CN106252753A - 动力电池过热保护方法、装置、系统及动力电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力电池过热保护方法、装置、系统及动力电池，方法包括：在每个预设周期执行如下步骤：S1、分别获取动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量；S2、根据S1获取的电化学反应热量、内阻放热量、动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，计算所述动力电池的温度；S3、若所述动力电池的温度高于或等于温度阈值，则开启电池冷却系统。本发明提供的动力电池过热保护方法，能够防止出现电池过热的问题，有效预防电池的滥用，提高了电池寿命和安全性。

Description

动力电池过热保护方法、装置、系统及动力电池

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种动力电池过热保护方法、装置、系统及动力电池。

背景技术

当今社会面临环境污染和化石能源短缺等严重问题，作为造成这些问题的重要因素之一的汽车迫切需要改变和创新，纯电动汽车在这种背景下应运而生。纯电动汽车以运行中噪声低，没有尾气排放的优点成为备受关注的绿色交通工具，也成为汽车产业未来发展的一个重要方向。电池管理系统作为管理电动汽车动力电池的控制系统，监控和管理着电池的使用，直接影响电池寿命以及使用安全。

在动力电池使用过程中，会产生大量热，造成电池温度升高，甚至起火。现有的动力电池冷却系统控制策略中，大都根据采集的电池温度控制电池的冷却系统，然而电池的温度传感器都布置在电池表面，无法真实反映电池的内部温度，由于热传导需要一定的时间，电池内部温度一般比电池表面温度高，因此容易出现因控制滞后而带来的电池过热问题，而电池过热会直接影响电池的寿命和安全。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种动力电池过热保护方法、装置、系统及动力电池，能够防止出现电池过热的问题，有效预防电池的滥用，提高了电池寿命和安全性。

第一方面，本发明提供了一种动力电池过热保护方法，包括：

在每个预设周期执行如下步骤：

S1、分别获取动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量；

S2、根据S1获取的动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，计算所述动力电池的温度；

S3、若所述动力电池的温度高于或等于温度阈值，则开启电池冷却系统。

进一步地，若所述动力电池当前的温度低于所述温度阈值，则关闭电池冷却系统。

进一步地，若所述动力电池当前的温度高于或等于温度阈值，则降低汽车行驶功率或请求停车。

进一步地，S1中获取动力电池的电化学反应热量，包括：

根据与流经所述动力电池的电流，计算所述动力电池的电化学反应热量。

进一步地，S1中获取动力电池内阻放热量，包括：

获取所述动力电池的等效电路模型，所述等效电路模型中包括依次串联的电压源U_cell、欧姆内阻R₀和N个RC回路，其中，第i个RC回路的端电压为U_i，第i个RC回路中的电阻为R_i，电容为C_i；

获取欧姆内阻R₀的放热量Q₀：Q₀＝I²×R₀×dt；

获取第i个RC回路中的电阻为R_i的放热量Q_i为：

$Q_i=\frac{U_i^2}{R_i}\×dt;$

其中，端电压U_i的计算方式为：

$\frac{{\mathrm{dU}}_i}{dt}=-\frac{1}{R_i{C}_i}{U}_i+\frac{1}{C_i};$

根据欧姆内阻R₀的放热量以及N个RC回路中的电阻的放热量，获取动力电池内阻放热量Q_inner：

Q_inner＝Q₀+Q₁+Q₂+......+Q_N；

其中，I为流经动力电池的电流；dt为计算周期。

进一步地，S1中获取动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，包括：

根据下述公式获取动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量Q_air：

Q_air＝(Tair-Tcell)×HTC

其中，Tair为环境温度，Tcell为当前动力电池温度，HTC为动力电池热交换因子。

进一步地，所述根据S1获取的动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，计算所述动力电池的温度，包括：

根据下述公式计算所述动力电池的温度：

${\mathrm{Tcell}}^{\′}={\mathrm{Tcell}}_{pre}+\frac{(Q_{chem}+Q_{inner}-Q_{air})}{C\×M}$

