CN110058176B - 电流测量方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电流测量方法、装置及系统，所述系统包括悬臂梁、光电位移探测器、激光器及与光电位移探测器电连接的计算机设备，激光器发射的激光经由悬臂梁的自由端反射，在光电位移探测器上形成光斑。磁性块在位于自由端下方的待测电流产生的磁场作用下，带动悬臂梁朝向电池偏转，光电位移探测器检测悬臂梁在偏转前后在光电位移探测器上形成光斑的光斑位移量。计算机设备根据光斑位移量，计算待测电流的大小。光电位移探测器对悬臂梁的探测精度可达到纳米级，因此，通过上述系统能够检测出电池中存在的微小电池差异，避免集流板上电流密度不均导致的发热异常，从而提升电池模组的使用寿命。

Description

电流测量方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及测量领域，具体而言，涉及电流测量方法、装置及系统。

背景技术

锂电池在使用过程中，由于本身制作工艺等差异会使电池在模组内并联接通或者连接相同负载使用时，不同电池个体流过的电流大小存在微小差异。电池个体流过的电流大小差异会造成电池模组的集流板上电流密度不均匀，从而导致集流板发热异常，长期使用存在电流差异的电池会存在安全隐患，也会降低电池模组的使用寿命。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供一种电流测量方法、装置及系统。

第一方面，本申请实施例提供一种电流测量系统，所述系统包括悬臂梁、光电位移探测器、激光器及与所述光电位移探测器电连接的计算机设备；

所述激光器发射的激光经由所述悬臂梁的自由端反射，在所述光电位移探测器上形成光斑；

所述自由端设置有磁性块，所述磁性块在位于所述自由端下方的电池中的电流产生的磁场作用下，带动所述悬臂梁朝向电池偏转；

所述光电位移探测器检测所述悬臂梁在偏转前后在所述光电位移探测器上形成光斑的光斑位移量；

所述计算机设备用于根据所述光斑位移量，计算所述电池的载流导线中的电流大小。

可选地，在本实施例中，所述悬臂梁的自由端朝向所述激光器的一侧涂有反光材料。

可选地，在本实施例中，所述悬臂梁采用柔性材料、硅或二氧化硅材料制造而成。

第二方面，本申请实施例还提供一种电流测量方法，所述方法应用于电流测量系统的计算机设备，所述方法包括：

根据所述光电位移探测器检测到的光斑位移量计算所述悬臂梁偏转前后的悬臂梁位移量；

根据所述悬臂梁位移量计算所述悬臂梁表面应力差，从而得到待测电流生成的感应磁场对磁性块的作用力；

根据所述作用力计算感应磁场的强度，从而得到电池的载流导线中待测电流的大小。

可选地，在本实施例中，所述根据所述光电位移探测器检测到的光斑位移量计算所述悬臂梁偏转前后的悬臂梁位移量，包括：

接收所述光电位移探测器检测到的光斑位移量；

根据公式

计算所述悬臂梁位移量，其中，Z为悬臂梁位移量，l为悬臂梁长度，S为光斑位移量，L为激光发射路径长度，即激光出射点与悬臂梁反射所述激光的反射点之间的距离。

可选地，在本实施例中，所述根据所述悬臂梁位移量计算所述悬臂梁表面应力差，从而得到待测试电流生成的感应磁场对磁性块的作用力，包括：

根据公式

计算悬臂梁表面应力差，其中，Δσ为悬臂梁的表面应力差，v为悬臂梁材料的泊松比，t为悬臂梁厚度，E为悬臂梁的弹性模量；

根据公式F＝Δσ×A计算感应磁场对磁性块的作用力，其中，F为作用力大小，A为悬臂梁横截面的面积。

可选地，在本实施例中，所述根据所述作用力计算感应磁场的强度，从而得到待测电流的大小，包括：

根据公式F＝mxVHgradH计算所述待测电流生成的感应磁场的强度，其中，m为磁性块质量，x为磁性块的比磁化系数，V为磁性块体积，H为磁场强度，gradH为磁场梯度；

