一实施例的布置在两个相邻的电池单元之间的应变计和应力集中件的端视图；图7是示出根据实施例的布置在两个相邻的电池单元之间的应变计和两个应力集中件的端视图；图8A、8B、8C和8D分别为包括第一三棱柱和第二三棱柱的应力集中件以及具有弯曲边缘和截头三棱柱的应力集中件的多个实施例的透视图；图9是根据实施例的基于应变的荷电状态(SOC)监测系统的示意图；图10是连接到微处理器以分析电池单元的变形或压力的应变计的示意图。具体实施方式根据需要，在此公开本专利技术的详细实施例，然而，应理解的是，公开的实施例仅是可以以各种和可替代的形式实施的本专利技术的示例。附图不一定按比例绘出；一些特征可被夸大或最小化以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被理解为限制，而仅作为用于教导本领域的技术人员不同地实施本专利技术的代表性基础。参照图1，示出了可以是二次电池或可再充电电池(例如，锂离子电池)的典型的电池或电池单元10。电池10包括负电极(阳极)12、正电极(阴极)14、隔膜16以及设置在电极12、14与隔膜16内的电解质18。然而，根据电池类型或构造，电池10可以包括额外的组件或者可以不需要所有的示出的组件。此外，集流器20可以设置在阳极12和阴极14中的一者或两者上。在至少一个实施例中，集流器20是金属或金属箔。在一个实施例中，集流器20由铝或铜形成。其他适合的金属箔的示例可以包括但不限于不锈钢、镍、金或钛。图1中示出的电池10是单个电池单元的示意图，然而，电池包可包括多个电池单元。电池包内的电池单元可被分组到较小的单元中，诸如模块、阵列或其它子组。锂离子电池阳极活性材料可以由诸如石墨(天然的、人造的或表面改性天然的)、硬碳、软碳或富集Si/Sn的石墨的碳质材料形成。也可以使用诸如钛酸锂氧化物(LTO)、硅和硅复合物、锂金属和镍氧化物(NiO)的非碳质活性材料。锂离子电池阴极活性材料可以包括锂镍钴铝氧化物(NCA)、锂镍锰钴氧化物(NMC)、锂锰尖晶石氧化物(Mn尖晶石或LMO)、磷酸锂铁(LFP)及其衍生物(混有锂的金属磷酸盐(LFMP))、硫或硫基材料(例如，硫-碳复合物)。此外，可以使用这些材料中的任何的两种或更多种的混合物。这些电极活性材料仅是示例，然而，可以使用本领域已知的任何电极材料。锂离子电池通常包括液体电解质，液体电解质可以包括锂盐和有机溶剂。锂盐的示例可包括LiPF6、LiBF4或LiClO4。适合的有机溶剂可包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)或它们的混合物。锂离子电池隔膜可以由任何适合的离子导电的电绝缘材料(例如，聚烯烃(例如聚乙烯或聚丙烯))形成。如上所述，确定锂离子电池的SOC的典型方法包括库伦积分或电池单元电压测量。库伦积分方法可能会受到与电流传感器相关联的误差的影响。由于电压-SOC关系的中间区间是平坦的(例如，即使SOC改变，电压也不会显著变化)，所以电池单元电压测量在操作范围的中间附近对锂离子化学特别具有挑战性。因此，不包括这些缺点的用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池包，包括：相邻的第一电池单元和第二电池单元；应变计，布置在第一电池单元和第二电池单元之间；应力集中件，布置在应变计与第一电池单元和第二电池单元中的一个之间,所述应力集中件具有接触应变计的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面的面积不大于所述第二表面的面积。

【技术特征摘要】
2016.05.03 US 15/145,2211.一种电池包，包括：相邻的第一电池单元和第二电池单元；应变计，布置在第一电池单元和第二电池单元之间；应力集中件，布置在应变计与第一电池单元和第二电池单元中的一个之间,所述应力集中件具有接触应变计的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面的面积不大于所述第二表面的面积。2.如权利要求1所述的电池包，其中，所述第二表面的面积与所述第一表面的面积的比率至少为2:1。3.如权利要求1所述的电池包，其中，与所述第二表面相邻的电池单元壁的面积与所述第一表面的面积的比率的范围为从10:1至50000:1。4.如权利要求1所述的电池包，其中，应力集中件的长轴的长度等于或小于应变计的长度或宽度。5.如权利要求1所述的电池包，还包括：间隔件，布置在第一电池单元和第二电池单元中的一个与应变计之间。6.如权利要求5所述的电池包，其中，所述间隔件直接布置在第一电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·普瓦里埃，全顿国，本杰明·A·塔巴托斯基·布什，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US