其中，Tcell′表示动力电池的温度，Tcell_pre表示当前周期初始时刻动力电池的温度，Q_chem表示动力电池的电化学反应热量，Q_inner表示动力电池内阻放热量，Q_air表示动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，C表示动力电池比热容；M表示动力电池质量。

第二方面，本发明还提供了一种动力电池过热保护装置，包括：

获取单元，用于分别获取动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量；

计算单元，用于根据所述获取单元获取的电化学反应热量、内阻放热量、动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，计算所述动力电池的温度；

控制单元，用于在所述动力电池的温度高于或等于温度阈值时，控制开启电池冷却系统。

第三方面，本发明还提供了一种动力电池过热保护系统，包括：控制器以及如上面所述的动力电池过热保护装置；

其中，所述控制器用于在每个预设周期向所述动力电池过热保护装置发送触发信号，以触发所述动力电池过热保护装置启动电池保护工作。

第四方面，本发明还提供了一种动力电池，包括如上面所述的动力电池过热保护装置。

由上述技术方案可知，本发明提供的动力电池过热保护方法，根据动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，准确地确定出动力电池的温度，从而精确控制电池冷却系统的开启状态，避免了现有技术中的因冷却控制滞后而带来的电池过热问题，有效预防了电池的滥用，提高了动力电池的使用寿命及使用安全性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的动力电池过热保护方法的一种流程图；

图2是本发明实施例一提供的动力电池过热保护方法的另一种流程图；

图3是动力电池的一种等效电路图；

图4是本发明实施例二提供的动力电池过热保护装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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。

本发明实施例一提供了一种动力电池过热保护方法，参见图1，该方法包括：

在每个预设周期(如10分钟或20分钟)执行如下步骤：

步骤101：分别获取动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量。

在本步骤中，除了像现有技术获取电池表面温度以外，还分别获取了动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量。本步骤获取这些热量的目的均是为了准确计算动力电池的温度。

其中，动力电池的电化学反应热量以及动力电池内阻放热量均为动力电池在工作过程中产生的热量，而动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量为动力电池在工作过程中被外界冷却介质带走的热量。这里，外界冷却介质可以为空气等其他冷却介质。需要注意的是，这里的冷却介质对电池的冷却并不是指后续提到的电池冷却系统对电池的冷却，而是指电池在工作过程中的自然冷却。

步骤102：根据步骤101获取的动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，计算所述动力电池的温度。

在本步骤中，根据步骤101获取的动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，计算所述动力电池的温度，以获取较为准确的动力电池温度。

例如，本步骤中结合传感器(如设置在动力电池表面的温度传感器)在本周期初始时刻获取的电池温度、动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，共同计算动力电池的温度，以得到准确的温度值，为是否开启冷却系统提供准确的参考。

可见，本实施例在计算动力电池的温度时，不单单依赖利用传感器从电池表面获取的电池温度，而是还考虑了动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量，以及，动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，因此相对于现有技术中只获取电池表面温度的电池温度获取方式，本发明实施例可以得到更为精确的电池温度，因而可以及时发现电池过热现象，并及时开启电池冷却系统，避免了现有技术中的因冷却控制滞后而带来的电池过热问题，从而提高了动力电池的使用寿命及使用安全性。

步骤103：若所述动力电池的温度高于或等于温度阈值，则开启电池冷却系统。

在本步骤中，当所述动力电池的温度高于或等于温度阈值(如60°)时，说明动力电池已处于或即将处于过热状态，故此时应及时开启电池冷却系统，以对动力电池进行降温，提高电池工作的安全性。

从上面描述可知，本实施例提供的动力电池过热保护方法，根据动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，准确地确定出动力电池的温度，从而精确控制电池冷却系统的开启状态，避免了现有技术中的因冷却控制滞后而带来的电池过热问题，有效预防了电池的滥用，提高了动力电池的使用寿命及使用安全性。