根据公式

计算待测试电流的大小，其中，I为待测电流大小，a为磁性块到载流导线所在直线的垂直距离，μ₀为真空磁导率，θ₁为载流导线的电流流入端与磁性块形成的线段与载流导线的夹角，θ₂为载流导线的电流流出端与磁性块形成的线段与载流导线的夹角。

第三方面，本申请实施例还提供一种电流测量装置，所述装置应用于电流测量系统的计算机设备，所述装置包括：

第一计算模块，用于根据所述光电位移探测器检测到的光斑位移量计算所述悬臂梁偏转前后的悬臂梁位移量；

第二计算模块，用于根据所述悬臂梁位移量计算所述悬臂梁表面应力差，从而得到待测电流生成的感应磁场对磁性块的作用力；

第三计算模块，用于根据所述作用力计算感应磁场的强度，从而得到电池的载流导线中待测电流的大小。

可选的，在本实施例中，所述第一计算模块具体用于：

接收所述光电位移探测器检测到的光斑位移量；

根据公式

计算所述悬臂梁位移量，其中，Z为悬臂梁位移量，l为悬臂梁长度，S为光斑位移量，L为激光发射路径长度，即激光出射点与悬臂梁反射所述激光的反射点之间的距离。

可选的，在本实施例中，所述第二计算模块具体用于：

根据公式

计算悬臂梁表面应力差，其中，Δσ为悬臂梁的表面应力差，v为悬臂梁材料的泊松比，t为悬臂梁厚度，E为悬臂梁的弹性模量；

根据公式F＝Δσ×A计算感应磁场对磁性块的作用力，其中，F为作用力大小，A为悬臂梁横截面的面积。

相对于现有技术，本申请实施例具有以下有益效果：

本申请提供了一种电流测量方法、装置及系统，所述系统包括悬臂梁、光电位移探测器、激光器及与光电位移探测器电连接的计算机设备，激光器发射的激光经由所述悬臂梁的自由端反射，在光电位移探测器上形成光斑。磁性块在位于所述自由端下方的电池中的电流产生的磁场作用下，带动悬臂梁朝向电池偏转，光电位移探测器检测悬臂梁在偏转前后在所述光电位移探测器上形成光斑的光斑位移量。计算机设备根据所述光斑位移量，计算所述电池的载流导线中的电流大小。由于光电位移探测器对悬臂梁的探测精度可达到纳米级，因此，通过上述系统能够检测出电池中存在的微小电池差异，避免集流板上电流密度不均导致的发热异常，从而提升电池模组的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的电流测量系统的示意图之一；

图2为本申请实施例提供的悬臂梁的示意图；

图3为本申请实施例提供的电流测量方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的电流测量系统的示意图之二；

图5为本申请实施例提供的载流导线与磁性块的简化图；

图6为本申请实施例提供的电流测量方装置的功能模块图。

图标：10-电流测量系统；100-悬臂梁；200-光电位移探测器；300-激光器；400-计算机设备；500-电池；101-固定端；102-自由端；103-磁性块；104-反光材料；600-电流测量装置；601-第一计算模块；602-第二计算模块；603-第三计算模块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请参照图1，图1为本申请实施例提供的电流测量系统的示意图之一，电流测量系统10包括悬臂梁100、光电位移探测器200、激光器300及与光电位移探测器200电连接的计算机设备400。

悬臂梁100包括固定端101及自由端102，自由端102上设置有磁性块103，且自由端102下方设置有电池500，在电池500中的待测电流产生的磁场作用下，磁性块103带动悬臂梁100朝向电池500所在的方向偏转。

激光器300发射的激光经由悬臂梁100的自由端102反射后在光电位移探测器200上形成光斑；光电位移探测器200检测由于在磁性块103作用下悬臂梁100偏转前后形成的光斑位移量。

