CN115556586B - 电池模组电量估计装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电池模组电量估计装置，估计装置包括：第一量子传感器，设置于电池模组的电极的第一侧，用于测量电池模组的电极周围的第一磁场强度以发射第一光信号；第二量子传感器，设置于电池模组的电极的第二侧，用于测量电池模组的电极周围的第二磁场强度以发射第二光信号；第一光电探测器，设置于第一量子传感器的发光侧，用于接收第一光信号并输出对应的第一电信号；第二光电探测器，设置于第二量子传感器的发光侧，用于接收第二光信号并输出对应的第二电信号；处理单元，与第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接，用于基于第一电信号和第二电信号消除噪声信号得到目标电信号，基于目标电信号估计电池模组的电量。

Description

电池模组电量估计装置

技术领域

本公开实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池模组电量估计装置。

背景技术

目前电池模组已经广泛应用于各种设备，例如对于电动汽车来说，电池模组是其重要的部件，对电池模组的电量估计是否准确成为一个重要的技术问题。

电池模组的充电状态是基于电池的输出电流来测量的，据此可估计车辆的剩余行驶里程。通常情况下，例如电动汽车电池模组的电流可达到数百安培，目前相关技术中能够检测到这种电流的传感器难以测量毫安级别的微弱电流信号，导致对电池电量的估计不够准确。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开实施例提供了电池模组电量估计装置。

第一方面，本公开实施例提供了一种电池模组电量估计装置，包括：

第一量子传感器，设置于电池模组的电极的第一侧，用于测量所述电池模组的电极周围的第一磁场强度以发射第一光信号；

第二量子传感器，设置于所述电池模组的电极的第二侧，所述第二侧与所述第一侧基于所述电池模组的电极的轴线相对，用于测量所述电池模组的电极周围的第二磁场强度以发射第二光信号；

第一光电探测器，设置于所述第一量子传感器的发光侧，用于接收所述第一光信号并输出对应的第一电信号；

第二光电探测器，设置于所述第二量子传感器的发光侧，用于接收所述第二光信号并输出对应的第二电信号；

处理单元，与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接，用于基于所述第一电信号和所述第二电信号消除噪声信号得到目标电信号，基于所述目标电信号估计所述电池模组的电量。

在一个实施例中，还包括：

基体，其上设有第一开口和第二开口，所述第一量子传感器设置于所述第一开口处，所述第二量子传感器设置于所述第二开口处；

所述基体中还设有与所述第一开口连通的第一光通道，以及与所述第二开口连通的第二光通道，所述第一光电探测器设置于所述第一光通道，所述第二光电探测器设置于所述第二光通道；

所述基体上还设有容纳槽，所述处理单元设置于所述容纳槽中。

在一个实施例中，所述基体包括U形部，所述第一开口和所述第二开口设置于所述U形部的相对的两侧。

在一个实施例中，所述第一量子传感器密封设置于所述第一开口处，所述第二量子传感器密封设置于所述第二开口处。

在一个实施例中，所述基体上还设有安装件，通过安装件用于将所述基体安装于电动车的电池模组的电极旁。

在一个实施例中，所述处理单元与电动车的整车控制器连接。

在一个实施例中，还包括：

第一差分放大电路，与所述第一光电探测器的输端电连接，用于放大所述第一电信号得到第三电信号；

第二差分放大电路，与所述第二光电探测器的输出端电连接，用于放大所述第二电信号得到第四电信号；

所述处理单元，与所述第一差分放大电路的输出端以及所述第二差分放大电路的输出端电连接，用于基于所述第三电信号和所述第四电信号消除噪声信号得到所述目标电信号，基于所述目标电信号估计所述电池模组的电量。

在一个实施例中，所述处理单元，具体用于对所述第三电信号和所述第四电信号分别进行傅里叶变换，得到所述第三电信号对应的第一频谱，以及所述第四电信号对应的第二频谱，分析对比所述第一频谱和所述第二频谱确定噪声信号的频谱，将所述第一频谱或者所述第二频谱中的噪声信号的频谱删除，得到目标频谱，对所述目标频谱进行傅里叶逆变换，得到所述目标电信号。

