CN108376805B - 电池温度检测 - Google Patents

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Abstract

公开了一种方法和一种温度检测电路。该方法的一个示例包括：将具有第一频率的交变电流驱动到电池中，并且在第一频率处检测电池阻抗的虚部；将具有与该第一频率不同的第二频率的交变电流驱动到该电池中，并且在第二频率处检测该电池阻抗的虚部；并且至少基于在第一频率处获得的虚部和在第二频率处获得的虚部来计算截取频率，虚部在该截取频率处等于预定义值。

Description

电池温度检测
技术领域
本公开总体涉及检测电池的温度。特别地，本公开涉及无传感器电池温度检测。
背景技术
检测或测量电池(诸如锂离子(Li-ion)电池)的温度可以包括：将具有变化频率的交变电流驱动到电池中，在电流的每个频率处测量电池的复阻抗以便检测阻抗的虚部为零所处的频率，并且基于阻抗的虚部为零所处的该频率检测温度。这种被称为ZIF(零截取频率)方法的方法是基于如下事实的：电池阻抗的虚部以如下方式依赖于温度，使得在给定温度处，某个类型的电池的电池阻抗的虚部在基本上相同的频率处截取零。阻抗的虚部截取零的情况下的频率被称为ZIF。通常，某种电池类型的ZIF越高，则温度越低。对于每个电池类型，可以在不同的已知温度处检测ZIF(例如由电池制造商)，并且这些已知温度中的每一个可以与相应的ZIF相关联，以便获得多个ZIF-温度对。在电池的应用场所处，可以通过检测ZIF来检测温度，其中温度是与所检测的ZIF相关联的温度。
在一些类型的电池(诸如高品质的车辆电池)中，特别地是在高温处，ZIF可能出现在相对较低的频率处。然而，在低频率处测量可能会受到噪音(干扰)的影响，诸如车辆中的电动机生成的干扰。这种干扰可能会使在低频率处的测量不如在较高频率处的测量可靠。
被称为NZIF(非零截取频率)的另一手段将检测电池阻抗的虚部等于不为零的预定义值的情况下的那些频率。这些频率中的每一个都与某个温度相关联，使得类似于ZIF方法，可以通过检测电池阻抗的虚部等于预定义值的情况下的频率来检测温度。虚部截取不为零的预定义值的情况下的频率被称为NZIF。可以选择预定义值，使得NZIF高于ZIF，从而使得在NZIF方法中干扰不太可能出现。然而，NZIF方法要求精确检测或测量电池阻抗的虚部，以便检测虚部何时等于预定义值。
此外，在ZIF方法和NZIF方法两者中，需要在多个不同频率处的测量。这是耗时的。
因此需要改进的无传感器电池温度检测。
发明内容
一个示例涉及一种方法。该方法包括：将具有第一频率的交变电流驱动到电池中，并且在第一频率处检测电池阻抗的虚部，将具有与第一频率不同的第二频率的交变电流驱动到电池中，并且在第二频率处检测电池阻抗的虚部，以及至少基于在第一频率处获得的虚部和在第二频率处获得的虚部来计算截取频率，虚部在该截取频率处等于预定义值。
另一个示例涉及一种温度检测电路。该温度检测电路被配置成：将具有第一频率的交变电流驱动到电池中，并且在第一频率处检测电池阻抗的虚部，将具有与第一频率不同的第二频率的交变电流驱动到电池中，并且在第二频率处检测电池阻抗的虚部，并且至少基于在第一频率处获得的虚部和在第二频率处获得的虚部来计算截取频率，虚部在该截取频率处等于预定义值。
附图说明
下文参考附图来阐释示例。这些附图用以说明某些原理，使得仅说明理解这些原理所必需的方面。附图未必按比例绘制。在附图中，相同的附图标记指示相同的特征。
图1示意性地图示了具有电池和温度检测电路的装置，该温度检测电路连接到电池并且被配置成检测电池的温度；
图2A至图2D示出了电池的不同示例；
图3示意性地图示了复电池阻抗的虚部如何依赖于电池温度和驱动到电池中的电流的频率；
图4图示了如何能够基于在两个不同频率处获得的电池阻抗的虚部、获得电池的虚部等于预定义值所处的频率一个示例；
图5示出了一个流程图，该流程图图示用于基于在两个不同频率处测量电池阻抗的虚部、来检测电池温度的方法的一个示例；
图6图示了如何能够基于在多于两个不同频率处获得的电池阻抗的虚部、获得电池的虚部等于预定义值所处的频率一个示例；
图7示出了根据一个示例的温度检测电路；
图8示出了根据另一示例的温度检测电路；
图9示出了根据又一示例的温度检测电路；
图10示出了具有多个电池检测电路和串联连接的多个电池的装置；
图11示出了具有一个温度检测电路和串联连接的多个电池的装置；以及
图12示出了根据另一示例的具有温度检测电路和串联连接的多个电池的的装置。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考附图。附图形成描述的一部分，并且为了说明的目的，示出了如何使用和实施本发明的示例。应理解的是，除非特别指出，否则本文所描述的各种实施例的特征可以彼此组合。
图1示意性地示出了具有电池1和温度检测电路2的装置。温度检测电路连接到电池1的第一电池节点11和第二电池节点12，并且被配置成以下文进一步详细阐释的方式检测电池1的温度。
例如，电池1是锂离子(Li-ion)电池。电池1包括至少一个电池单元。在图2A至图2D中图示了如何实施电池1的一些示例。
参考图2A，电池1可以包括连接在第一电池节点11与第二电池节点12之间的一个电池单元111。根据图2B中所示的另一个示例，电池1包括串联连接在第一电池节点11与第二电池节点12之间的多个电池单元111、121、1n1。根据图2C中所示的另一个示例，电池1包括并联连接在第一电池节点11与第二电池节点12之间的多个电池单元111、112、11n。根据图2D中所示的又一示例，电池单元包括具有两个或更多并联电路的串联电路，其中，这些并联电路中的每个并联电路包括两个或更多电池单元111、112、11n、1n1、1n2、1nn。
