CN103594753A - 一种锂离子动力电池多点温控保护方法及装置 - Google Patents

一种锂离子动力电池多点温控保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种锂离子动力电池多点温控保护方法，所述锂离子动力电池上贴装有多个用于检测测量点温度的热敏电阻，所述热敏电阻连接有固定电阻，所述保护方法包括如下步骤：采集当前各测量点的热敏电阻的值；依据所述热敏电阻的值得到各测量点的温度值；将各测量点的温度值进行比较，并依据比较结果采取相应的处理措施。本发明还涉及一种实现上述保护方法的装置。实施本发明的锂离子动力电池多点温控保护方法及装置，具有以下有益效果：能及时保护电池、延长电池使用寿命、减慢电池容量衰减、能及时体现电池实际温度。

Description

一种锂离子动力电池多点温控保护方法及装置
技术领域
本发明涉及电池保护领域，特别涉及一种锂离子动力电池多点温控保护方法及装置。
背景技术
目前，在锂离子动力电池的二次保护中，使用到了温度保护。其温度保护采用的是单点温度保护，在常规的锂离子动力电池的使用情况下，基本满足了保护功能。但是由于每节锂离子动力电池的离散性，在放电状态下，每节电池的单独发热温度不一致，使温度探测严重延时，没有能够及时保护电池，从而降低了锂离子动力电池的使用寿命，同时也加快锂离子动力电池的容量衰减。产生温度延迟的主要原因是由于热传递慢造成的，18650型装的锂离子动力电池为圆柱形，将其作为高容量的动力电池是通过串联以及并联来实现的。由于锂离子动力电池的连接都是通过镍带将正负两极踫焊连接，其中末端锂离子动力电池出现高温情况时，还需要通过镍带→单节锂离子动力电池→镍带→单节锂离子动力电池→到温度检测点，若串联的节数越多，通过的导热体就越长，会严重影响温度检测的时效性，使电池实际温度没能得到及时体现。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不能及时保护电池、降低电池使用寿命、加快电池容量衰减、不能及时体现电池实际温度的缺陷，提供一种能及时保护电池、延长电池使用寿命、减慢电池容量衰减、能及时体现电池实际温度的锂离子动力电池多点温控保护方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种锂离子动力电池多点温控保护方法，所述锂离子动力电池上贴装有多个用于检测测量点温度的热敏电阻，所述热敏电阻连接有固定电阻，所述保护方法包括如下步骤：
 A）采集当前各测量点的热敏电阻的值；
 B）依据所述热敏电阻的值得到各测量点的温度值；
 C）将各测量点的温度值进行比较，并依据比较结果采取相应的处理措施。 
在本发明所述的锂离子动力电池多点温控保护方法中，所述步骤B）进一步包括：
B1）分别连续测量设定次数所述测量点位置的热敏电阻和与其连接的固定电阻的分压值，并将所述设定次数的分压值相加得到和值；
B2）将所述和值除以所述设定次数得到平均值；
B3）将所述平均值与设定位数二进制的A/D值的权值相乘得到所述测量点的温度值；
B4）判断所有测量点的温度值是否都已计算完毕，如是，执行步骤C）；否则，返回所述步骤B1）。
在本发明所述的锂离子动力电池多点温控保护方法中，所述步骤C）进一步包括：
C1）将所述各测量点的温度值进行比较，并判断所述各测量点的温度值上升速度之间的最大差异值是否大于设定比例，如是，断定锂离子动力电池内存异常并发出安全预警信号；否则，执行步骤C2）；
C2）判断所述各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第一设定温度值，如是，断定所述锂离子动力电池损坏并进行异常指示；否则，执行步骤C3）；
C3）判断所述各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第二设定温度值，如是，断定所述热敏电阻损坏并进行异常指示；否则，断定所述锂离子动力电池正常。 
在本发明所述的锂离子动力电池多点温控保护方法中，所述第一设定温度值大于所述第二设定温度值。 
本发明还涉及一种实现上述锂离子动力电池多点温控保护方法的装置，所述锂离子动力电池上贴装有多个用于检测测量点温度的热敏电阻，所述热敏电阻连接有固定电阻，所述装置包括：
