CN107703453A - 一种确定单体电池温度采集点的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定单体电池温度采集点的装置和方法。本发明技术方案通过在被测单体电池表面多个位置设置测试点，并通过多次不同容量的充放电试验，以获取其中温度最高点和次高点出现的次数，进而统计出温度最高点和温度次高点的位置出现的次数，在温度最高点和温度次高点出现最多次的位置放置如温度传感器等测温装置，以组成动力电池，进而在实际动力电池使用过程中能够获取到更加准确的动力电池温度，为动力电池充放电的各个阶段进行温度控制提供可靠的依据。

Description

一种确定单体电池温度采集点的装置和方法

技术领域

本发明涉及电池安全管理领域，特别涉及一种确定单体电池温度采集点的装置和方法。

背景技术

随着汽车产业的不断发展以及全球环境的变化，电动汽车已然成为今后车辆发展的大方向。

对于电动汽车来讲，锂离子动力电池的适宜工作温度范围为10℃～30℃，而实际大部分区域有一年四季的变化，或是在南方或北方，有极冷或是极热的要求，环境温度不可能因为动力电池的适宜温度而一直保持在其适宜温度范围内。

为了充分发挥动力电池的电性能以及延长动力电池的使用寿命，必须对动力电池进行热管理。所谓热管理，其主要功能在于，当动力电池温度低于环境温度时，为动力电池进行加热；当动力电池温度高于环境温度时，为动力电池进行降温。而动力电池实际工作的温度，需要依靠安装于动力电池表面的温度传感器进行获取，热管理的各种动作也均是根据温度传感器监测的温度做出动作。这就给工程人员在研发过程中提出了问题：温度传感器在锂离子单体电池成组过程中需要安装在单体电池的哪个位置，才能最真实有效的反应出动力电池实际温度情况需求。

现在很多动力电池研发人员，在实际单体电池生产过程中，仅从理论发热量方面考虑，将温度传感器安装在极耳处，或更进一步认为锂离子单体电池的正极极耳温度要高于负极极耳温度，因而将温度传感器安装在正极极耳附近。实际上，锂离子单体电池的温度是其在充放电过程中的发热量，以及该发热量与环境能量之间的换热、对流和/或热辐射后的综合反映，仅单一考虑单体电池本身的发热量不足以说明锂离子电池实际工作中的实际温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定单体电池温度采集点的装置和方法，综合考虑锂离子电池单体充放电过程的发热量与环境温度之间的热传导、热对流以及热辐射后的温度表现情况，根据实际试验情况，给出动力电池成组过程中温度传感器装贴的最适宜位置，以准确反映锂单体电池的实际温度情况，为后期整车热管理提供准确的温度数据作为理论依据。

本发明提供了一种确定单体电池温度采集点的装置，包括：

温度传感器，所述温度传感器为多个，分别设置于单体电池的预设温度采集点；

温度采集盒，所述温度采集盒电连接于分析终端和所述温度传感器，用于设置通讯协议与通讯地址，以建立所述温度传感器到分析终端之间的通讯链路，实现温度传感器采集数据在分析终端的读取；

分析终端，所述分析终端连接于所述温度采集盒，以接收各个温度传感器所采集的温度，以对所述单体电池的各个预设温度采集点在充放电过程中的温度变化进行分析，进而确定单体电池的温度采集点；以及，