通过图1中所示的温度检测电路2检测电池温度包括：经由电池节点11和电池节点12将交变电流i(f,t)驱动到电池1中，并且测量电池1的复阻抗Z(f)。电流i(f,t)在下文中也被称为输入电流。测量阻抗Z(f)包括：测量电池节点11与电池节点12之间的电压v(f,t)。当驱动到电池1中的电流i(f,t)是交变电流时，在电池节点11与电池节点12之间的电压v(f,t)是交变电压。
如本文所使用的，“交变电流”是包括交变电流分量并且附加地可以包括直流电流(DC)偏移的电流。根据一个示例，交变电流分量是正弦电流分量。在下文中，具有正弦电流分量的交变电流被称为正弦电流。正弦输入电流i(f,t)由以下等式给出：
i(f，t)＝IDC+I0·sin(ωt) (1)，
其中I0是正弦电流分量的振幅，ω＝2π·f，并且IDC是可选的DC偏移。如本文所使用的，“将电流驱动到电池中”可以包括：仅驱动对电池进行充电的正电流、仅驱动对电池进行放电的负电流、或者交替地驱动正电流和负电流。如果在等式(1)给出的示例中DC偏移IDC为零(IDC＝0)，则存在电流为正的时间周期，使得电池1被充电，以及电流为负的时间周期，使得电池被放电，其中，在正弦输入电流i(f,t)的每个周期，电池1的充电状态不改变。根据另一示例，DC偏移IDC不等于零，并且被选择为使得输入电流仅为正或者仅为负，其中输入电流i(f,t)的电流方向可以通过选择DC偏移IDC的符号(正或负)来调整。
使用正弦电流作为交变输入电流i(f,t)仅是一个示例。也可以使用具有如下交变电流分量的交变电流，该交变电流分量与正弦波形不同的波形。这些其他类型的波形的示例包括但不限于矩形波形、三角形波形、正弦方波等。
当输入电流i(f,t)是等式(1)中给出的正弦电流时，电池节点11与电池节点12之间的电压v(f,t)是如下的交变电压：
Figure BDA0001562144430000051
其中Z0是电池1的复阻抗的大小，
Figure BDA0001562144430000052
是由电池的复阻抗引入的相移。此外，V0是电池电压v(f,t)的可选偏移。该偏移V0表示电池1的充电状态，即V0是当没有输入电流(i(f,t)＝0)被驱动到电池中时能够在电池节点11与电池节点12之间测量的电压。一般地，电池1的复阻抗Z(f)可写为：
Figure BDA0001562144430000053
其中Re{Z(f)}是实部，并且Im{Z(f)}是复电池阻抗Z(f)的虚部，并且j是虚数单位。实部Re{Z(f)}也可以称为电阻，并且虚部Im{Z(f)}也可以称为电池1的电抗。阻抗Z(f)是依赖于输入电流i(f,t)的频率f的，使得阻抗Z(f)的大小Z0和相位
Figure BDA0001562144430000054
也是依赖于频率的(是频率的函数)，即，Z0＝Z0(f)并且
Figure BDA0001562144430000055
已知的是，阻抗Z(f)的虚部Im{Z(f)}是依赖于输入电流i(f,t)的频率f和电池温度T的。这在图3中被示意性地图示出。为了说明的目的，图3图示了三条曲线101、102、103，其中这些曲线中的每一条表示阻抗Z(f)的虚部Im{Z(f)}依赖于在某个温度T1、T2、T3的输入电流i(f,t)的频率f。从图3可以看出，在图3中所示的每个温度T1、T2、T3处，阻抗Z(f)的虚部Im{Z(f)}基本上线性地依赖于频率f。
上文阐释的ZIF方法检测虚部Im{Z(f)}为零所处的频率。这些频率在图3中被称为ZIF1、ZIF2、ZIF3。这些频率也被称为零截取频率(ZIF)，这些频率中的每一个与一个温度(图3中的T1、T2、T3)相关联，使得可以基于这些ZIF检测电池温度。在上文阐释的NZIF方法中，检测在虚部Im{Z(f)}等于预定义值V(不等于零)的情况下的频率。这个频率被称为非零截取频率(NZIF)。在图3中所示的示例中，NZIF被称为NZIF1、NZIF2、NZIF3。然而，ZIF方法和NZIF方法两者都要求在多个不同的频率f处测量电池阻抗Z(f)的虚部Im{Z(f)}。这是耗时的。
图4中图示了检测电池温度的一个备选手段。图5中示出了图4中所示的方法的流程图。参考图4和图5，该方法包括在第一频率f1处确定电池阻抗Z(f1)的虚部Im{Z(f1)}(在图5中所示的步骤101中)，并且在第二频率f2处确定电池阻抗Z(f2)的虚部Im{Z(f2)}(在图5中所示的步骤102中)。在上下文中，“在第一频率f1处”意味着当将具有第一频率f1的交变输入电流i(f1,t)驱动到电池1中时，并且“在第二频率f2处”意味着当将具有第二频率f2的交变输入电流驱动到电池1中时。此外，该方法包括(在图5中示出的步骤103中)基于在第一频率f1和第二频率f2处获得的虚部Im{Z(f1)}和虚部Im{Z(f2)}，计算电池阻抗的虚部Im{Z(f0)}等于的预定义值P的情况下的频率f0。根据一个示例，预定义值P为零(P＝0)。如果预定义值P为零，则频率f0是零截取频率(ZIF)，因为它限定了虚部为零所处的频率。由于这个ZIF是通过计算(诸如基于两个测量的虚部Im{Z(f1)}和虚部Im{Z(f2)}的外推法)获得的，所以频率f0可以被称为外推零截取频率(EZIF)。
基于所计算的频率f0，可以检测电池温度(在图5中的步骤104中)。基于频率f0确定电池温度可以包括在查找表中查找温度，该查找表保持多个频率-温度对，其中这些频率-温度对中的每一个频率-温度对包括特定温度和相关联的频率。“相关联的频率”是在某个温度处电池阻抗的虚部等于预定义值P所处的频率。这些温度-频率对对于每个电池类型是相同的，使得每个电池类型的查找表可以基于应用于这种类型的一个或多个电池的测量(例如由电池制造商)而生成。那些测量可以包括在多个不同的频率和多个不同的(已知的)电池温度处检测电池阻抗的虚部，并且在多个温度中的每个温度处检测虚部等于预定义值P所处的频率。在这些测量期间，电池温度可以使用被布置在电池内部的温度传感器来获得。