在一个实施例中，所述目标电信号包括所述电池模组的电压信号，所述处理单元，具体用于基于所述电压信号确定所述电池模组的电流信号，基于所述电流信号估计所述电池模组的电量。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的电池模组电量估计装置，电池电量估计装置包括：第一量子传感器，设置于电池模组的电极的第一侧，用于测量所述电池模组的电极周围的第一磁场强度以发射第一光信号；第二量子传感器，设置于所述电池模组的电极的第二侧，所述第二侧与所述第一侧基于所述电池模组的电极的轴线相对，用于测量所述电池模组的电极周围的第二磁场强度以发射第二光信号；第一光电探测器，设置于所述第一量子传感器的发光侧，用于接收所述第一光信号并输出对应的第一电信号；第二光电探测器，设置于所述第二量子传感器的发光侧，用于接收所述第二光信号并输出对应的第二电信号；处理单元，与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接，用于基于所述第一电信号和所述第二电信号消除噪声信号得到目标电信号，基于所述目标电信号估计所述电池模组的电量。这样，通过设置在电池模组的电极例如电动汽车母线两侧的两个量子传感器来检测电池的电信号，再消除两个量子传感器检测到的共同噪声信号，只保留了实际信号即目标电信号，从而可在噪声环境中检测到弱电流信号，也即弱电流信号的检测精度提高，从而使得据此对电池电量的估计结果比较准确。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例电池模组电量估计装置示意图；

图2为本公开另一实施例电池模组电量估计装置示意图；

图3为本公开施例中的基体的结构的示意图；

图4为本公开施例中的电子设备的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

应当理解，在下文中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

图1为本公开实施例的电池模组电量估计装置示意图，该电池模组电量估计装置包括：第一量子传感器101，设置于电池模组的电极的第一侧，用于测量所述电池模组的电极周围的第一磁场强度以发射第一光信号；第二量子传感器102，设置于所述电池模组的电极的第二侧，所述第二侧与所述第一侧基于所述电池模组的电极的轴线相对，用于测量所述电池模组的电极周围的第二磁场强度以发射第二光信号；第一光电探测器103，设置于所述第一量子传感器101的发光侧，用于接收所述第一光信号并输出对应的第一电信号；第二光电探测器104，设置于所述第二量子传感器102的发光侧，用于接收所述第二光信号并输出对应的第二电信号；处理单元105，与所述第一光电探测器103和所述第二光电探测器104电连接，用于基于所述第一电信号和所述第二电信号消除噪声信号得到目标电信号，基于所述目标电信号估计所述电池模组的电量。

示例性的，电池模组的电极可以是正极也可以是负极，以电动车为例，通常指的是电动车母线即动力电池输出的正极或者负极导线。第一量子传感器101和第二量子传感器102可以是但不限于含有NV色心的金刚石，其在电池模组的电极周围的磁场的作用下受到激光脉冲(图未示)的激发产生光信号如荧光信号。激光发生器可以产生该激光脉冲，激光发生器可与处理单元105连接，由处理单元105控制工作。处理单元105可以是单独的处理器，在例如电动汽车中处理单元105也可以是集成于整车控制器的一个功能单元，对此不作限制。第一和第二光电探测器可以是但不限于光电二极管。

本实施例中的上述方案，通过设置在电池模组的电极如电动汽车母线两侧的两个量子传感器来检测电池的电信号，再消除两个量子传感器检测到的共同噪声信号，只保留了实际信号即目标电信号，从而可在噪声环境中检测到弱电流如10毫安的小电流信号，也即微弱电流信号的检测精度提高，从而使得据此对电池电量的估计结果比较准确。

在一个实施例中，如图3所示，电池模组电量估计装置还包括基体300，其上设有第一开口301和第二开口302，所述第一量子传感器101设置于所述第一开口301处(图未示)，所述第二量子传感器102设置于所述第二开口302处(图未示)。所述基体300中还设有与所述第一开口301连通的第一光通道303，以及与所述第二开口302连通的第二光通道304，所述第一光电探测器103设置于所述第一光通道303(图未示)，所述第二光电探测器104设置于所述第二光通道304(图未示)。所述基体300上还设有容纳槽(图未示)，所述处理单元105可以设置于所述容纳槽中。通过该特定结构的基体可以方便集成设置该电池模组电量估计装置。

在上述实施例的基础上，于一个实施例中，所述基体300可以包括U形部(图未示)，所述第一开口301和所述第二开口302设置于所述U形部的相对的两侧(图未示)。如此设置可以方便测量，第一开口301处的第一量子传感器101和第二开口302处的第二量子传感器102即可位于U形部的相对的两侧，测量时将电池模组的电极置于U形部中间即可，使得测量操作简单方便。

在一实施例中，上述激光发生器也可以是设置于基体300上，通过对基体300的形状的设置(图未示)，可以使激光发生器的光路与第一量子传感器101和第二量子传感器102的所在位置点匹配，这是本领域技术人员可以灵活做出的改进，对此不再赘述。

在上述实施例的基础上，在一个实施例中，所述第一量子传感器101密封设置于所述第一开口301处，所述第二量子传感器102密封设置于所述第二开口302处。第一量子传感器101和第二量子传感器102例如通过密封胶密封粘接于第一开口301处和第二开口302处，但也不限于此。第一开口301和第二开口302的大小与第一量子传感器101和第二量子传感器102的大小适配，以使得密封效果良好。