充放电设备，所述充放电设备电连接至所述单体电池的极耳，以对单体电池进行充放电操作。

进一步，还包括：

直流电源，所述直流电源电连接至所述温度采集盒，以向所述温度采集盒提供工作电能，并通过所述温度采集盒向所述温度传感器提供工作电能。

进一步，所述预设温度采集点为11个，分别设置于：

所述单体电池的正极极耳、

所述单体电池的负极极耳、

所述单体电池本体的一个侧面的左上角位置、

所述一个侧面的上侧中间位置、

所述一个侧面的右上角位置、

所述一个侧面的左侧中间位置、

所述一个侧面的中间位置、

所述一个侧面的右侧中间位置、

所述一个侧面的左下角位置、

所述一个侧面的下侧中间位置、以及

所述一个侧面的右下角位置。

本发明还提供了一种确定单体电池温度采集点的方法，采用如上任一项所述的装置，所述方法包括：

将温度传感器分别设置于单体电池的各个预设温度采集点；

对所述单体电池进行充放电，并在充放电过程中监测各个温度传感器所采集的温度；

当各个温度传感器在同一时刻所采集的温度中的最大值与最小值之间的差值达到最大时，记录所述单体电池的各个预设温度采集点的温度分布；

根据所述温度分布，确定所述单体电池的温度采集点。

进一步，采用多个单体电池同时执行所述方法，以获得所述多个单体电池的各个预设温度采集点的平均温度值；

所述单体电池的各个预设温度采集点的温度分布中，各个预设温度采集点的温度为所述多个单体电池在各个预设温度采集点的平均温度值。

进一步，所述充放电过程包括：

0.5C充电过程、1C充电过程、1.5C充电过程、2C充电过程、3C充电过程、以及0.5C放电过程、1C放电过程、1.5C放电过程、2C放电过程、3C放电过程、4C放电过程、5C放电、6C放电过程。

进一步，根据所述温度分布，确定所述单体电池的温度采集点，包括：

在所述温度分布中，将最高温度出现次数最多的N个预设温度采集点作为所述单体电池的温度采集点。

进一步，N为3。

从上述方案可以看出，本发明的确定单体电池温度采集点的装置和方法，通过在被测单体电池表面多个位置设置测试点，并通过多次不同容量的充放电试验，以获取其中温度最高点和次高点出现的次数，进而统计出温度最高点和温度次高点的位置出现的次数，在温度最高点和温度次高点出现最多次的位置放置如温度传感器等测温装置，以组成动力电池，进而在实际动力电池使用过程中能够获取到更加准确的动力电池温度，为动力电池充放电的各个阶段进行温度控制提供可靠的依据。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明的确定单体电池温度采集点的装置结构框图；

图2为本发明的确定单体电池温度采集点的装置的一个具体实施例示意图；

图3为本发明实施例中预设温度采集点的分布示意图；

图4为本发明中的确定单体电池温度采集点的方法的流程示意图；

图5A为本发明实施例中单体电池0.5C充电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5B为本发明实施例中单体电池1C充电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5C为本发明实施例中单体电池1.5C充电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5D为本发明实施例中单体电池2C充电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5E为本发明实施例中单体电池3C充电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5F为本发明实施例中单体电池0.5C放电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5G为本发明实施例中单体电池1C放电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5H为本发明实施例中单体电池1.5C放电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5I为本发明实施例中单体电池2C放电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5J为本发明实施例中单体电池3C放电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5K为本发明实施例中单体电池4C放电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5L为本发明实施例中单体电池5C放电的最大温差时对应平均热场分布图；

图5M为本发明实施例中单体电池6C放电的最大温差时对应平均热场分布图；

图6为本发明实施例中统计各个点出现温度最高点和温度次高点次数的柱状图；

图7为单体电池组成动力电池的结构示意图。

标号说明

11、温度传感器

12、温度采集盒

13、分析终端

14、充放电设备

15、直流电源

2、单体电池

31、屏蔽线

32、数据信息交互线

33、导线

34、电线

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。

如图1所示，本发明的确定单体电池温度采集点的装置主要包括温度传感器11、温度采集盒12、分析终端13以及充放电设备14。其中，所述温度传感器11为多个，分别设置于单体电池2的预设温度采集点。所述温度采集盒12电连接于所述温度传感器11，用于设置通讯协议与通讯地址，以建立所述温度传感器11到分析终端13之间的通讯链路，实现温度传感器11采集数据在分析终端13的读取。所述分析终端13连接于所述温度采集盒12，以接收各个温度传感器11所采集的温度，以对所述单体电池2的各个预设温度采集点在充放电过程中的温度变化进行分析，进而确定单体电池2的温度采集点。所述充放电设备14电连接至所述单体电池2的极耳，以对单体电池2进行充放电操作。