图2示出了本发明施例一提供的动力电池过热保护方法的另一种流程图。参见图2，进一步地，若所述动力电池当前的温度低于所述温度阈值，则关闭电池冷却系统，以尽量节省能耗。

此外，若所述动力电池当前的温度高于或等于温度阈值，则在开启电池冷却系统的同时，还可以降低汽车行驶功率或请求停车，以防止电池的滥用，保证安全。

进一步地，下面给出上述步骤101中获取动力电池的电化学反应热量的一种具体实现方式。

在本实现方式中，可以根据与流经所述动力电池的电流，计算所述动力电池的电化学反应热量。具体地，电化学反应热量的计算公式如下：

Q_chem＝(I*dt)/F*δH

其中，Q_chem为电化学反应热量；I为流经动力电池的电流；dt为计算周期；F为法拉第常数；δH为生成物总能量-反应物总能量。

进一步地，下面给出上述步骤101中获取动力电池内阻放热量的一种具体实现方式。

在本实现方式中，可以依次执行如下过程：

a：获取所述动力电池的等效电路模型，所述等效电路模型中包括依次串联的电压源U_cell、欧姆内阻R₀和N(N≥1)个RC回路，其中，第i个RC回路的端电压为U_i，第i个RC回路中的电阻为R_i，电容为C_i；

在本步骤中，动力电池的一种等效电路模型如图3所示，其中图3是以包含2个RC回路为例的等效电路模型。此外，图3中的U_terminal表示终端电压。

b：获取欧姆内阻R₀的放热量Q₀：Q₀＝I²×R₀×dt；

c：获取第i个RC回路中的电阻为R_i的放热量Q_i为：

$Q_i=\frac{U_i^2}{R_i}\×dt;$

其中，端电压U_i的计算方式为：

$\frac{{\mathrm{dU}}_i}{dt}=-\frac{1}{R_i{C}_i}{U}_i+\frac{1}{C_i};$

d：根据欧姆内阻R₀的放热量以及N个RC回路中的电阻的放热量，获取动力电池内阻放热量Q_inner：

Q_inner＝Q₀+Q₁+Q₂+......+Q_N；

其中，I为流经动力电池的电流；dt为计算周期。

进一步地，下面给出上述步骤101中获取动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量的一种具体实现方式。

在本实现方式中，可以根据下述公式获取动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量Q_air：

Q_air＝(Tair-Tcell)×HTC

其中，Tair为环境温度，Tcell为当前动力电池温度，HTC为动力电池热交换因子。

进一步地，下面给出上述步骤102的一种具体实现方式。

在本实现方式中，可以根据下述公式计算所述动力电池的温度：

${\mathrm{Tcell}}^{\′}={\mathrm{Tcell}}_{pre}+\frac{(Q_{chem}+Q_{inner}-Q_{air})}{C\×M}$

其中，Tcell′表示动力电池的温度，Tcell_pre表示当前周期初始时刻动力电池的温度，Q_chem表示动力电池的电化学反应热量，Q_inner表示动力电池内阻放热量，Q_air表示动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，C表示动力电池比热容；M表示动力电池质量。

本发明实施例二提供了一种动力电池过热保护装置，参见图4，该动力电池过热保护装置包括：

获取单元41，用于分别获取动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量；

计算单元42，用于根据所述获取单元41获取的电化学反应热量、内阻放热量、动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，计算所述动力电池的温度；

控制单元43，用于在所述动力电池的温度高于或等于温度阈值时，控制开启电池冷却系统。

进一步地，所述控制单元43，还用于在所述动力电池的温度低于所述温度阈值时，控制关闭电池冷却系统。

进一步地，所述控制单43，还用于在所述动力电池当前的温度高于或等于温度阈值时，控制开启电池冷却系统，并同时降低汽车行驶功率或请求停车，以防止电池的滥用，保证电池使用的安全性。

