CN105222923B

CN105222923B - 一种电池组各点温度检测方法

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Publication number: CN105222923B
Application number: CN201510645015.8A
Authority: CN
Inventors: 刘建鹏; 曹亚; 韩海伦; 常志国; 乔海强; 尹强; 宋海飞; 王锐; 王聪慧; 邓思维; 吴效威; 魏艳妍; 龚艳苹
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; State Grid Beijing Electric Power Co Ltd; Xuji Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; State Grid Beijing Electric Power Co Ltd; Xuji Power Co Ltd
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2035-10-08
Also published as: CN105222923A

Abstract

本发明涉及一种电池组各点温度检测方法，该电池组的形状为长方体，包括如下步骤：(1)、在电池组上的某一个表面上设置有一个温度检测点；(2)、根据设置的温度检测点，建立该表面的温度模型；(3)、建立整个电池组的温度模型；(4)、在对电池组各点温度进行检测时，将温度检测点的温度信息代入到整个电池组的温度模型中，即可得出电池组各点的温度。该方法过程简单，在建立好温度模型后，只需一个温度检测点处的温度信息即可得出整个电池组的各个点的温度值，没有过多的计算，也没有过多的参数。

Description

一种电池组各点温度检测方法

技术领域

本发明涉及一种电池组各点温度检测方法。

背景技术

随着社会的发展，可循环充放电的充电电池的应用越来越广泛。在实际应用中，为了达到一定的电压、功率和能量等级，同时为了适应负载的要求，经常需要将数十甚至数百只单体电池通过串联或并联组装在一起使用，形成一个电池组，以满足高电压高容量的需求。一般情况下，为了电池组放置的方便，通常将单体电池堆积成一个长方体，形成一个长方体形状的电池组。

理论要求这些单体电池的内阻、容量等参数要尽量一致，从而能使电池释放出的功率最大。但因为生产条件、制造环境、材料特性、工艺水平、设备影响等使得对于同一批次的电池参数如单体额定容量、单体开路电压、单体充电电压平台、单体放电电压平台、单体内阻、单体的几何特性等都有差异。由于电池组中的某个电池在发生偏差时，会造成如内部短路、大电流放电和过充电等情况，就会产生大量的热，导致电池组内部温度升高。当电池组内部温度达到内部电解液分解反应条件时，电解液就会在密封电池壳内产生较大的气压，一旦这种气压大到足以冲破电池的外壳，就会发生破裂，甚至导致燃烧或者爆炸。目前并没有一种有效的检测电池组各个点温度的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池组各点温度检测方法，能够准确地检测电池组各个点处的温度。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种电池组各点温度检测方法，该电池组的形状为长方体，包括如下步骤：

(1)、在电池组上选取某一个表面为第一参考面，该第一参考面上设置有第一温度检测点；

(2)、根据设置的第一温度检测点，建立该第一参考面的温度模型，为：

对于该第一参考面上的除所述第一温度检测点之外的任意一个点，该点的温度的计算公式为其中，Tx为该第一温度检测点的温度，a为该任意一个点与该第一温度检测点的距离，λ为单体电池所含材料的导热系数，α为该任意一个点与第一温度检测点之间的连线与水平方向的夹角；

(3)、建立半个电池组的温度模型，为：

对电池组做若干个切面，所述切面均与所述第一参考面平行、且所述切面与第一参考面之间的距离均小于或者等于H/2，其中对于某一个切面上的某一个点，该某一个点的温度的计算公式为Q′＝Q+h×λ，其中，从该某一个点向所述第一参考面作垂线，该垂线与所述第一参考面的交点与该某一个点之间的距离为h；Q为该交点的温度；H为第一参考面与其在电池组上的对立面之间的距离；

(4)、最终完成整个电池组的温度模型；

(5)、在对电池组各点温度进行检测时，将所述温度检测点的温度信息代入到所述整个电池组的温度模型中，即可得出电池组各点的温度。

所述步骤(4)具体为：

首先，建立另半个电池组的温度模型，为：

对电池组再做若干个切面，再做的切面均与所述第一参考面平行、且与第一参考面之间的距离均大于H/2，其中对于所述再做的切面中的某一个切面上的某一个点，其温度的计算公式为Q″＝Q+(H-h′)×λ，其中，从所述再做的切面中的某一个切面上的某一个点向第一参考面作垂线，该垂线与所述第一参考面的交点与该某一个点之间的距离为h′；Q为该交点的温度；