 采集单元：用于采集当前各测量点的热敏电阻的值；
温度值取得单元：用于依据所述热敏电阻的值得到各测量点的温度值；
 温度值比较单元：用于将各测量点的温度值进行比较，并依据比较结果采取相应的处理措施。 
 在本发明所述的实现上述锂离子动力电池多点温控保护方法的装置中，所述温度值取得单元进一步包括：
相加模块：用于分别连续测量设定次数所述测量点位置的热敏电阻和与其连接的固定电阻的分压值，并将所述设定次数的分压值相加得到和值；
相除模块：用于将所述和值除以所述设定次数得到平均值；
相乘模块：用于将所述平均值与设定位数二进制的A/D值的权值相乘得到所述测量点的温度值；
测量点遍历模块：用于判断所有测量点的温度值是否都已计算完毕，并在未遍历时返回继续进行计算。 
在本发明所述的实现上述锂离子动力电池多点温控保护方法的装置中，所述温度值比较单元进一步包括：
上升速度比较模块：用于将所述各测量点的温度值进行比较，并判断所述各测量点的温度值上升速度之间的最大差异值是否大于设定比例，如是，断定锂离子动力电池内存异常并发出安全预警信号；
第一温度值差异判断模块：用于判断所述各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第一设定温度值，如是，断定所述锂离子动力电池损坏并进行异常指示；
第二温度值差异判断模块：用于判断所述各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第二设定温度值，如是，断定所述热敏电阻损坏并进行异常指示；否则，断定所述锂离子动力电池正常。 
在本发明所述的实现上述锂离子动力电池多点温控保护方法的装置中，所述第一设定温度值大于所述第二设定温度值。
 
实施本发明的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，具有以下有益效果: 由于锂离子动力电池上贴装有多个用于检测测量点温度的热敏电阻，通过实时采集当前各测量点的热敏电阻的值；并依据热敏电阻的值得到各测量点的温度值；然后将各测量点的温度值进行比较，并依据比较结果采取相应的处理措施，所以其能及时保护电池、延长电池使用寿命、减慢电池容量衰减、能及时体现电池实际温度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明锂离子动力电池多点温控保护方法及装置一个实施例中的锂离子动力电池所在的可移动能源存储设备的结构示意图；
图2为所述实施例中多点温控保护的原理图；
图3是所述实施例中锂离子动力电池多点温控保护方法的流程图；
图4是所述实施例中依据热敏电阻的值得到各测量点的温度值的具体流程图；
图5是所述实施例中将各测量点的温度值进行比较的具体流程图；
图6是所述实施例中装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明锂离子动力电池多点温控保护方法及装置实施例中，其锂离子动力电池所在的可移动能源存储设备的结构示意图如图1所示。图1中，该可移动的能源存储设备的结构类似一个小方盒子，内部装有动力强劲的18650型号的柱状锂离子动力电池。圆点部分1属于温度传感器或热敏电阻的放置位置。依据锂离子动力电池的空间大小，可以进行不同点位的设计。
图2是本实施例中多点温控保护的原理图；图2中，锂离子动力电池上贴装有多个用于检测测量点温度的热敏电阻，每个热敏电阻连接有固定电阻，具体来讲，有四个热敏电阻和四个固定电阻，分别为第一热敏电阻RNTC1、第二热敏电阻RNTC2、第三热敏电阻RNTC3、第四热敏电阻RNTC4、第一固定电阻R1、第二固定电阻R2、第三固定电阻R3和第四固定电阻R4，其中，第一热敏电阻RNTC1、第二热敏电阻RNTC2、第三热敏电阻RNTC3和第四热敏电阻RNTC4分别贴装在第一锂离子动力电池、第二锂离子动力电池、第三锂离子动力电池和第四锂离子动力电池上。各个热敏电阻分别与对应的固定电阻连接，同时和MCU连接，通过MCU采集各测量点的温度，收集好各测量点的参数后再应用相应的温度算法进行温度差异计算，计算出各温度点是否一致，差异各多少，差异大是否会造成安全问题。
本实施例中，上述保护方法具体包括如下步骤：