图2示出了本发明的确定单体电池温度采集点的装置的实施例结构。其中装置的各部分放置于台架上。各个温度传感器11通过屏蔽线31连接于温度采集盒12，温度采集盒12通过数据信息交互线32连接于分析终端13，分析终端13例如安装有相应温度分析软件的电脑，充放电设备14通过电线34连接至单体电池2的极耳。另外，该实施例中还进一步包括直流电源15，所述直流电源15通过导线33电连接至所述温度采集盒12，以向所述温度采集盒12提供工作电能，并通过所述温度采集盒12向所述温度传感器11提供工作电能。

图3示出了本发明实施例中，预设温度采集点的分布情况。本发明实施例中，预设温度采集点例如为11个，分别设置于：所述单体电池的正极极耳、所述单体电池的负极极耳、所述单体电池本体的一个侧面的左上角位置、所述一个侧面的上侧中间位置、所述一个侧面的右上角位置、所述一个侧面的左侧中间位置、所述一个侧面的中间位置、所述一个侧面的右侧中间位置、所述一个侧面的左下角位置、所述一个侧面的下侧中间位置、以及所述一个侧面的右下角位置。

其中，所述单体电池的负极极耳例如图3中的点A，所述单体电池的正极极耳例如图3中的点B，所述单体电池本体的一个侧面的左上角位置例如图3中的点C，所述一个侧面的上侧中间位置例如图3中的点D，所述一个侧面的右上角位置例如图3中的点E，所述一个侧面的左侧中间位置例如图3中的点F，所述一个侧面的中间位置例如图3中的点G，所述一个侧面的右侧中间位置例如图3中的点H，所述一个侧面的左下角位置例如图3中的点I，所述一个侧面的下侧中间位置例如图3中的点J，所述一个侧面的右下角位置例如图3中的点K。以下，本文中采用点A、点B、点C、点D、点E、点F、点G、点H、点I、点J、点K进行说明。

图4为本发明中的确定单体电池温度采集点的方法的流程示意图，该方法采用上述说明的确定单体电池温度采集点的装置，该方法主要包括：

步骤1、将温度传感器分别设置于单体电池的各个预设温度采集点；

步骤2、对所述单体电池进行充放电，并在充放电过程中监测各个温度传感器所采集的温度；

步骤3、当各个温度传感器在同一时刻所采集的温度中的最大值与最小值之间的差值达到最大时，记录所述单体电池的各个预设温度采集点的温度分布；

步骤4、根据所述温度分布，确定所述单体电池的温度采集点。

其中，优选地，本发明实施例中：

采用多个单体电池同时执行所述方法，以获得所述多个单体电池的各个预设温度采集点的平均温度值；

所述单体电池的各个预设温度采集点的温度分布中，各个预设温度采集点的温度为所述多个单体电池在各个预设温度采集点的平均温度值。

本发明实施例中，所述充放电过程包括0.5C充电过程、1C充电过程、1.5C充电过程、2C充电过程、3C充电过程、以及0.5C放电过程、1C放电过程、1.5C放电过程、2C放电过程、3C放电过程、4C放电过程、5C放电、6C放电过程。

确定所述单体电池的温度采集点，包括在所述温度分布中，将最高温度出现次数最多的N个预设温度采集点作为所述单体电池的温度采集点。其中，N例如为3。

以下结合一个具体试验，对本申请的方法进行说明。

忽略与空气之间的热传导、热对流以及热辐射，传统思想认为正极极耳处或是正极附近温度测试点温度较高。而以下本发明的实施例为了研究出充放电试验过程中，真正的温升最高的点进行了多组试验。试验设计包括充电试验与放电试验，充电试验包括0.5C(C为充放电倍率)充电、1C充电、1.5C充电、2C充电与3C充电；放电试验包括0.5C放电、1C放电、1.5C放电、2C放电、3C放电、4C放电、5C放电与6C放电。该试验工况是根据被测试单体电池所允许的最大充放电倍率进行设计，随着不同电池产品之间的差异具体试验工况可能会有所差异。