本实施例所述的动力电池过热保护装置，可以用于执行上面所述的动力电池过热保护方法，其技术原理和效果类此，此处不再赘述。

本发明实施例三提供了一种动力电池过热保护系统，包括：控制器以及如上面实施例所述的动力电池过热保护装置；

其中，所述控制器用于在每个预设周期向所述动力电池过热保护装置发送触发信号，以触发所述动力电池过热保护装置启动电池保护工作。

本实施例所述的动力电池过热保护系统，可以用于执行上面所述的动力电池过热保护方法，其技术原理和效果类此，此处不再赘述。

本发明实施例四提供了一种动力电池，该动力电池包括上面实施例所述的动力电池过热保护装置。

由于本发明实施例提供的动力电池包含了上述实施例所述的动力电池过热保护装置，因此具有和上述实施例二类似的工作原理和技术效果，此处不再详述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，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。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种动力电池过热保护方法，其特征在于，包括：

在每个预设周期执行如下步骤：

S1、分别获取动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量；

S2、根据S1获取的动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，计算所述动力电池的温度；

S3、若所述动力电池的温度高于或等于温度阈值，则开启电池冷却系统。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，若所述动力电池当前的温度低于所述温度阈值，则关闭电池冷却系统。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述动力电池当前的温度高于或等于温度阈值，则降低汽车行驶功率或请求停车。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，S1中获取动力电池的电化学反应热量，包括：

根据与流经所述动力电池的电流，计算所述动力电池的电化学反应热量。

5.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，S1中获取动力电池内阻放热量，包括：

获取所述动力电池的等效电路模型，所述等效电路模型中包括依次串联的电压源U_cell、欧姆内阻R₀和N个RC回路，其中，第i个RC回路的端电压为U_i，第i个RC回路中的电阻为R_i，电容为C_i；

获取欧姆内阻R₀的放热量Q₀：Q₀＝I²×R₀×dt；

获取第i个RC回路中的电阻为R_i的放热量Q_i为：

$Q_i=\frac{U_i^2}{R_i}\×dt;$

其中，端电压U_i的计算方式为：

$\frac{{\mathrm{dU}}_i}{dt}=-\frac{1}{R_i{C}_i}{U}_i+\frac{1}{C_i};$

根据欧姆内阻R₀的放热量以及N个RC回路中的电阻的放热量，获取动力电池内阻放热量Q_inner：

Q_inner＝Q₀+Q₁+Q₂+......+Q_N；

其中，I为流经动力电池的电流；dt为计算周期。

6.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，S1中获取动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，包括：

根据下述公式获取动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量Q_air：

Q_air＝(Tair-Tcell)×HTC

其中，Tair为环境温度，Tcell为当前动力电池温度，HTC为动力电池热交换因子。

7.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据S1获取的动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，计算所述动力电池的温度，包括：

根据下述公式计算所述动力电池的温度：

${\mathrm{Tcell}}^{\′}={\mathrm{Tcell}}_{pre}+\frac{(Q_{chem}+Q_{inner}-Q_{air})}{C\×M}$

其中，Tcell′表示动力电池的温度，Tcell_pre表示当前周期初始时刻动力电池的温度，Q_chem表示动力电池的电化学反应热量，Q_inner表示动力电池内阻放热量，Q_air表示动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，C表示动力电池比热容；M表示动力电池质量。

8.一种动力电池过热保护装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于分别获取动力电池的电化学反应热量、动力电池内阻放热量、以及动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量；

计算单元，用于根据所述获取单元获取的电化学反应热量、内阻放热量、动力电池与外界冷却介质发生热交换的热量，计算所述动力电池的温度；

控制单元，用于在所述动力电池的温度高于或等于温度阈值时，控制开启电池冷却系统。

9.一种动力电池过热保护系统，其特征在于，包括：控制器以及如权利要求8所述的动力电池过热保护装置；

其中，所述控制器用于在每个预设周期向所述动力电池过热保护装置发送触发信号，以触发所述动力电池过热保护装置启动电池保护工作。

10.一种动力电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的动力电池过热保护装置。