[发明专利]具有传感器的电池

说明书

本发明涉及包括电极材料(102a)、电解质材料(104)、电池充电传感器(106、206、306)的电池(100)，电池充电传感器包括具有在电池(100、200、401)内的感测体积(110、210、310)并在使用电磁辐射来照射时根据电池(100、200、401)的充电状态展示局域表面等离子体共振条件的等离子体感测元件(108、208、308)。进一步提供了用于确定电池的充电状态的系统和方法。

发明领域

本发明涉及包括电池充电传感器的电池。进一步提供了用于确定电池的充电状态的系统和方法。

发明背景

用于提供电的电池具有范围从消费者产品到如电动汽车的车辆、到例如结合太阳能电的电的大规模存储的广泛的应用。随着清洁能源和能量的清洁器使用的发展，电池的需要和使用对于静止和移动应用不断地增加，且电池领域以激烈的研究与发展为特征。

电池概括说来具有可再充电电池和不可再充电电池的两种类型。特别地但不是排他地，对于前一种电池，充电状态是在使用、存储和充电期间的特别重要的特性。电池的充电过程的细节很重要，因为它们可影响电池的操作及其寿命。在电池的使用期间控制并知道电池的充电状态的需要显然非常大，电池的充电状态又确定可从电池提取多少剩余的电力。例子是关于电动车辆的剩余驾驶距离和在例如重症监护室中在电力故障期间提供备用电力的电池的剩余操作时间的信息。

例如，当电池被完全充电时，电动汽车配备有针对某个驾驶范围的电池。在驾驶期间，驾驶员需要知道剩余驾驶距离是多长以及汽车是否可到达最终目的地或下一充电站。在电池的充电期间，人们可能想要知道电池何时被足够充电到用于某个驾驶距离。例如，出于不同的目的，如最短可能的充电时间或可选地优化电池的寿命的较平缓的充电，充电过程可能被改变并被优化。

由于上述原因，能够确定充电状态和/或控制充电过程和/或确定电池的质量是高度合乎需要的。

通常从直接测量变量估计电池的充电状态。在所谓的离线技术(例如库仑计数)中，电池以不变的速率被充电和放电，这提供电池的充电状态的估计，但这种技术是拖延的、昂贵的，并中断电池性能。因此，作出努力来找到所谓的在线技术来用于测量电池的充电状态。通常，存在用于确定电池的充电状态的几种方法，其可例如使用基于化学、电压、电流或压力的技术。

对电池的另一忧虑是安全方面。如果在使用期间的电力输出或在充电期间的充电电流太高，则可导致在电池中的太高温度，这又对电池或在其它情况下对某些电池类型可能是破坏性的，甚至导致火灾或爆炸。这产生对电池的温度控制的需要。

US 2014/0230783 A1公开了一种系统，其利用布置在电化学能量设备的部分内或其上的光学传感器来测量操作参数，例如机械应变和/或在充电/再充电循环期间的温度。

US 2014/0092375 A1公开了包括布置在能量存储设备的部分内或其上的一个或多个光纤电缆的监控和管理系统MMS。每个光纤电缆包括多个光学传感器。至少一个光学传感器配置成感测能量存储设备的参数，其不同于由多个光学传感器中的至少另一光学传感器感测的能量存储设备的参数。MMS包括配置成将光提供到一个或多个光纤电缆的光源和配置成检测由光学传感器反射的光的检测器。检测器基于反射光来产生电信号。处理器耦合成接收电信号，以分析电信号并基于电信号的分析来确定能量存储设备的状态。

然而，存在对用于确定充电状态和/或电池的温度和/或老化的更有效和可靠的方法的需要。

发明概述

本发明的目的是提供具有允许电池的充电状态被确定的电池充电传感器的电池。

根据本发明的第一方面，提供了一种电池。电池包括电极材料、电解质材料、电池充电传感器，电池充电传感器包括等离子体感测元件，该等离子体感测元件具有在电池内的感测体积并在使用电磁辐射来照射时展示取决于电池的充电状态的局域表面等离子体共振条件。