计算机设备400用于根据光斑位移量计算电池500的载流导线中的电流大小。其中，所述载流导线是指电池500中的极耳，在本申请中，将电池500的极耳简化为载流导线。

可选的，在本实施例中，计算机设备400可通过电线与光电位移探测器200电性连接，也可与光电位移探测器200通信连接以获取光斑位移量。

可选的，在本实施例中，所述磁性块103可采用软磁材料制成，例如铁或低碳钢等易于磁化也易于退磁的金属材料。

请参照图2，图2为本申请实施例提供的悬臂梁的示意图，在本实施例中，悬臂梁100的自由端102朝向激光器的一侧涂有反光材料104，例如镀金、镀银等。

可选的，在本实施例中，所述悬臂梁100可采用柔性材料、硅或二氧化硅等材料制成且悬臂梁100的表面涂有反光材料104。

采用硅或二氧化硅材料制作悬臂梁100时，需要控制悬臂梁100的厚度，使悬臂梁100在作用力较小时也能够偏转。

请参照图3，图3为本申请实施例提供的电流测量方法的流程图，所述方法应用于电流测量系统10中的计算机设备400，所述方法包括：

步骤S310，根据光电位移探测器200检测到的光斑位移量计算悬臂梁100偏转前后的悬臂梁位移量。

在本步骤中，由于电池500两端极耳中的电流产生了感应磁场，因此磁性块103会朝向电池500所在方向运动，悬臂梁100在磁性块103的带动下朝向电池500偏转。激光器300发出的激光经悬臂梁100反射后在光电位移探测器200上形成光斑，由于悬臂梁100偏转，因此光斑也会发生位移，根据光电位移探测器200检测到的光斑位移量计算悬臂梁100偏转量。

光电位移探测器200能够将接收到的光斑信号转换为电信号，从而计算光斑位移量，光电位移探测器200能够精确检测出悬臂梁100的自由端102的位移量，精度可达到纳米量级，具体精度与选用的悬臂梁100的材料、尺寸相关。

请参照图4，图4为本申请实施例提供的电流测量系统的示意图之二，具体的，在本步骤中，计算机设备400接收光电位移探测器检测到的光斑位移量；根据公式

计算悬臂梁的位移量。其中，Z为悬臂梁位移量，l为悬臂梁长度，S为光斑位移量，L为激光发射路径长度，即激光出射点与悬臂梁反射所述激光的反射点之间的距离。在上述公式中，l、S、L均为已知量。

步骤S320，根据悬臂梁位移量计算悬臂梁100的表面应力差，从而得到待测电流生成的感应磁场对磁性块103的作用力。

具体的，在本步骤中，根据公式

计算悬臂梁100的表面应力差。其中，Δσ为悬臂梁100的表面应力差，v为悬臂梁材料的泊松比，t为悬臂梁厚度，E为悬臂梁的弹性模量。在本步骤中，v、t、E均与悬臂梁100的材料有关，为已知量。

根据公式F＝Δσ×A计算感应磁场对磁性块103的作用力，其中，F为作用力大小，A为悬臂梁横截面的面积，即激光器300照射到悬臂梁100的表面的面积。

步骤S330，根据感应磁场对磁性块103的作用力计算感应磁场的强度，从而得到电池的载流导线中待测电流的大小。

具体的，在本步骤中，根据公式F＝mxVHgradH计算待测电流生成的感应磁场的强度H，其中，m为磁性块质量，x为磁性块的比磁化系数，V为磁性块体积，H为磁场强度，gradH为磁场梯度。在上述公式中，磁性块103的质量、比磁化系数及体积与选用的磁性块103有关，为已知量，磁场强度为待计算的未知量，磁场梯度是指磁场强度随空间位移的变化率。

请参照图5，图5为本申请实施例提供的载流导线与磁性块的简化图。根据公式

计算待测试电流的大小，其中，I为待测电流大小，a为磁性块103到载流导线所在直线的垂直距离，μ₀为真空磁导率，θ₁为载流导线的电流流入端与磁性块形成的线段与载流导线的夹角，θ₂为载流导线的电流流出端与磁性块形成的线段与载流导线的夹角。