在下文中，将在第一频率f1处获得的虚部Im{Z(f1)}简称为第一虚部Im1，并且将在第二频率f2处获得的虚部Im{Z(f2)}简称为第二虚部Im2。基于第一虚部Im1和第二虚部Im2来计算虚部等于P所处的频率f0是基于以下事实：在一个温度处，电池阻抗Z(f)的虚部基本上线性依赖于频率f，即，在不同频率处获得的虚部基本上位于图中的一条直线上，它示出了该频率上的虚部，诸如图3中所示类型的图。基于此，可以基于第一虚部Im1、第二虚部Im2、第一频率f1、第二频率f2和预定义值P来计算频率f0，如下：
Figure BDA0001562144430000071
这是基于如下假设：电池阻抗的虚部Im{Z(f)}可近似由线性函数(一阶函数)表达如下：
Figure BDA0001562144430000072
仅基于两个虚部(诸如上面阐释的第一虚部Im1和第二虚部Im2)来计算f0仅是一个示例。根据另一示例，该方法包括在不同频率f1、f2、fn处获得两个或更多虚部Im1、Im2、Imn，基于这些虚部Im1、Im2、Imn计算虚部Im{Z(f)}的线性函数或非线性函数，并且基于线性函数或非线性函数，计算在虚部Im{Z(f)}等于P的情况下的频率，即计算f0使得Im{Z(f0)}＝P。
根据一个示例，基于多个虚部Im1、Im2、Imn计算线性函数。这在图6中图示。图6示出了在不同频率f1、f2、fn处获得的n个虚部Im1、Im2、Imn和表示线性函数的直线(绘制为虚线)，基于该线性函数来计算f0。仅仅为了说明的目的，在图6中所示的示例中n＝3；也可以使用高于n＝3的任何数字。线性函数可以基于“最小二乘法”(LSM)来计算。这种方法是已知的，使得不需要进一步的阐释。根据另一示例(未示出)，基于n个(其中n≥3)虚部来计算非线性函数。特别是这个示例包括基于n个虚部计算n-1阶函数，如下：
Im{Z(f)}＝αnfn+αn-1fn-1+…+a1f+a0 (6)，
并且根据这个函数计算f0，使得Im{Z(f0)}＝P。如何能够基于n个值(诸如上文阐释的n个虚部)计算n-1阶的非线性函数是众所周知的。因此，在这方面不需要进一步的阐释。
在参考图4和图5所阐释的方法中，电池阻抗的虚部仅在两个不同的频率(之前所阐释的第一频率f1和第二频率f2)处被检测(测量)，其中参考图6，可以执行在不同频率f1、f2、fn处的多于两个的测量。至少两个频率f1、f2、fn可以被任意选择。特别地，这些频率可以从通常不受电池的应用环境中的干扰影响的频率范围中选择。根据一个示例，至少两个频率f1、f2、fn均选自100Hz到10kHz之间的范围，特别是在1kHz至10kHz之间。
图7示出了被配置成基于参考图4、5和6所阐释的方法中的一个来检测电池温度的温度检测电路2的一个示例。图7示出了温度检测电路2的框图。应注意的是，该框图图示了温度检测电路6的功能框，而不是一个特定的实施方式。这些功能框可以以各种方式实施。根据一个示例，这些功能框是使用专用电路(诸如模拟电路、数字电路、或模拟和数字电路)来实施的。根据另一个示例，温度检测电路6使用硬件和软件来实施。例如，温度检测电路6包括微控制器和运行在微控制器上的软件。
参考图7，温度检测电路2包括电流源21，该电流源21被配置成提供具有电流水平I0的直流电流。连接在电流源21下游的调制器22被配置成利用第一交变信号s1(ωt)来调制由电流源21提供的电流I0。可选地，通过可选的加法器28将DC偏移IDC加到调制器22的输出信号上。驱动到电池1中的电流i(f,t)在调制器22的输出或者加法器28的输出处可获得。一般地，这个电流i(f,t)由下式给出
i(f，t)＝IDC+I0·s1(ωt) (5)。
根据一个示例，第一交变信号s1(ωt)是正弦信号，使得输入电流i(f,t)由等式(1)给出。但是，这只是一个示例。也可以使用诸如矩形波形之类的其他交变信号波形。第一交变信号s1(ωt)由调制信号发生器23根据由控制和计算电路27提供的频率信号Sf而生成。频率信号Sf定义了由调制信号发生器23提供的交变信号s1(ωt)的频率。
参考图7，温度检测电路2进一步包括测量单元24，测量单元24耦合到电池节点11和电池节点12并且被配置成测量电池电压v(f,t)。由测量电路24提供的输出信号m(f,t)与电池电压v(f,t)成比例并且由下式给出
m(f，t)＝A0·v(f，t) (6)
其中A0是测量单元24的放大因子(增益)。解调器25接收来自测量单元24的测量信号m(f,t)和第二交变信号s2(ωt)。第二交变信号s2(ωt)也由调制信号发生器23生成，并且是第一交变信号s1(ωt)的相移版本。根据一个示例，第一交变信号s1(ωt)与第二交变信号s2(ωt)之间的相移是90°(＝π/2)，使得
Figure BDA0001562144430000091
根据一个示例，s1(ωt)＝sin(ωt)并且s2(ωt)＝cos(ωt)。在这个示例中，解调器25的输出信号s25(f,t)由下式给出
Figure BDA0001562144430000101
使用三角公式，等式(8a)可以写为
Figure BDA0001562144430000102
参考图7，解调器输出信号s25(f,t)由低通滤波器26接收。该低通滤波器26的频率的截止使得解调器输出信号s25(f,t)的交变分量(即具有频率ωt或该频率的多倍的分量)被过滤掉，使得低通滤波器26的输出信号由下式给出
Figure BDA0001562144430000103
其中参考等式(3)是电池阻抗Z(f)的虚部的缩放版本。低通滤波器可以是任何类型的低通滤波器。根据一个示例，低通滤波器是CIC(级联积分梳状)滤波器。
参考图7，由控制和计算电路27接收低通滤波器输出信号s26(f,t)。控制和计算电路27被配置成控制调制信号发生器23，使得在温度检测过程的第一阶段中，调制信号发生器生成具有第一频率f1的第一交变信号s1(ωt)和第二交变信号s2(ωt)。在该第一阶段中，由控制和计算电路27接收的低通滤波器输出信号s26(f,t)与电池阻抗的第一虚部Im1成比例，其中比例因子