在一个实施例中，所述基体300上还可以设有安装件(图未示)，通过安装件用于将所述基体300安装于电动车的电池模组的电极旁。示例性的，安装件可以是螺钉以及位于电动车上对应的螺孔，但也不限于此，安装件也可以是铆接件，螺母螺栓等，具体的连接安装方式本领域技术人员可根据情况设置，不作限制。

在一个实施例中，所述处理单元105可以与电动车如电动汽车的整车控制器连接。当然处理单元105也可以是整车控制器的一个功能单元，对此也不作限制，这是本领域技术人员可做出的相应替代方案。

在一个实施例中，如图2所示，电池模组电量估计装置还可包括第一差分放大电路201和第二差分放大电路202，其中，第一差分放大电路201与所述第一光电探测器103的输出端电连接，用于放大所述第一电信号得到第三电信号，第二差分放大电路202与所述第二光电探测器104的输出端电连接，用于放大所述第二电信号得到第四电信号。所述处理单元105与所述第一差分放大电路201的输出端以及所述第二差分放大电路202的输出端电连接，用于基于所述第三电信号和所述第四电信号消除噪声信号得到所述目标电信号，基于所述目标电信号估计所述电池模组的电量。

在一个实施例中，所述处理单元105，具体用于对所述第三电信号和所述第四电信号分别进行傅里叶变换，得到所述第三电信号对应的第一频谱，以及所述第四电信号对应的第二频谱，分析对比所述第一频谱和所述第二频谱确定噪声信号的频谱，将所述第一频谱或者所述第二频谱中的噪声信号的频谱删除，得到目标频谱，对所述目标频谱进行傅里叶逆变换，得到所述目标电信号。

示例性的，分析对比所述第一频谱和所述第二频谱确定噪声信号的频谱，具体可以是：分析对比第一频谱和第二频谱中的异常频谱值如小于第一预设频谱值的频谱值，或者大于第二预设频谱值的频谱值，其中第一预设频谱值和第二预设频谱值可根据具体情况设置。

本实施例中，通放大原始的第一电信号和第二电信号得到第三电信号和第四电信号，再基于第三电信号和第四电信号分别进行傅里叶变换从而去除噪声信号的频谱，如此通过放大信号再处理的方式可以较准确地去除噪声信号，从而提高微弱电流信号的检测精度，从而使得对电池电量的估计结果的准确性进一步提高。

在一个实施例中，所述目标电信号包括所述电池模组的电压信号，所述处理单元，具体用于基于所述电压信号确定所述电池模组的电流信号，基于所述电流信号估计所述电池模组的电量。

示例性的，电池模组的内阻R0通常是固定的，得到目标电信号如所述电池模组的电压信号U即可确定电池模组的电流信号I＝U/R0，然后即可基于所述电流信号估计所述电池模组的电量。

在电动汽车中，目前相关技术中的传感器难以测量电池模组的毫安级别的微弱电流信号，导致在估计电池模组的电量时约有15％的误差，这意味着电动汽车的续航里程实际可延长15％。

在本公开实施例的一个具体示例方案中，该实施方案可准确跟踪电池-50安到120安的充放电电流，且电池电量估计精度在1％以内，显著提高了电池的电流信号的检测精度提高，从而使得对电池电量的估计结果的准确性大为提高。

本公开实施例还可以提供一种电动车，包括上述任一实施例所述的电池模组电量估计装置。

本实施例中的上述电动车，通过设置在电池模组的电极如电动汽车母线两侧的两个量子传感器来检测电池的电信号，再消除两个量子传感器检测到的共同噪声信号，只保留了实际信号即目标电信号，从而可在噪声环境中检测到弱电流如10毫安的小电流信号，也即微弱电流信号的检测精度提高，从而使得据此对电池电量的估计结果比较准确。

关于上述实施例中的电动车，其中的电池模组电量估计装置的具体方式已经在上述各实施例中进行了对应的详细描述，此处将不做详细阐述说明。可以理解的是，该电池模组电量估计装置的应用并不限于电动车，其它使用电池模组的电子设备也可以应用，本实施例中对此不作限制。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现木公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本公开实施例还提供一种整车控制器，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机程序。其中，所述处理器配置为经由执行所述计算机程序来执行以下步骤：