步骤S01 采集当前各测量点的热敏电阻的值：本步骤中，采集当前各测量点的热敏电阻的值。
步骤S02 依据热敏电阻的值得到各测量点的温度值：本步骤中，依据热敏电阻的值，通过运算得到各测量点的温度值。本步骤中，关于具体如何依据热敏电阻的值得到各测量点的温度值，稍后会有详细描述。
步骤S03 将各测量点的温度值进行比较，并依据比较结果采取相应的处理措施：本步骤中，将各测量点的温度值进行比较，并依据比较结果采取相应的处理措施，比如通过做差的方式进行比较。关于将如何具体的将各测量点的温度值进行比较，并依据比较结果采取相应的处理措施，稍后会有详细描述。由于通过实时检测多个测量点的温度，其温度探测不会延时，所以其能及时保护电池、延长电池使用寿命、减慢电池容量衰减、能及时体现电池实际温度。
对于本实施例而言，上述步骤S02还可进一步细化，其细化后的流程图如图4所示。图4中，上述步骤S02进一步包括：
步骤S21分别连续测量设定次数测量点位置的热敏电阻和与其连接的固定电阻的分压值，并将设定次数的分压值相加得到和值：本步骤中，将测量点位置的热敏电阻的值和与其连接的固定电阻的分压值连续测量设定次数，并将设定次数测量的热敏电阻和固定电阻的所有分压值相加得到和值。本实施例中，设定次数为8次，当然，根据具体情况其设定次数的大小可进行相应调整。
步骤S22将和值除以设定次数得到平均值：本步骤中，将上述和值除以设定次数得到平均值，本实施例中，上述和值除以8得到平均值。这样是为了使最后得到的各个测量点的温度值更精确。
步骤S23将平均值与设定位数二进制的A/D值的权值相乘得到测量点的温度值：本步骤中，首先计算出设定位数二进制的A/D值，然后将平均值与设定位数二进制的A/D值的权值相乘得到测量点的温度值。本实施例中，设定位数为十位，也就是计算十位A/D值的权值，在二进制中，最高位数的数值为权值，如：十位二进制数值的最高数值为2的十次方即1024。如果用公式来描述上述步骤S21-步骤S23的运算过程，也即单个测量点的温度值计算过程，该公式可表达为：Rntc/(Rr+Rntc)*1024=CLx(ad)；其中，Rntc为RNTC的电阻值；Rr为固定电阻的电阻值；CLx(ad)为测量点的温度值。
步骤S24 判断所有测量点的温度值是否都已计算完毕：本步骤中，判断所有测量点的温度值是否都已计算完毕，如果判断的结果为是，则执行步骤S03；否则，返回步骤S21。
对于本实施例而言，上述步骤S03还可进一步细化，其细化后的流程图如图5所示。图5中，上述步骤S03进一步包括：
步骤S31将各测量点的温度值进行比较，并判断各测量点的温度值上升速度之间的最大差异值是否大于设定比例：为了得到各个测量点的最稳定的温度值，本实施例中，各测量点的温度值要经过设定次数加权平均，本实施例中的设定次数为8次，具体就是MCU进行温度采集时通过先进先出的滤波方式，进行8次A/D加权平均，得到最稳定的温度值。8次A/D加权平均就是把原始数据按照合理的比例来计算，8个数中，x1, x2，…x8分别出现8次，那么(x1, x2，…x8)/8 叫做x1，x2，…，xk的加权平均。本步骤中，将各测量点的温度值进行比较，并判断各测量点的温度值上升速度之间的最大差异值是否大于设定比例，本实施例中，设定比例为20%，当然，设定比例的大小根据实际情况可进行相应调整。本步骤中，如果判断的结果为是，也即单位时间内各个测量点的温度上升速度最大差异值大于20%，则执行步骤S32；否则，执行步骤S33。
步骤S32 断定锂离子动力电池内存异常并发出安全预警信号：如果上述步骤S31的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，断定锂离子动力电池内存异常并发出安全预警信号。
步骤S33 判断各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第一设定温度值：如果上述步骤S31的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，判断各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第一设定温度值，本实施例中，第一设定温度值为30℃，当然，第一设定温度值的大小根据实际情况可进行调整。本步骤中，如果判断的结果为是，即各测量点之间最大温度差异大于30℃，执行步骤S34；否则，执行步骤S35。
