[发明专利]基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置及方法

说明书

本申请公开了一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置及方法，其原理在于锂离子电池充放电过程中的过渡性金属离子在外加偏置磁场的作用下被磁化，其磁矩方向会沿磁场方向排列，从而产生磁性变化，而且不同过渡性金属离子的磁矩大小不同，其被磁化后产生的磁性强度变化也不同。本申请可以对锂离子电池电量以及充放电过程中的化学反应过程进行直接监测，并且不需要将待测锂离子电池接入监测电路。本申请还提供了一种基于本方法的锂离子电池监测方案，该方案所使用监测装置小型便携，适用于锂离子电池的商业应用和实验研究。

技术领域

本发明涉及的是锂离子电池领域，具体涉及的是一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置及方法。

背景技术

锂离子电池是一种输出稳定、应用广泛的高性能电池。近年来在便携式设备、医疗器械以及电动汽车等领域的应用迅速增长，这是因为锂离子电池拥有能量密度高，充电效率高，输出功率大，使用寿命长等诸多优点，并且其不含有害物质，绿色环保，对环境的影响很小。正是由于对锂离子电池的需求量大，性能要求高，所以对锂离子电池的深入探索以及研究就显得尤为重要。锂离子电池的充放电过程是锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来实现的，其内部化学反应过程导致不同时刻其中电荷状态各有不同，为了对锂离子电池工作状态进行研究以及对不同体系锂离子电池的选用加以探索，就需要对其充放电过程中内部电荷状态进行监测。电化学反应过程属于微观过程，目前来说，其中的电荷状态大都是通过直接接触电极测得的电流电压数据来判断，这种方式需要将电压、电流传感器以及待测锂离子电池接入电路，并且对传感器的精度要求较高。另一方面，这种测量方法测到的是相对值，而且需要在以前的数据基础上进行运算，运算过程中容易引入累计误差。相对来说，使用非接触性的磁场测量方式来监测其状态更为直接更为精准，因此有必要提出一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置及方法，以便于更好的对锂离子电池电量进行监测，对锂离子电池工作状态以及其内部电化学反应过程进行研究。

本发明一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置，包括磁场设备、聚磁结构、磁传感器、信号处理模块和数据采集模块；所述的磁场设备在锂离子电池周围产生磁场，所述的聚磁结构设置在磁场设备和锂离子电池之间，所述的磁传感器设置在锂离子电池上，磁传感器的输出信号端接信号处理模块，信号处理模块输出端接数据采集模块。

作为优选，所述的磁传感器为隧道磁阻传感器、巨磁阻传感器。

作为优选，在高信噪比环境下，信号处理模块采用差分放大电路对传感器信号进行放大，并通过滤波电路来降低噪声的干扰，在低信噪比环境下，信号处理模块采用锁相放大电路以及滤波电路对传感器信号进行降噪处理。

一种基于磁传感的锂离子电池电荷状态非接触监测装置的监测方法，具体为：锂离子电池中过渡性金属元素在外加偏置磁场的作用下被磁化，过渡性金属元素的磁矩方向会沿磁场方向排列，不同价态过渡性金属元素的磁矩大小不同，其被磁化后产生的磁性强度变化也不同，充放电过程中过渡性金属元素的价态变化，从而产生磁性强度变化，磁传感器把磁性强度的变化转化成电信号变化；信号处理模块对磁传感器得到的电信号进行放大、滤波、解调处理；数据采集模块对信号处理模块输出信号进行显示并存储。

作为优选，所述过渡性金属元素指的是锂离子电池充放电过程中正极电化学反应产生的金属元素产物，也正是通过监测这些过渡性金属元素来反映锂离子电池的工作状态；

作为优选，所述的过渡性金属元素包括铁、钴、锰。