试验时，为避免单个电池温度测试出现测试温度的偶然性，本实施例的试验采取对3块电池同时进行温度测试，取温差(此处，温差，就是指一个单体电池上的各个测量点(点A至点K)在同一时刻，温度最大值与温度最小值之间的差值)最大时刻3块电池各点对应温度值的平均值绘制温场图，如图5A至图5M所示。

其中，图5A为0.5C充电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为J点温度与A点温度的差值即23.894-22.03＝1.864℃，温度最高点是J点(23.894℃)，温度次高点是E点(23.358℃)；

图5B为1C充电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为E点温度与J点温度的差值即26.958-25.63＝1.328℃，温度最高点是E点(26.958℃)，温度次高点是D点(26.662℃)；

图5C为1.5C充电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为J点温度与K点温度的差值即24.967-22.641＝2.326℃，温度最高点是J点(24.967℃)，其次的高温度点是E点(23.858℃)；

图5D为2C充电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为J点温度与A点温度的差值即36.776-34.318＝2.458℃，温度最高点是J点(36.776℃)，温度次高点是G点(36.448℃)；

图5E为3C充电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为H点温度与A点温度的差值即42.646-40.412＝2.234℃，温度最高点是H点(42.646℃)，温度次高点是G点(42.444℃)；

图5F为0.5C放电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为E点温度与A点温度的差值即24.958-23.429＝1.529℃，温度最高点是E点(24.958℃)，温度次高点是H点(24.779℃)；

图5G为1C放电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为J点温度与A点温度的差值即29.906-26.526＝3.38℃，温度最高点是J点(29.906℃)，温度次高点是H点(28.352℃)；

图5H为1.5C放电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为J点温度与B点温度的差值即39.567-34.438＝5.129℃，温度最高点是J点(39.567℃)，温度次高点是G点(39.339℃)；

图5I为2C放电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为J点温度与B点温度的差值即41.392-34.939＝6.453℃，温度最高点是J点(41.392℃)，温度次高点是I点(40.789℃)；

图5J为3C放电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为J点温度与B点温度的差值即47.94-39.745＝8.195℃，温度最高点是J点(47.94℃)，温度次高点是I点(47.141℃)；

图5K为4C放电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为H点温度与I点温度的差值即55.099-52.093＝3.006℃，温度最高点是H点(55.099℃)，温度次高点是G点(54.865℃)；

图5L为5C放电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为B点温度与K点温度的差值即25.127-22.243＝2.884℃，温度最高点是B点(25.127℃)，温度次高点是A点(24.428℃)；

图5M为6C放电的最大温差时对应平均热场分布图，此时温差为B点温度与K点温度的差值即35.239-28.42＝6.819℃，温度最高点是B点(35.239℃)，温度次高点是A点(33.519℃)。

统计温度最高点和温度次高点出现的次数。本步骤中，统计的对象例如图5A至图5M所示实施例中温度最高点和温度次高点出现的次数，统计工具可采用例如excel等能够进行数据分析和统计的软件，也可以通过手工方式进行统计。图6是采用excel进行统计的图示。

从图6中可以看出，在图5A至图5M实施例中各个点出现温度最高点和温度次高点的次数如表一。

表一

从图6以及表一中可以看出，在温差最大时刻13组充放电试验工况中，温度最高点出现的次数最多的是J点(7次)，其次是B点、E点和H点各出现了2次；只有在超大功率放电过程中正负极极耳A点与B点在11个测试点中温度才可能最高。温度次高点出现最多的是G点(4次)，其次是A点、E点、H点和I点各出现了2次。

根据统计结果制定动力电池温度检测策略。

从上述实施例可以看出，在对单体电池进行充放电试验过程中，正负极极耳温度出现较高温度的次数远不及电池本体上最高温度出现的次数。只有在较大倍率充放电过程中，极耳处的测温点的温度才可能会高于电池本体上的温度测试点。