Figure BDA0001562144430000104
由测量单元24的增益A0限定。在温度检测过程的第二阶段中，控制和计算电路27控制调制信号发生器23以生成具有第二频率f2的第一交变信号s1(ωt)和第二交变信号s2(ωt)。因此，在第二阶段中，由控制和计算电路27接收的低通滤波器信号s26(f,t)与电池阻抗的第二虚部Im2成比例。基于与第一虚部Im1和第二虚部Im2成比例的这些虚部，控制和计算电路27计算电池阻抗的虚部等于预定义值P所处的频率f0。控制和计算单元27可以基于等式(4)来计算f0，其中在应用等式(4)以便计算f0之前，由控制和计算单元27接收的低通滤波器输出信号可以被比例因子
Figure BDA0001562144430000111
划分。
例如，如果预定义值P为零(P＝0)，则不需要这样的划分，即可以在等式(4)中应用缩放的版本
Figure BDA0001562144430000112
和
Figure BDA0001562144430000113
而不是
Figure BDA0001562144430000114
和
Figure BDA0001562144430000115
原因是，如果P＝0，等式(4)可以写为
Figure BDA0001562144430000116
并且
Figure BDA0001562144430000117
出于同样的原因，如果遇到测量单元的放大因子A的变化，该方法(如果P＝0)是非常稳健的。这些变化可以包括在一个温度检测电路的操作或在不同的温度检测电路中的不同的放大因子期间的变化。
根据一个示例，控制和计算电路27进一步包括查找表，并且被配置成查找与计算的频率f0相关联的温度，并且输出温度信号ST，温度信号ST表示与计算的频率f0相关联的温度。
上文提供的阐释基于以下假设：放大器输出信号m(f,t)相对于第一交变信号s1(ωt)的仅有的相移是产生于电池1的相移
Figure BDA0001562144430000118
然而，可能存在产生于温度测量电路2本身(即例如放大器24、调制器22和可选加法器28)的附加相移
Figure BDA00015621444300001213
因此，放大器输出信号m(f,t)实际上可能是由下式给出
Figure BDA0001562144430000121
由温度测量电路2引入的相移
Figure BDA0001562144430000122
可以以各种方式被补偿。下文阐释一些示例。在这些示例中的两个示例中，在使用温度测量电路2测量电池温度之前，在校准步骤中测量相移
Figure BDA0001562144430000123
校准步骤可以包括将代替电池1的欧姆电阻器耦合到温度测量电路2，并且基于低通滤波器输出信号s26(f,t)来计算相移
Figure BDA0001562144430000124
低通滤波器输出信号s26(f,t)在校准步骤中由以下等式给出
Figure BDA0001562144430000125
其中R0是用在校准步骤中的电阻器的电阻。基于等式(13)(等式(13)基于等式(9))，相移
Figure BDA0001562144430000126
可以由下式计算
Figure BDA0001562144430000127
根据图7中以虚线图示的一个示例，温度测量电路2包括移相器29，该移相器29接收第二交变信号s2(ωt)并且将第二交变信号的相移版本
Figure BDA0001562144430000128
提供到解调器25，其中第二交变信号的相移版本
Figure BDA0001562144430000129
考虑了在校准过程中测量的相移
Figure BDA00015621444300001210
由温度测量电路引入的相移可以依赖于频率，使得
Figure BDA00015621444300001211
在这种情况下，可以在输入电流i(f,t)的那些不同频率f1、f2处执行的校准步骤，在那些不同频率f1、f2处，在温度测量电路的操作中获得至少两个虚部Im1和虚部Im2。在每个校准步骤中，获得与相应频率f1、f2相关联的一个相移
Figure BDA00015621444300001212
并且存储在控制和计算电路27中。在这种情况下，在温度测量电路2的温度测量操作期间，移相器29在至少两个测量阶段中的每个测量阶段中从控制和计算电路27接收电流相移信息，在上述至少两个测量阶段中输入电流i(f，t)具有不同频率f1、f2。
图8示出了图7中所示的温度检测电路2的变型。图8中所示的温度检测电路不同于图7中所示的温度检测电路之处在于：它包括均接收测量信号m(f，t)的第一解调器25I和第二解调器25Q。第一低通滤波器26I连接在第一解调器25I的下游，并且第二低通滤波器26Q连接在第二解调器25Q的下游。第一解调器25I接收第三交变信号s1′(ωt)，并且第二解调器25Q接收第二交变信号s2(ωt)。选择第三交变信号s1′(ωt)和第二交变信号s2(ωt)，使得在第三交变信号s1′(ωt)与第二交变信号s2(ωt)之间存在π/2(＝90°)的相移。第三交变信号s1′(ωt)可以与第一交变信号s1(ωt)同相。但是，这不是强制性的。如果在第一信号s1(ωt)与第三信号s1′(ωt)之间存在相移，则这种相移可以被认为是由温度检测电路引入的相移的一部分，并且由下文阐释的机制补偿。根据一个示例，第三交变信号s1′(ωt)和第二交变信号s2(ωt)具有正弦波形，使得例如s1′(ωt)＝sin(ωt)并且s2(ωt)＝cos(ωt)。在这种情况下，解调器25I和解调器25Q的输出信号s25I(f，t)和输出信号s25Q(f，t)如下：
s25I(f，t)＝A0·v(f，t)·s1(ωt)＝A0·v(f，t)·sin(ωt) (15a)