然后，所述半个电池组的温度模型与所述另半个电池组的温度模型构成所述整个电池组的温度模型。

所述步骤(4)具体为：

首先，设置第二参考面，该第二参考面与所述第一参考面构成一对对立面，第二参考面上设置有第二温度检测点；

然后，根据所述第二参考面和第二温度检测点建立另半个电池组的温度模型，建立方法与所述步骤(3)相同；

最后，所述半个电池组的温度模型与所述另半个电池组的温度模型构成所述整个电池组的温度模型。

在所述步骤(4)和步骤(5)之间还有一个步骤，为：

首先，在电池组上再选取两个不同于所述第一参考面和第二参考面的、且构成一对对立面的表面，为第三参考面和第四参考面，第三参考面和第四参考面上各自设置有一个温度检测点；

然后，根据第三参考面和第四参考面，并按照所述步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)，建立另一个整个电池组的温度模型；

最后，对于电池组的某一个点，其温度为所述整个电池组的温度模型中的该点的温度与所述另一个整个电池组的温度模型中的该点的温度的平均值。

所述步骤(2)具体为：

1)、在所述第一参考面上，以第一温度检测点作为起点，选取第一方向作为初始方向，然后在该第一方向上每隔一定距离选择一个点，直至到达第一参考面的边界，各个选取点处的温度采用以下计算公式进行计算：

其中，Tx为第一温度检测点的温度，Δd为设定的所述一定距离，n表示设定的一定距离的个数，θ为该选取的第一方向与水平方向的夹角；

2)、以第一温度检测点作为起点，从第一方向开始，沿着顺时针方向选取第二方向，该第二方向与所述第一方向相差Δθ，然后在该第二方向上的处理方式以及计算与步骤1)中的相同；

3)、以第一温度检测点作为起点，从第二方向开始，沿着顺时针方向选取第三方向，该第三方向与第二方向相差Δθ，然后在该第三方向上的处理方式以及计算与步骤1)中的相同；

直至θ+nΔθ≤360–Δθ时，完成第一参考面的温度模型的建立。

所述切面等间隔选取。

所述第一参考面和第二参考面是该电池组的所有表面中面积最大的表面。

所有的温度检测点均设置在对应面上的中心点处。

电池组的除去第一参考面的其余表面中，有至少四个表面上均还设有一个温度检测点。

本发明提供的电池组各点温度检测方法中，在电池组上某一个表面上设置有温度检测点；然后根据设置的温度检测点，以及电池组结构尺寸和单体电池所含材料的导热系数建立一个温度模型；在进行各个点的温度检测时，实时采集温度检测点处的实际温度，然后根据该温度模型，能够得出电池组各个点的温度。

该方法过程简单，在建立好温度模型后，只需一个温度检测点处的温度信息即可得出整个电池组的各个点的温度值，没有过多的计算，也没有过多的参数。

附图说明

图1是电池组中的温度检测点的分布示意图；

图2是温度三维模型中的建立参数示意图；

图3是该电池组各点温度检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，该电池组内的所有的单体电池堆积成一个长方体，其外部紧贴有一个电池箱，所以，该电池箱的表面上的温度即为该电池组外表面的温度。在电池组的六个外表面中，选取五个表面，分别是前表面、后表面、左表面、右表面和上表面，在这五个表面中的每个表面上的中心点处均设置有一个温度检测点，针对图1中的方位，其中，前表面对应的温度检测点为温度采样点3，后表面对应的温度检测点为温度采样点1，左表面对应的温度检测点为温度采样点2，右表面对应的温度检测点为温度采样点4，上表面对应的温度检测点为温度采样点5。

然后，根据设置的五个温度检测点，以及电池组结构尺寸和单体电池所含材料的导热系数建立一个温度三维模型。也就是说，该温度模型涉及的参数总体有三个，分别是温度检测点、电池组结构尺寸和单体电池所含材料的导热系数λ，如图2所示，其中电池组结构尺寸包括电池组的长、宽、高尺寸信息。另外，该电池组可以看作一个三维、常物性、有内热源的非稳态导热模型。