步骤S34断定锂离子动力电池损坏并进行异常指示：如果上述步骤S33的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，断定锂离子动力电池损坏并进行异常指示，也即表明有锂离子动力电池损坏，并通过让指示灯发光来表示电池异常信号。
步骤S35判断各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第二设定温度值：如果上述步骤S33的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，判断各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第二设定温度值，本实施例中，第一设定温度值大于第二设定温度值，第二设定温度值为10℃，当然，第二设定温度值的大小根据实际情况可进行调整。本步骤中，如果判断的结果为是，即常温下，各测量点之间最大温度差异大于10℃，执行步骤S36；否则，执行步骤S37。
步骤S36断定热敏电阻损坏并进行异常指示：如果上述步骤S35的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，断定热敏电阻损坏并进行异常指示，也即 NTC电阻（RNTC）异常，并通过让指示灯发光来表示锂离子动力电池异常信号。
步骤S37断定锂离子动力电池正常：如果上述步骤S35的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，断定锂离子动力电池正常。
本实施例还涉及一种实现上述锂离子动力电池多点温控保护方法的装置，上述锂离子动力电池上贴装有多个用于检测测量点温度的热敏电阻，热敏电阻连接有固定电阻，该装置包括采集单元1、温度值取得单元2和温度值比较单元3；其中，采集单元1用于采集当前各测量点的热敏电阻的值；温度值取得单元2用于依据热敏电阻的值得到各测量点的温度值；温度值比较单元3用于将各测量点的温度值进行比较，并依据比较结果采取相应的处理措施。由于通过实时检测多个测量点的温度，其温度探测不会延时，所以其能及时保护电池、延长电池使用寿命、减慢电池容量衰减、能及时体现电池实际温度。
本实施例中，温度值取得单元2进一步包括相加模块21、相除模块22、相乘模块23和测量点遍历模块24；其中，相加模块21用于分别连续测量设定次数测量点位置的热敏电阻和与其连接的固定电阻的分压值，并将设定次数的分压值相加得到和值；相除模块22用于将和值除以设定次数得到平均值；相乘模块23用于将平均值与设定位数二进制的A/D值的权值相乘得到测量点的温度值；测量点遍历模块24用于判断所有测量点的温度值是否都已计算完毕，并在未遍历时返回继续进行计算。值得一提的是，本实施例中，上述设定次数为8次，当然，根据具体情况，其设定次数的大小可进行相应调整。
本实施例中，温度值比较单元3进一步包括上升速度比较模块31、第一温度值差异判断模块32和第二温度值差异判断模块33；其中，上升速度比较模块31用于将各测量点的温度值进行比较，并判断各测量点的温度值上升速度之间的最大差异值是否大于设定比例，如是，断定锂离子动力电池内存异常并发出安全预警信号；第一温度值差异判断模块32用于判断各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第一设定温度值，如是，断定锂离子动力电池损坏并进行异常指示；第二温度值差异判断模块33用于判断各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第二设定温度值，如是，断定热敏电阻损坏并进行异常指示；否则，断定锂离子动力电池正常。值得一提的是，本实施例中，第一设定温度值大于第二设定温度值。第一设定温度值为30℃，第二设定温度值为10℃，当然，第一设定温度值和第二设定温度值可根据实际情况进行相应调整。