s25Q(f，t)＝A0·v(f，t)·s2(ωt)＝A0·v(f，t)·cos(ωt) (15b)。
如果输入电流i(f，t)是正弦电流，则第一交变信号s1(ωt)和第三交变信号s1′(ωt)可以是相同的。如果例如v(f，t)符合等式(2)并且存在由温度检测电路2引入的附加相移
Figure BDA0001562144430000133
则解调器输出信号s25I(f，t)和信号s25Q(f，t)是
Figure BDA0001562144430000131
Figure BDA0001562144430000132
低通滤波器26I和低通滤波器26Q被配置成对具有频率ωt或更高频率的信号分量进行滤波。低通滤波器26I、26Q的输出信号s26I(f,t)、s26Q(f,t)(在下文中也被称为同相分量VI和正交分量VQ)由下式给出：
Figure BDA0001562144430000141
Figure BDA0001562144430000142
根据一个示例，控制和计算电路27被配置成通过
Figure BDA0001562144430000143
划分同相分量和正交分量，以获得：
Figure BDA0001562144430000144
Figure BDA0001562144430000145
其中这些信号(值)可以被认为是电池1的复阻抗Z和放大器24的复数增益A的乘积的实部和虚部。复数增益也考虑了由温度检测电路2引入的总体相移
Figure BDA0001562144430000146
因此，
Figure BDA0001562144430000147
根据一个示例，在一个或多个校准步骤中确定复数增益A(复数增益A包括大小A0和相移
Figure BDA0001562144430000148
)，并且将其存储在控制和计算单元中。基于A0和
Figure BDA0001562144430000149
以及VI'和VQ'，控制和计算单元27可以计算电池电阻Z的大小Z0和相移
Figure BDA00015621444300001410
如下：
Figure BDA00015621444300001411
Figure BDA00015621444300001412
参考上文，大小Z0和相位
Figure BDA0001562144430000151
依赖于频率，即Z0＝Z0(f)并且
Figure BDA0001562144430000152
使得控制和计算电路27在至少两个不同的频率f1、f2处计算Z0，并且在这些频率中的每个频率处基于下式计算虚部Im{Z(f)}：
Figure BDA0001562144430000153
复数增益A可以依赖于频率，即A0＝A0(f)并且
Figure BDA0001562144430000154
在这种情况下，对于至少两个频率f1、f2中的每个频率，可以在校准例程中获得A0(f)和
Figure BDA0001562144430000155
并且将其存储在控制和计算电路27中。控制和计算电路27然后例如使用A0(f1)和
Figure BDA0001562144430000156
基于等式(20a)和等式(20b)计算Z0(f1)和
Figure BDA0001562144430000157
并且使用A0(f2)和
Figure BDA0001562144430000158
基于等式(20a)和等式(20b)计算Z0(f2)和
Figure BDA0001562144430000159
校准例程可以包括将具有电阻R0的欧姆电阻器而不是电池连接到温度检测电路2。参考等式(18a)和等式(18b)阐释的信号s26I′(f，t)和信号s26Q′(f，t)由下式给出
Figure BDA00015621444300001510
Figure BDA00015621444300001511
基于这些信号s26I′(f，t)和信号s26Q′(f，t)，复数放大的大小A0和相位
Figure BDA00015621444300001514
可以由下式计算：
Figure BDA00015621444300001512
Figure BDA00015621444300001513
虽然等式(15a)至等式(23b)说明/阐释了一种基于正弦输入电流i(f,t)检测电池电阻的虚部的方法，该方法不限于正弦输入电流，但是也可以使用任何其他类型的交变输入电流，诸如矩形输入电流。在每个情况下，第二交变信号s2(ωt)和第三交变信号s1'(ωt)可以是正弦信号，诸如s2(ωt)＝cos(ωt)并且s1'(ωt)＝sin(ωt)。
图9示出了图8中所示的温度检测电路2的变型。除了测量跨电池1的电压v(f,t)之外，图9中所示的温度检测电路2还测量输入电流i(f,t)。为此，电流感测电阻器30与调制器22串联连接。跨电阻器的感测电压v30(f,t)与输入电流i(f,t)成比例，
v30(f，t)＝R30·i(f，t) (24)，
其中R30是感测电阻器的电阻。感测电压v30(f,t)与电池电压v(f,t)以相同的方式进行处理。即，另一感测放大器242接收感测电压v30(f,t)并且提供另一测量信号m2(f,t)。第三调制器25I2利用第三交变信号s1'(ωt)调制另一测量信号m2(f,t)，并且第四调制器25Q2利用第二交变信号s2(ωt)调制另一测量信号m2(f,t)。第三调制器25I2的输出信号s25I2(f,t)由第三低通滤波器26I2滤波，并且第四调制器25Q2的输出信号s25Q2(f,t)由第四低通滤波器26I2滤波。基于上文关于等式(17a)和等式(17b)所阐释的内容，可以示出第一至第四低通滤波器26I、26Q、26I2、26Q2的输出信号(输出值)如下：
Figure BDA0001562144430000161
Figure BDA0001562144430000162
Figure BDA0001562144430000163