在进行电池组的各个点的温度检测时，实时采集五个温度检测点的实际温度，然后根据建立的三维模型，得出电池组各个点的温度。

该模型中包含了电池组的各个点的温度的关系式，每个关系式均该模型中的三个参数构成，即由温度检测点、电池组结构尺寸和单体电池所含材料的导热系数构成。其中，单体电池所含材料导热系数λ以及电池组(即电池箱)结构尺寸Sz已为模型的已知参数，只要得出采样点的温度信息即可根据计算式得出各个点的温度值。也可以这样说，该模型相当于一个数据库，库中有电池组各个点的温度关系式。在之后的各个点的温度检测中，检测设定好的五个温度采样点的温度，然后代入到该数据库中的各个点的温度关系式中，即可求出各个点的温度值。图3为电池组各点温度检测方法的流程图。

以下对于温度模型的建立进行具体说明：

首先，建立表面温度模型，步骤为：

1)针对设置有温度检测点的五个表面中的前表面，在该前表面上，以该前表面对应的温度采样点3作为起点，选取一个方向作为初始方向，相当于以该采样点为起点和该选取的方向作的一个射线；然后在该射线上每隔一定距离Δd选择一个点，直至到达前表面的边界，各个选取点处的温度均采用以下计算公式进行计算：

其中，Tx为温度采样点3处的温度，Δd为设定的一定距离，n表示设定的一定距离的个数，θ为选取的方向与水平方向的夹角。

具体来说，首先选取第一个点，该点距离采样点3的距离为Δd，与水平方向的夹角为θ，所以，可以认为该点的偏移量为(θ，Δd)，根据上述公式得出该点的温度与采样点3处的温度Tx的关系，其中，n为1，然后将该关系记录到数据库中；然后，在该方向上、且沿着采样点3向外发射的方向再次选取一个点，该点与第一次选取的点的距离同样为Δd，即该点与温度采样点3的距离为2Δd，所以，可以认为该点的偏移量为(θ，2Δd)，根据上述公式得出该点的温度与采样点3处的温度Tx的关系，其中，n为2，然后将该关系记录到数据库中；以此类推，以这样Δd递增的方式计算偏移量为(θ，nΔd)的选取点的温度与采样点3的温度关系，直到nΔd处的选取点到达电池组的边界，或者与电池边界的距离小于Δd，不足以再次选取一个点。这里的电池组边界指的是电池组前表面的四个边，其他表面类同。

2)、在前表面上，从第一次选取的方向开始，沿着顺时针方向选取第二个方向，该方向与第一次选取的方向相差Δθ，还是以温度采样点3为起点和以该第二个方向作一条射线，然后在该射线上每隔一定距离Δd选择一个点，此时各个点的偏移量就变为(θ+Δθ，Δd)、(θ+Δθ，2Δd)…..…直至到达前表面的边界，其中各个点的温度计算与上述步骤1)中的各点的计算方式一样。

3)、在前表面上，从第二次选取的方向开始，沿着顺时针方向选取第三个方向，该方向与第二次选取的方向相差Δθ，还是以温度采样点3为起点和以该第三个方向作一条射线，然后在该射线上每隔一定距离Δd选择一个点，此时各个点的偏移量就变为(θ+2Δθ，Δd)、(θ+2Δθ，2Δd)……直至到达前表面的边界，其中各个点的温度计算与上述步骤1)中的各点的计算方式一样。

以此类推，选取其他的方向，选取到m个方向时，此时如果θ+mΔθ≤360–Δθ时，也就是说，在一周内不足以再次选取一个方向时，完成该数据库的记录，该数据库即为前表面温度模型。

前表面温度模型可以表示为：

上述在对该前表面进行温度模型的建立时，是在前表面上选取很多个离散点，但是，如果这些离散点之间的距离足够小，也就相当于是连续点，这样就能够得出该表面上的所有的点与温度采样点3之间的温度关系。

对于其他四个表面，其温度计算方式以及模型建立方式与上述前表面相同，这里不再赘述。在对五个表面的温度模型建立好之后，这五个温度模型的整体组成该电池组的表面温度模型。

在表面温度模型建立好之后，对电池组整体温度模型进行建立，设置有温度检测点的五个表面中的四个表面能够形成两对对立面，分别为前后对立面和左右对立面。

首先，选取前后对立面对具体的温度模型的建立进行说明，步骤为：

(1)、建立半个电池组的温度模型：

1)、假设该前后对立面之间的距离为H，在该对立面之间对电池组做r个切面，这r个切面均与该对立面平行、且这r个切面与前表面的距离均小于或者等于H/2，也就是对半个电池组进行切面处理。每相邻的两个切面之间的距离为ΔL，第一个切面与前表面的距离也为ΔL，即，r个切面等间隔选取。