获取上述第一电信号和第二电信号；

基于所述第一电信号和所述第二电信号消除噪声信号得到目标电信号；

基于所述目标电信号估计所述电池模组的电量。

可选的，在一个实施例中，所述处理器配置为经由执行所述计算机程序来还执行以下步骤：

获取上述第三电信号和所述第四电信号；

基于所述第三电信号和所述第四电信号消除噪声信号得到所述目标电信号，基于所述目标电信号估计所述电池模组的电量。

在一个实施例中，所述处理器配置为经由执行所述计算机程序来还执行以下步骤：对所述第三电信号和所述第四电信号分别进行傅里叶变换，得到所述第三电信号对应的第一频谱，以及所述第四电信号对应的第二频谱，分析对比所述第一频谱和所述第二频谱确定噪声信号的频谱，将所述第一频谱或者所述第二频谱中的噪声信号的频谱删除，得到目标频谱，对所述目标频谱进行傅里叶逆变换，得到所述目标电信号。

在一个实施例中，所述目标电信号包括所述电池模组的电压信号，所述处理器配置为经由执行所述计算机程序来还执行以下步骤：基于所述电压信号确定所述电池模组的电流信号，基于所述电流信号估计所述电池模组的电量。

下面参照图4来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备600。图4显示的电子设备600仅仅是整车控制器或者车辆控制器的一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同系统组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。

其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元610执行，使得所述处理单元610执行本说明书上述方法实施例部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，所述处理单元610可以执行上述实施例所示方法的步骤。

所述存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。

所述存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的上述各实施例的方法步骤。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电池模组电量估计装置，其特征在于，包括：

第一量子传感器，设置于电池模组的电极的第一侧，用于测量所述电池模组的电极周围的第一磁场强度以发射第一光信号；其中所述电池模组的电极是电动汽车母线；

第二量子传感器，设置于所述电池模组的电极的第二侧，所述第二侧与所述第一侧基于所述电池模组的电极的轴线相对，用于测量所述电池模组的电极周围的第二磁场强度以发射第二光信号；

第一光电探测器，设置于所述第一量子传感器的发光侧，用于接收所述第一光信号并输出对应的第一电信号；

第二光电探测器，设置于所述第二量子传感器的发光侧，用于接收所述第二光信号并输出对应的第二电信号；

处理单元，与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接，用于基于所述第一电信号和所述第二电信号消除噪声信号得到目标电信号，基于所述目标电信号估计所述电池模组的电量；

该装置还包括：基体，其上设有第一开口和第二开口，所述第一量子传感器设置于所述第一开口处，所述第二量子传感器设置于所述第二开口处；

所述基体中还设有与所述第一开口连通的第一光通道，以及与所述第二开口连通的第二光通道，所述第一光电探测器设置于所述第一光通道，所述第二光电探测器设置于所述第二光通道；

所述基体上还设有容纳槽，所述处理单元设置于所述容纳槽中。

2.根据权利要求1所述的电池模组电量估计装置，其特征在于，所述基体包括U形部，所述第一开口和所述第二开口设置于所述U形部的相对的两侧。

3.根据权利要求1所述的电池模组电量估计装置，其特征在于，所述第一量子传感器密封设置于所述第一开口处，所述第二量子传感器密封设置于所述第二开口处。

4.根据权利要求1所述的电池模组电量估计装置，其特征在于，所述基体上还设有安装件，通过安装件将所述基体安装于电动汽车的电池模组的电极旁。

5.根据权利要求1所述的电池模组电量估计装置，其特征在于，所述处理单元与电动汽车的整车控制器连接。

6.根据权利要求1～5任一项所述的电池模组电量估计装置，其特征在于，还包括：

第一差分放大电路，与所述第一光电探测器的输端电连接，用于放大所述第一电信号得到第三电信号；

第二差分放大电路，与所述第二光电探测器的输出端电连接，用于放大所述第二电信号得到第四电信号；

所述处理单元，与所述第一差分放大电路的输出端以及所述第二差分放大电路的输出端电连接，用于基于所述第三电信号和所述第四电信号消除噪声信号得到所述目标电信号，基于所述目标电信号估计所述电池模组的电量。

7.根据权利要求6所述的电池模组电量估计装置，其特征在于，所述处理单元，具体用于对所述第三电信号和所述第四电信号分别进行傅里叶变换，得到所述第三电信号对应的第一频谱，以及所述第四电信号对应的第二频谱，分析对比所述第一频谱和所述第二频谱确定噪声信号的频谱，将所述第一频谱或者所述第二频谱中的噪声信号的频谱删除，得到目标频谱，对所述目标频谱进行傅里叶逆变换，得到所述目标电信号。

8.根据权利要求6所述的电池模组电量估计装置，其特征在于，所述目标电信号包括所述电池模组的电压信号，所述处理单元，具体用于基于所述电压信号确定所述电池模组的电流信号，基于所述电流信号估计所述电池模组的电量。