Figure BDA0001562144430000164
根据一个示例，感测放大器24和感测放大器242是具有相同的复数增益的相同类型的感测放大器，使得A02＝A0并且
Figure BDA0001562144430000165
在这种情况下，A0和
Figure BDA0001562144430000166
可以由控制和计算电路27基于VI2和VQ2计算如下：
Figure BDA0001562144430000171
Figure BDA0001562144430000172
因此，在该示例中，在温度检测电路27的温度测量操作期间，不需要校准例程，而是由控制和计算电路27计算A0和
Figure BDA0001562144430000173
此外，控制和计算电路27基于等式(20a)、等式(20b)和等式(21)在至少两个频率中的每个频率处计算电池阻抗Z(f)的虚部。
参考图10，之前阐释的电池1可以是具有串联连接的多个电池1、1I、1II的电池装置的一部分。温度检测电路2、2I、2II可以连接到这些电池中的每一个，其中这些温度检测电路2、2I、2II中的每一个被配置成检测与其连接的电池1、1I、1II的温度。
图11示出了图10中所示的装置的变型。在图11中所示的装置中，仅存在一个温度检测电路2和多路复用器3。该多路复用器3连接在具有多个电池1、1I、1II的电池装置与和温度检测电路2之间。该多路复用器3被配置成每次将温度检测电路与多个电池1、1I、1II中的一个连接，并且以在时间上连续的方式将装置的各个电池1、1I、1II连接到温度检测电路2。由此，温度检测电路2以在时间上连续的方式检测电池装置的各个电池1、1I、1II的温度。
图12示出了根据另一个示例的具有串联连接的多个电池1I、1、1II和温度检测电路2的电池装置。图12中所示的温度检测电路被配置成根据之前阐释的任何方法，在至少两个不同频率f1、f2处将一个输入电流i(f,t)驱动到电池串联电路中，测量跨每个电池1I、1、1II的电压vI(f,t)、v(f,t)、vII(f,t)，并且基于所测量的电压vI(f,t)、v(f,t)、vII(f,t)，检测每个电池1I、1、1II的温度。
以下示例可以说明本公开的一个或多个方面。
示例1：一种方法，包括：将具有第一频率的交变输入电流驱动到电池中，并且在第一频率处检测电池阻抗的虚部；将具有与第一频率不同的第二频率的交变电流驱动到电池中，并且在第二频率处检测电池阻抗的虚部；以及至少基于在第一频率处获得的虚部和在第二频率处获得的虚部来计算截取频率，虚部在截取频率处等于预定义值。
示例2：根据示例1的方法，其中预定义值为零。
示例3：根据示例1或2的方法，其中预定义值不为零。
示例4：根据示例1至3的任何组合的方法，进一步包括：从查找表获得温度信息，查找表包括多个频率-温度信息对。
示例5：根据示例1至4的任意组合的方法，其中，计算截取频率包括：基于在第一频率处获得的虚部和在第二频率处获得的虚部来计算直线；以及计算频率，所计算的直线在频率处截取预定义值。
示例6：根据示例1到5的任何组合的方法，其中，在第一频率和第二频率中的每一个处检测虚部包括：测量跨电池的电压以获得测量信号；解调测量信号以获得解调的测量信号；以及低通滤波解调的测量信号。
示例7：根据示例6的方法，其中，在第一频率和第二频率中的每一个处检测虚部进一步包括：测量交变输入电流以获得另一测量信号；基于另一测量信号来检测相移；并且基于所测量的电压和所检测的相移来检测虚部。
示例8：根据示例6或7的方法，进一步包括，在第一频率和第二频率中的每一个处检测虚部之前执行校准例程，其中，校准例程包括检测相移，以及
其中，检测虚部包括基于所测量的电压和所检测的相移来检测虚部。
示例9：根据示例6至8的任何组合的方法，其中，解调测量信号包括将测量信号与正弦信号相乘。
示例10：根据示例9的方法，其中，交变输入电流与正弦信号之间的相移是90°。
示例11：根据示例6至10的任何组合的方法，其中，解调测量信号包括：将测量信号与第一正弦信号相乘；以及将测量信号与第二正弦信号相乘，其中，第一正弦信号与第二正弦信号之间的相移是90°。
示例12：根据示例1至11的任何组合的方法，进一步包括：至少一次将具有与第一频率和第二频率不同的另一频率的交变电流驱动到电池中，并且在另一频率处检测电池阻抗的虚部，以便在至少一个另一频率处获得虚部；以及附加地基于在至少一个另一频率处获得的虚部来计算截取频率。
示例13：根据示例12的方法，其中，计算截取频率包括基于最小二乘法来计算线性函数。
示例14：根据示例12的方法，其中，计算截取频率包括计算非线性函数。
示例15：根据示例1至14的任何组合的方法，其中，电池包括至少一个电池单元。
示例16：根据示例15的方法，其中，电池包括串联连接的两个或更多电池单元。
示例17：根据示例15的方法，其中，电池包括并联连接的两个或更多电池单元。
示例18：根据示例1至17的任何组合的方法，其中至少一个附加电池与电池串联连接。
示例19：一种温度检测电路，被配置成：将具有第一频率的交变电流驱动到电池中，并且在第一频率处检测电池阻抗的虚部；将具有与第一频率不同的第二频率的交变电流驱动到电池中，以及在第二频率处检测电池阻抗的虚部；并且至少基于在第一频率处获得的虚部和在第二频率处获得的虚部来计算截取频率，虚部在截取频率处等于预定义值。
示例20：根据示例19的温度检测电路，其中，预定义值为零。
示例21：根据示例19的温度检测电路，其中，预定义值不为零。
示例22：根据示例19至21的任何组合的温度检测电路，其中，温度检测电路进一步被配置成从查找表获得温度信息，查找表包括多个频率温度信息对。
示例23：根据示例19至22的任何组合的温度检测电路，其中，温度检测电路被配置成使用以下步骤来计算截取频率：基于在第一频率处获得的虚部和在第二频率处获得的虚部来计算直线频率；以及计算频率，所计算的直线在该频率处截取预定义值。