电动汽车上使用的动力电池是由多个单体电池采用串并联的形式组成，如图7所示，其中n个表示任意多个的意思，对于电动汽车动力电池中的单体电池的数量可能为几十个甚至上百个。在动力电池成组过程中，各个电池本体互相接触或垫有泡棉、到热板后再互相接触，散热状态仍不及极耳处。本步骤中，根据上述实验结果以及成组状态后的模组分析，如果动力电池每个电池包中安装尽可能少的温度测试点来完成温度检测功能，实际操作过程中，应在J、G、B处安装温度测试点。J处、G处的温度测试点用来测试正常充放电功率下的动力电池组的充放电温升及温度情况；B处则可用来对大功率放电工况进行温度监测的重要测试点。

本发明的确定单体电池温度采集点的装置和方法，通过在被测单体电池表面多个位置设置测试点，并通过多次不同容量的充放电试验，以获取其中温度最高点和次高点出现的次数，进而统计出温度最高点和温度次高点的位置出现的次数，在温度最高点和温度次高点出现最多次的位置放置如温度传感器等测温装置，以组成动力电池，进而在实际动力电池使用过程中能够获取到更加准确的动力电池温度，为动力电池充放电的各个阶段进行温度控制提供可靠的依据。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种确定单体电池温度采集点的装置，其特征在于，包括：

温度传感器(11)，所述温度传感器(11)为多个，分别设置于单体电池(2)的预设温度采集点；

温度采集盒(12)，所述温度采集盒(12)电连接于分析终端(13)和所述温度传感器(11)之间，以建立所述温度传感器(11)到分析终端(13)之间的通讯链路；

分析终端(13)，所述分析终端(13)连接于所述温度采集盒(12)，以接收各个温度传感器(11)所采集的温度，以对所述单体电池(2)的各个预设温度采集点在充放电过程中的温度变化进行分析，进而确定单体电池(2)的温度采集点；以及，

充放电设备(14)，所述充放电设备(14)电连接至所述单体电池(2)的极耳，以对单体电池(2)进行充放电操作。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

直流电源(15)，所述直流电源(15)电连接至所述温度采集盒(12)，以向所述温度采集盒(12)提供工作电能，并通过所述温度采集盒(12)向所述温度传感器(11)提供工作电能。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述预设温度采集点为11个，分别设置于：

所述单体电池(2)的正极极耳、

所述单体电池(2)的负极极耳、

所述单体电池(2)本体的一个侧面的左上角位置、

所述一个侧面的上侧中间位置、

所述一个侧面的右上角位置、

所述一个侧面的左侧中间位置、

所述一个侧面的中间位置、

所述一个侧面的右侧中间位置、

所述一个侧面的左下角位置、

所述一个侧面的下侧中间位置、以及

所述一个侧面的右下角位置。

4.一种确定单体电池温度采集点的方法，采用如权利要求1至3任一项所述的装置，所述方法包括：

将温度传感器分别设置于单体电池的各个预设温度采集点；

对所述单体电池进行充放电，并在充放电过程中监测各个温度传感器所采集的温度；

当各个温度传感器在同一时刻所采集的温度中的最大值与最小值之间的差值达到最大时，记录所述单体电池的各个预设温度采集点的温度分布；

根据所述温度分布，确定所述单体电池的温度采集点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

采用多个单体电池同时执行所述方法，以获得所述多个单体电池的各个预设温度采集点的平均温度值；

所述单体电池的各个预设温度采集点的温度分布中，各个预设温度采集点的温度为所述多个单体电池在各个预设温度采集点的平均温度值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述充放电过程包括：

0.5C充电过程、1C充电过程、1.5C充电过程、2C充电过程、3C充电过程、以及0.5C放电过程、1C放电过程、1.5C放电过程、2C放电过程、3C放电过程、4C放电过程、5C放电、6C放电过程。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：根据所述温度分布，确定所述单体电池的温度采集点，包括：

在所述温度分布中，将最高温度出现次数最多的N个预设温度采集点作为所述单体电池的温度采集点。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：N为3。