通过上述步骤即可计算出电池中的待测电流大小，由于光电位移探测器200对悬臂梁100的偏转探测精度可达纳米量级，因此通过上述电流测量系统及测量方法能够检测出电池中微小的电流差异。

请参照图6，图6为本申请实施例提供的电流测量方装置的功能模块图，电流测量方装置600包括：

第一计算模块601，用于根据光电位移探测器200检测到的光斑位移量计算悬臂梁100偏转前后的悬臂梁位移量。

第二计算模块602，用于根据悬臂梁位移量计算悬臂梁100的表面应力差，从而得到待测电流生成的感应磁场对磁性块103的作用力。

第三计算模块603，用于根据感应磁场对磁性块103的作用力计算感应磁场的强度，从而得到电池的载流导线中待测电流的大小。

可选的，在本实施例中，第一计算模块601具体用于：

接收光电位移探测器200计算出的光斑位移量；根据公式

计算悬臂梁位移量，其中，Z为悬臂梁位移量，l为悬臂梁长度，S为光斑位移量，L为激光发射路径长度，即激光出射点与悬臂梁反射所述激光的反射点之间的距离。

可选的，在本实施例中，第二计算模块602具体用于：

根据公式

计算悬臂梁100的表面应力差，其中，Δσ为悬臂梁100的表面应力差，v为悬臂梁材料的泊松比，t为悬臂梁厚度，E为悬臂梁100的弹性模量；根据公式F＝Δσ×A计算感应磁场对磁性块的作用力，其中，F为作用力大小，A为悬臂梁横截面的面积。

可选的，在本实施例中，第三计算模块603具体用于：

根据公式F＝mxVHgradH计算待测电流生成的感应磁场的强度，其中，m为磁性块质量，x为磁性块的比磁化系数，V为磁性块体积，H为磁场强度，gradH为磁场梯度。

根据公式

计算待测试电流的大小，其中，I为待测电流大小，a为磁性块到载流导线所在直线的垂直距离，μ₀为真空磁导率，θ₁为载流导线的电流流入端与磁性块形成的线段与载流导线的夹角，θ₂为载流导线的电流流出端与磁性块形成的线段与载流导线的夹角。

可以理解的是，本实施例中的各功能模块的具体操作方法可参阅上述方法实施例中相应步骤的详细描述，在此不再重复赘述。

综上所述，本申请提供了一种电流测量方法、装置及系统，所述系统包括悬臂梁、光电位移探测器、激光器及与光电位移探测器电连接的计算机设备，激光器发射的激光经由所述悬臂梁的自由端反射，在光电位移探测器上形成光斑。磁性块在位于所述自由端下方的电池中的电流产生的磁场作用下，带动悬臂梁朝向电池偏转，光电位移探测器检测悬臂梁在偏转前后在所述光电位移探测器上形成光斑的光斑位移量。计算机设备根据所述光斑位移量，计算所述电池的载流导线中的电流大小。由于光电位移探测器对悬臂梁的探测精度可达到纳米级，因此，通过上述系统能够检测出电池中存在的微小电池差异，避免集流板上电流密度不均导致的发热异常，从而提升电池模组的使用寿命。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电流测量系统，其特征在于，所述系统包括悬臂梁、光电位移探测器、激光器及与所述光电位移探测器电连接的计算机设备；

所述激光器发射的激光经由所述悬臂梁的自由端反射，在所述光电位移探测器上形成光斑；

所述自由端设置有磁性块，所述磁性块在位于所述自由端下方的电池中的电流产生的磁场作用下，带动所述悬臂梁朝向电池偏转；

所述光电位移探测器检测所述悬臂梁在偏转前后在所述光电位移探测器上形成光斑的光斑位移量；

所述计算机设备用于根据所述光斑位移量计算所述悬臂梁偏转前后的悬臂梁位移量，并根据所述悬臂梁位移量计算所述电池的载流导线中的电流大小，其中所述悬臂梁位移量的计算公式如下所示：