示例24：根据示例19至23的任何组合的温度检测电路，其中，温度检测电路被配置成使用以下步骤在第一频率和第二频率中的每一个处检测虚部：测量跨电池的电压以获得测量信号；解调测量信号以获得解调的测量信号；以及低通滤波解调的测量信号。
示例25：根据示例24的温度检测电路，其中，温度检测电路被配置成进一步使用以下步骤在第一频率和第二频率中的每一个处检测虚部：测量交变输入电流以获得另一测量信号；基于另一测量信号来检测相位；以及基于所测量的电压和所检测的相移来检测虚部。
示例26：根据示例24或25的温度检测电路，其中，温度检测电路进一步被配置成在第一频率和第二频率中的每一个处检测虚部之前执行校准例程，其中校准例程包括检测相位，并且其中检测虚部包括基于所测量的电压和所检测的相移来检测虚部。
示例27：根据示例19至26的任何组合的温度检测电路，其中，解调测量信号包括将测量信号与正弦信号相乘。
示例28：根据示例27的温度检测电路，其中，交变输入电流与正弦信号之间的相移是90°。
示例29：根据示例19至28的任何组合的方法，其中，解调测量信号包括：将测量信号与第一正弦信号相乘；以及将测量信号与第二正弦信号相乘，其中，第一正弦信号与第二正弦信号之间的相移是90°。
示例30：根据示例19至29的任何组合的温度检测电路，其中，温度检测电路进一步被配置成：至少一次将具有与第一频率和第二频率不同的另一频率的交变电流驱动到电池中，并且在另一频率处检测电池阻抗的虚部，以便在至少一个另一频率处获得虚部；以及附加地基于在至少一个另一频率处获得的虚部来计算截取频率。
示例31：根据示例30的温度检测电路，其中，计算截取频率包括基于最小二乘法来计算线性函数。
示例32：根据示例30的温度检测电路，其中，计算截取频率包括计算非线性函数。
虽然已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以进行各种改变和修改，这些改变和修改将实现本发明的一些优点而不背离本发明的精神和范围。对于本领域中的那些合理的技术人员来说显而易见的是，执行相同功能的其他部件可以被适合地替换。应指出的是，参考特定图阐释的特征可以与其他图的特征组合，即使在没有明确提及的情况下也是如此。此外，本发明的方法可以以全软件实施方式、使用合适的处理器指令、或者以混合实施方式来实现，混合实施方式利用硬件逻辑和软件逻辑的组合来实现相同的结果。本发明的这些修改旨在被所附权利要求覆盖。
为了便于描述，使用诸如“之下”、“下方”、“下”、“之上”、“上”等的空间相对术语来阐释一个元件相对于第二个元件的定位。这些术语旨在包含除了在附图中描绘的不同取向之外的设备的不同取向。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也被用于描述各种元件、区域、区段等，并且也不旨在是限制性的。在整个描述中，相同的术语指代相同的元件
如本文所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等是开放式术语，它们表示存在所陈述的元件或特征，但不排除附加的元件或特征。除非上下文另外明确指出，否则词语“一”、“一个”和“该”旨在包括多个以及单个。
考虑到上述范围的变化和应用，应理解的是，本发明不受前面描述的限制，也不受附图的限制。相反，本发明仅由以所附权利要求及其法定等同物限制。

Claims (32)

1.一种温度检测方法，包括：
将具有第一频率的交变输入电流驱动到电池中，所述第一频率具有第一预定值，并且在所述第一频率处检测所述电池的阻抗的第一虚部；
将具有第二频率的所述交变输入电流驱动到所述电池中，所述第二频率具有与所述第一频率的所述第一预定值不同的第二预定值，并且在所述第二频率处检测所述电池的阻抗的第二虚部；以及
通过控制和计算电路，至少基于所述电池在所述第一频率处的阻抗的所述第一虚部和所述电池在所述第二频率处的阻抗的所述第二虚部来计算截取频率，所述电池在所述截取频率处的阻抗的第三虚部等于预定义值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定义值为零。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定义值不为零。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
从查找表获得温度信息，所述查找表包括多个频率-温度信息对。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述截取频率包括：
基于所述电池在所述第一频率处的阻抗的所述第一虚部和所述电池在所述第二频率处的阻抗的所述第二虚部计算直线；以及
计算所述截取频率，所计算的直线在所述截取频率处截取所述预定义值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一频率和所述第二频率中的每一个处检测所述电池的阻抗的所述第一虚部和所述电池的阻抗的所述第二虚部包括：
测量跨所述电池的电压以获得测量信号；
解调所述测量信号以获得解调的测量信号；以及
低通滤波所述解调的测量信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述第一频率和所述第二频率中的每一个处检测所述电池的阻抗的所述第一虚部和所述电池的阻抗的所述第二虚部进一步包括：
测量所述交变输入电流以获得另一测量信号；
基于所述另一测量信号来检测相移；以及
基于所测量的电压和所检测的相移来检测所述电池的阻抗的相应的虚部。
8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：在所述第一频率和所述第二频率中的每一个处检测所述电池的阻抗的所述第一虚部和所述电池的阻抗的所述第二虚部之前执行校准例程，
其中，所述校准例程包括检测相移，以及