2)、对于r个切面中的任意一个切面，该切面的温度模型为：Q′＝Q+h×λ；其中，从该切面的某一个点向前表面作垂线，该垂线与前表面的交点与该切面上的点之间的距离为h；Q为该交点的温度，具体的计算公式为：

其中，Tx为前表面对应的温度检测点——温度采样点3，Q的具体计算过程见上述表面温度模型。然后将得到的温度关系存到数据库中。

(2)建立另半个电池组的温度模型：

1)、在前后对立面之间对电池组再做s个切面，这s个切面均与该对立面平行、且这s个切面与后表面的距离均小于H/2，也即这s个切面与前表面的距离大于H/2，也就是对另外半个电池组进行切面处理。每相邻的两个切面之间的距离也为ΔL，第一个切面与后表面的距离也为ΔL，即，这s个切面等间隔选取。

2)、对于s个切面中的任意一个切面，该切面的温度模型为：Q′＝Q+k×λ；其中，从该切面的某一个点向后表面作垂线，该垂线与后表面的交点与该切面上的点之间的距离为k；Q为该交点的温度，具体的计算公式为：

其中，Tx为后表面对应的温度检测点——温度采样点1，Q的具体计算过程见上述表面温度模型。然后将得到的温度关系存到数据库中。

(3)、上述建立的半个电池组的温度模型与另半个电池组的温度模型共同构成整个电池组的温度模型。

本实施例中，由于上述切面之间的距离均为ΔL，那么，r＝s，设置两个参数名称r、s，只是为了便于说明问题。另外，当ΔL足够小时，整个电池组上的所有的点的温度都在该模型中。

然后，选取左右对立面对具体的温度模型的建立再进行说明，步骤与上述根据前后对立面进行温度模型的建立的步骤相同，这里不再赘述。由此得到另一个整个电池组的温度模型。

最后，将得到的整个电池组的温度模型和另一个整个电池组的温度模型进行取平均处理，即，电池组内的每个点的最终温度为根据整个电池组的温度模型得到的该点的温度与根据另一个整个电池组的温度模型得到的该点的温度相加然后取平均值。

所以，最终得到的温度模型中保存着电池组各个点与温度检测点之间的温度关系，通过实时采集温度检测点的温度值，然后代入到该模型，即可求出电池组各个点的温度值。

对于不同电池组，如果材料与结构尺寸不同，需要把材料导热系数λ与电池箱结构尺寸Sz(包含长、宽、高尺寸信息)输入到模型中重新进行建模。

另外，在电池组的表面或者内部，均存在面与面相交的区域，比如两个表面相交的边界，或者切面与表面相交的区域，由于相交的区域同时包含在两个面内，又由于该电池组有表面温度模型和整体的温度模型，所以，相交区域上的每一个点均有至少两种求解温度的方式，得出的结果可能不相同，所以，相交区域上每一点的温度是能够求解出该点温度的所有的温度模型求解出的该点的温度值相加然后取平均值，这样能够较准确地确定该点的温度。

上述实施例中，首先对前表面进行温度建模，然后是其他表面，但是，本发明并不局限于上述顺序，这五个表面按照什么样的顺序都可以，只要能够全部得出这五个表面对应的温度模型。另外，根据电池组的具体情况，电池组的所有的表面上也可以设置有温度检测点。

该实施例中，除去两对对立面之外，还有其他的表面设有温度检测点，根据该检测点建立了该表面的温度模型，作为其他的实施例，除去这两对对立面之外的其他表面上还可以不设置温度检测点，同样的，不建立对应的表面温度模型。

上述实施例中，切面是等间隔选取的，作为其他的实施例，切面还可以不等间隔选取，这时，r不一定等于s。

上述实施例中，温度检测点设置在对应表面的中心处，当然，本发明并不局限于该实施方式，温度检测点还可以根据具体情况设置在表面上的其他位置，后续的处理方式与上述实施例相同。