其中，Z为悬臂梁位移量，l为悬臂梁长度，S为光斑位移量，L为激光发射路径长度，即激光出射点与悬臂梁反射所述激光的反射点之间的距离。

2.根据权利要求1所述的电流测量系统，其特征在于，所述悬臂梁的自由端朝向所述激光器的一侧涂有反光材料。

3.根据权利要求1所述的电流测量系统，其特征在于，所述悬臂梁采用柔性材料、硅或二氧化硅材料制造而成。

4.一种电流测量方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任意一项所述的电流测量系统的计算机设备，所述方法包括：

根据所述光电位移探测器检测到的光斑位移量计算所述悬臂梁偏转前后的悬臂梁位移量；

根据所述悬臂梁位移量计算所述悬臂梁表面应力差，从而得到待测电流生成的感应磁场对磁性块的作用力；

根据所述作用力计算感应磁场的强度，从而得到电池的载流导线中待测电流的大小；

其中，所述根据所述光电位移探测器检测到的光斑位移量计算所述悬臂梁偏转前后的悬臂梁位移量，包括：

接收所述光电位移探测器检测到的光斑位移量；

根据公式

计算所述悬臂梁位移量，其中，Z为悬臂梁位移量，l为悬臂梁长度，S为光斑位移量，L为激光发射路径长度，即激光出射点与悬臂梁反射所述激光的反射点之间的距离。

5.根据权利要求4所述的电流测量方法，其特征在于，所述根据所述悬臂梁位移量计算所述悬臂梁表面应力差，从而得到待测试电流生成的感应磁场对磁性块的作用力，包括：

根据公式

计算悬臂梁表面应力差，其中，Δσ为悬臂梁的表面应力差，v为悬臂梁材料的泊松比，t为悬臂梁厚度，E为悬臂梁的弹性模量；

根据公式F＝Δσ×A计算感应磁场对磁性块的作用力，其中，F为作用力大小，A为悬臂梁横截面的面积。

6.根据权利要求5所述的电流测量方法，其特征在于，所述根据所述作用力计算感应磁场的强度，从而得到待测电流的大小，包括：

根据公式F＝mxVHgradH计算所述待测电流生成的感应磁场的强度，其中，m为磁性块质量，x为磁性块的比磁化系数，V为磁性块体积，H为磁场强度，gradH为磁场梯度；

根据公式

计算待测试电流的大小，其中，I为待测电流大小，a为磁性块到载流导线所在直线的垂直距离，μ₀为真空磁导率，θ₁为载流导线的电流流入端与磁性块形成的线段与载流导线的夹角，θ₂为载流导线的电流流出端与磁性块形成的线段与载流导线的夹角。

7.一种电流测量装置，其特征在于，所述装置应用于权利要求1-3任意一项所述的电流测量系统的计算机设备，所述装置包括：

第一计算模块，用于根据所述光电位移探测器检测到的光斑位移量计算所述悬臂梁偏转前后的悬臂梁位移量；

第二计算模块，用于根据所述悬臂梁位移量计算所述悬臂梁表面应力差，从而得到待测电流生成的感应磁场对磁性块的作用力；

第三计算模块，用于根据所述作用力计算感应磁场的强度，从而得到电池的载流导线中待测电流的大小；

其中，所述第一计算模块具体用于：

接收所述光电位移探测器检测到的光斑位移量；

根据公式

计算所述悬臂梁位移量，其中，Z为悬臂梁位移量，l为悬臂梁长度，S为光斑位移量，L为激光发射路径长度，即激光出射点与悬臂梁反射所述激光的反射点之间的距离。

8.根据权利要求7所述的电流测量装置，其特征在于，所述第二计算模块具体用于：

根据公式

计算悬臂梁表面应力差，其中，Δσ为悬臂梁的表面应力差，v为悬臂梁材料的泊松比，t为悬臂梁厚度，E为悬臂梁的弹性模量；

根据公式F＝Δσ×A计算感应磁场对磁性块的作用力，其中，F为作用力大小，A为悬臂梁横截面的面积。

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