其中，检测所述电池的阻抗的相应的虚部包括基于所测量的电压和所检测的相移来检测所述电池的阻抗的相应的虚部。
9.根据权利要求6所述的方法，
其中解调所述测量信号包括将所述测量信号与正弦信号相乘。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述交变输入电流与所述正弦信号之间的相移是90°。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，解调所述测量信号包括：
将所述测量信号与第一正弦信号相乘；以及
将所述测量信号与第二正弦信号相乘，
其中，所述第一正弦信号与所述第二正弦信号之间的相移是90°。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
至少一次将具有另一频率的所述交变输入电流驱动到所述电池中，所述另一频率具有另一预定值，所述另一预定值不同于所述第一频率的所述第一预定值和所述第二频率的所述第二预定值，并且在所述另一频率处检测所述电池的阻抗的另一虚部；以及
附加地基于所述电池在所述另一频率处的阻抗的所述另一虚部来计算所述截取频率。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，计算所述截取频率包括基于最小二乘法来计算线性函数。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，计算所述截取频率包括计算非线性函数。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池包括至少一个电池单元。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电池包括串联连接的两个或更多电池单元。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电池包括并联连接的两个或更多电池单元。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个附加电池与所述电池串联连接。
19.一种温度检测电路，包括控制和计算电路，其中所述温度检测电路被配置成：
将具有第一频率的交变输入电流驱动到电池中，所述第一频率具有第一预定值，并且在所述第一频率处检测所述电池的阻抗的第一虚部；
将具有第二频率的所述交变输入电流驱动到所述电池中，所述第二频率具有与所述第一频率的所述第一预定值不同的第二预定值，并且在所述第二频率处检测所述电池的阻抗的第二虚部；以及
至少基于所述电池在所述第一频率处的阻抗的所述第一虚部和所述电池在所述第二频率处的阻抗的所述第二虚部来计算截取频率，所述电池在所述截取频率处的阻抗的第三虚部等于预定义值。
20.根据权利要求19所述的温度检测电路，其中，所述预定义值为零。
21.根据权利要求19所述的温度检测电路，其中，所述预定义值不为零。
22.根据权利要求19所述的温度检测电路，其中，所述温度检测电路进一步被配置成：
从查找表获得温度信息，所述查找表包括多个频率-温度信息对。
23.根据权利要求19所述的温度检测电路，其中，所述温度检测电路被配置成使用以下步骤计算所述截取频率：
基于所述电池在所述第一频率处的阻抗的所述第一虚部和所述电池在所述第二频率处的阻抗的所述第二虚部来计算直线；以及
计算所述截取频率，所计算的直线在所述截取频率处截取所述预定义值。
24.根据权利要求19所述的温度检测电路，其中，所述温度检测电路被配置成使用以下步骤在所述第一频率和所述第二频率中的每一个处检测所述电池的阻抗的所述第一虚部和所述电池的阻抗的所述第二虚部：
测量跨所述电池的电压以获得测量信号；
解调所述测量信号以获得解调的测量信号；以及
低通滤波所述解调的测量信号。
25.根据权利要求24所述的温度检测电路，其中，所述温度检测电路被配置成进一步使用以下步骤在所述第一频率和所述第二频率中的每一个处检测所述电池的阻抗的所述第一虚部和所述电池的阻抗的所述第二虚部：
测量所述交变输入电流以获得另一测量信号；
基于所述另一测量信号来检测相位；以及
基于所测量的电压和所检测的相移来检测所述电池的阻抗的相应的虚部。
26.根据权利要求24所述的温度检测电路，其中，所述温度检测电路进一步被配置成在所述第一频率和所述第二频率中的每一个处检测所述电池的阻抗的所述第一虚部和所述电池的阻抗的所述第二虚部之前执行校准例程，
其中，所述校准例程包括检测相位，以及
其中，检测所述电池的阻抗的相应的虚部包括基于所测量的电压和所检测的相移来检测所述电池的阻抗的相应的虚部。
27.根据权利要求24所述的温度检测电路，
其中解调所述测量信号包括将所述测量信号与正弦信号相乘。
28.根据权利要求27所述的温度检测电路，其中，所述交变输入电流与所述正弦信号之间的相移是90°。
29.根据权利要求24所述的温度检测电路，其中，解调所述测量信号包括：
将所述测量信号与第一正弦信号相乘；以及
将所述测量信号与第二正弦信号相乘，
其中，所述第一正弦信号与所述第二正弦信号之间的相移是90°。
30.根据权利要求19所述的温度检测电路，其中，所述温度检测电路进一步被配置成：
至少一次将具有另一频率的所述交变输入电流驱动到所述电池中，所述另一频率具有另一预定值，所述另一预定值不同于所述第一频率的所述第一预定值和所述第二频率的所述第二预定值，并且在所述另一频率处检测所述电池的阻抗的另一虚部；以及
附加地基于所述电池在所述另一频率处的阻抗的所述另一虚部来计算所述截取频率。
31.根据权利要求30所述的温度检测电路，其中，计算所述截取频率包括基于最小二乘法来计算线性函数。
32.根据权利要求30所述的温度检测电路，其中，计算所述截取频率包括计算非线性函数。
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