上述实施例中，在表面上选取方向时，是沿着顺时针选取方向，同理，逆时针也可以进行方向的选取。

实施例2

该实施例与实施例1不同之处在于：

该实施例只根据一对对立面进行温度模型的建立，如果前后对立面的面积大于左右对立面的面积，那么，选取前后对立面进行说明。根据前后表面建立整个电池组的温度模型，根据该模型对电池组各点的温度进行检测。那么，该实施例中，由于只建立了一个整个电池组的温度模型，就无需后续的两个整个电池组的温度模型相加并取平均值的操作。

根据前后表面建立整个电池组的温度模型在实施例1中已经有了详细的描述，这里不做赘述。

上述实施例中，选取面积最大的对立面来建立电池组的整体温度模型，当然，本发明并不局限于上述方式，本发明还可以选取其他对立面进行处理。

实施例3

该实施例与实施例1的不同在于：

该实施例只根据一个表面进行温度模型的建立，比如，只根据前表面建立整个电池组的温度模型，具体为：

首先，根据温度检测点3，建立表面温度模型，在实施例1中已有详细的描述，这里不再赘述。

然后，建立半个电池组的温度模型，为：

对电池组做若干个切面，切面均与前表面平行、且与前表面之间的距离均小于或者等于H/2，其中对于某一个切面上的某一个点，该某一个点的温度的计算公式为Q′＝Q+h×λ，其中，从该某一个点向前表面作垂线，该垂线与前表面的交点与该某一个点之间的距离为h；Q为该交点的温度；H为前表面与后表面之间的距离；

最后，建立另半个电池组的温度模型，简单来说，这另半个电池组的温度模型中的各点的温度是上述半个电池组的温度模型的各点的温度以前后表面的对称面进行对称得来的，具体为：

对电池组再做若干个切面，这些切面也均与前表面平行、且与前表面之间的距离均大于H/2，即与后表面的距离小于H/2。其中对于某一个切面上的某一个点，其温度的计算公式为Q″＝Q+(H-h′)×λ，其中，从某一个切面上的某一个点向前表面作垂线，该垂线与前表面的交点与该点之间的距离为h′；Q为该交点的温度。

然后，半个电池组的温度模型与另半个电池组的温度模型构成整个电池组的温度模型。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种电池组各点温度检测方法，该电池组的形状为长方体，其特征在于，包括如下步骤：

(3)、建立半个电池组的温度模型，为：

(4)、最终完成整个电池组的温度模型；

首先，建立另半个电池组的温度模型，为：

然后，所述半个电池组的温度模型与所述另半个电池组的温度模型构成所述整个电池组的温度模型；

2.根据权利要求1所述的电池组各点温度检测方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：

<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <mo>|</mo> <mfrac> <mrow> <mi>T</mi> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mi>&Delta;</mi> <mi>d</mi> <mo>&times;</mo> <mi>&lambda;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>C</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&theta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>|</mo> <mo>,</mo> </mrow>

3.根据权利要求1所述的电池组各点温度检测方法，其特征在于，所述切面等间隔选取。

4.根据权利要求1所述的电池组各点温度检测方法，其特征在于，所有的温度检测点均设置在对应面上的中心点处。

5.根据权利要求1所述的电池组各点温度检测方法，其特征在于，电池组的除去第一参考面的其余表面中，有至少四个表面上均还设有一个温度检测点。

6.一种电池组各点温度检测方法，该电池组的形状为长方体，其特征在于，包括如下步骤：

(3)、建立半个电池组的温度模型，为：

(4)、最终完成整个电池组的温度模型；

最后，所述半个电池组的温度模型与所述另半个电池组的温度模型构成所述整个电池组的温度模型；

7.根据权利要求6所述的电池组各点温度检测方法，其特征在于，在所述步骤(4)和步骤(5)之间还有一个步骤，为：

8.根据权利要求6所述的电池组各点温度检测方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：

9.根据权利要求6所述的电池组各点温度检测方法，其特征在于，所述切面等间隔选取。

10.根据权利要求7所述的电池组各点温度检测方法，其特征在于，所述第一参考面和第二参考面是该电池组的所有表面中面积最大的表面。

11.根据权利要求6所述的电池组各点温度检测方法，其特征在于，所有的温度检测点均设置在对应面上的中心点处。

12.根据权利要求6所述的电池组各点温度检测方法，其特征在于，电池组的除去第一参考面的其余表面中，有至少四个表面上均还设有一个温度检测点。