总之，在本实施例中，锂离子动力电池多点温控保护是一项用于锂离子动力电池保护的新型温度探测技术，其优点在于多点温度控制，反馈信号及时性、数据量多且便于数据分析，然后通过MCU进行预先预防并告知用户，使锂离子动力电池更安全更可靠。通过新型预判断算法，进行软件嵌入，其更加灵活。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子动力电池多点温控保护方法，其特征在于，所述锂离子动力电池上贴装有多个用于检测测量点温度的热敏电阻，所述热敏电阻连接有固定电阻，所述保护方法包括如下步骤：
 A）采集当前各测量点的热敏电阻的值；
 B）依据所述热敏电阻的值得到各测量点的温度值；
 C）将各测量点的温度值进行比较，并依据比较结果采取相应的处理措施。
2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池多点温控保护方法，其特征在于， 所述步骤B）进一步包括：
B1）分别连续测量设定次数所述测量点位置的热敏电阻和与其连接的固定电阻的分压值，并将所述设定次数的分压值相加得到和值；
B2）将所述和值除以所述设定次数得到平均值；
B3）将所述平均值与设定位数二进制的A/D值的权值相乘得到所述测量点的温度值；
B4）判断所有测量点的温度值是否都已计算完毕，如是，执行步骤C）；否则，返回所述步骤B1）。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子动力电池多点温控保护方法，其特征在于， 所述步骤C）进一步包括：
C1）将所述各测量点的温度值进行比较，并判断所述各测量点的温度值上升速度之间的最大差异值是否大于设定比例，如是，断定锂离子动力电池内存异常并发出安全预警信号；否则，执行步骤C2）；
C2）判断所述各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第一设定温度值，如是，断定所述锂离子动力电池损坏并进行异常指示；否则，执行步骤C3）；
C3）判断所述各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第二设定温度值，如是，断定所述热敏电阻损坏并进行异常指示；否则，断定所述锂离子动力电池正常。
4.根据权利要求3所述的锂离子动力电池多点温控保护方法，其特征在于，所述第一设定温度值大于所述第二设定温度值。
5.一种实现如权利要求1所述的锂离子动力电池多点温控保护方法的装置，其特征在于，所述锂离子动力电池上贴装有多个用于检测测量点温度的热敏电阻，所述热敏电阻连接有固定电阻，所述装置包括：
 采集单元：用于采集当前各测量点的热敏电阻的值；
温度值取得单元：用于依据所述热敏电阻的值得到各测量点的温度值；
 温度值比较单元：用于将各测量点的温度值进行比较，并依据比较结果采取相应的处理措施。
6.根据权利要求5所述的实现上述锂离子动力电池多点温控保护方法的装置，其特征在于，所述温度值取得单元进一步包括：
相加模块：用于分别连续测量设定次数所述测量点位置的热敏电阻和与其连接的固定电阻的分压值，并将所述设定次数的分压值相加得到和值；
相除模块：用于将所述和值除以所述设定次数得到平均值；
相乘模块：用于将所述平均值与设定位数二进制的A/D值的权值相乘得到所述测量点的温度值；
测量点遍历模块：用于判断所有测量点的温度值是否都已计算完毕，并在未遍历时返回继续进行计算。
7.根据权利要求6所述的实现上述锂离子动力电池多点温控保护方法的装置，其特征在于，所述温度值比较单元进一步包括：
上升速度比较模块：用于将所述各测量点的温度值进行比较，并判断所述各测量点的温度值上升速度之间的最大差异值是否大于设定比例，如是，断定锂离子动力电池内存异常并发出安全预警信号；
第一温度值差异判断模块：用于判断所述各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第一设定温度值，如是，断定所述锂离子动力电池损坏并进行异常指示；
第二温度值差异判断模块：用于判断所述各测量点的温度值之间的最大差异值是否大于第二设定温度值，如是，断定所述热敏电阻损坏并进行异常指示；否则，断定所述锂离子动力电池正常。
8.根据权利要求7所述的实现上述锂离子动力电池多点温控保护方法的装置，其特征在于，所述第一设定温度值大于所述第二设定温度值。
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