CN109449518B - 一种动力电池系统温度修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力电池系统温度修正方法,在电池系统中选择一个电池模块作为标定模组,在该模组的标定位置上设置标定温度传感器,计算标定温度传感器采集的温度与电池模组自身设置的温度传感器采集的温度之间的差值ΔT,然后用ΔT对电池系统中其它电池模组自带的温度传感器采集的的温度数据进行修改,电池模组自带的温度传感器采集的的温度数据为Tnt,修正后的温度数据为Tnt`=Tnt‑ΔT。本发明的优点在于:对现有电池系统改进点较少,仅需要在一个或多个电池模组的框架上设置温度传感器即可进行修正,相对于直接用于汇流排温度表征电芯温度,本发明温度更为准确。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池领域,特别涉及一种动力电池系统温度修正方法。
背景技术
作为动力锂离子电池一个重要特性,温度不仅影响电池安全,也决定着电池的基本性能,准确得到电池温度是保证电池正常工作的重要环节。动力锂离子电池温度通常由温度传感器采集,每一个模组单元有一个或多个温度传感器用于监测电芯的实时温度。
模组中的温度传感器布置在电芯上或者电芯串并联连接的汇流排(busbar) 上,汇流排材质为铝排或铜排。由于制造工艺、安全可靠性、成本等原因,温度传感器大多布置在电芯串并联连接的汇流排busbar上。当无电流通过时, busbar上采集的温度与电芯温度相当,进行充放电时,电流的大小会造成busbar 不同程度发热,从而busbar上采集的温度是电芯真实温度与busbar自身产热温度之和。若busbar载流能力较小,大电流充放电时温度传感器采集busbar 温度与电芯真实温度的偏差尤为显著,导致采集的温度不能反应电芯真实温度,影响电池性能的发挥。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种动力电池系统温度修正方法,用于修正电池温度数据,得到较为准确的电池温度。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种动力电池系统温度修正方法,在电池系统中选择一个电池模块作为标定模组,在该模组的标定位置上设置标定温度传感器,计算标定温度传感器采集的温度与该电池模组自带的温度传感器采集的温度之间的差值ΔT,然后用ΔT对电池系统中其它电池模组自带的温度传感器采集的的温度数据进行修改,电池模组自带的温度传感器采集的的温度数据为Tnt,修正后的温度数据为Tnt`=Tnt-ΔT。
所述标定位置为通过标定方法预先标定的位置,其标定方法包括如下步骤:
(1)在用于标定的电池系统中,选取一个或多个模组并在模组中电芯表面布置温度传感器,用于采集电芯的温度数据T电芯;该模组自带的汇流排上的温度传感器采集的温度为T1t,该模组外框架侧面、模组底部(或模组外表面与电芯无隔热材料的其他位置)分别额外布置温度传感器,采集的温度分别记为T2t、 T3t;
(2)对电池系统采用多种工况进行充放电测试,分别记录测试过程中的温度数据;
(3)通过对比采集的T电芯、T1t、T2t、T3t在每一时刻数据,找出任一时刻温度与T电芯数值都最接近或呈现相同线性变化趋势的温度及其对应的温度传感器设置的位置,与T电芯数值都最接近或呈现相同线性变化趋势的温度对应的传感器设置的位置即为标定设置位置。
多种工况的充放电测试包括采用2.3C脉冲放电、静置、1C持续放电、静置、 1C持续充电、静置、1.5C持续放电等工况对电池系统进行充放电测试。
所述标定位置为电池模组外框架侧面。
对修正后的温度数据进行二次修正,引入安全修正系数σ,二次修正后的温度数据为:Tnt`=Tnt-ΔT+σ,安全温度修正系数根据标定位置过程中充放电测试时T电芯与T2t之间差值来确定。
所述安全修正系数σ根据标定位置处温度传感器采集的温度数据来动态调节。
在温度大于50摄氏度时,安全修正系统σ为负数,当温度低于0摄氏度时,安全修正系统σ为正数,用于保证电芯温度不会超过临界温度。
本发明的优点在于:当前电池系统大多直接采用busbar采集的温度对电池温度进行控制报警等,由于温度误差较高,影响电池的监控、以及电芯的正常工作,本发明通过修正策略对采集的busbar温度进行修正,进而降低busbar 发热对电芯真实温度的影响。修改点仅在于在现有的电池系统模组中选择一个或多个模组来设置标定传感器,这种方式对于电池系统的改变较小,不会影响到电池系统的稳定运行,但可以提高温度的准确性;进一步的,为了保证电池的安全运行,设置有安全修正系统,对较为准确的温度进一步修正,使得修改后的温度对于电池系统的工作控制以及温度报警等都具备很好的参考意义,可以减少温度超过临界数值。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明:
图1是一款模组在不同充放电电流条件下电芯真实温度与busbar采集温度对比;
图2是特制模组温度传感器不同位置布置示意图;
图3是在不同充放电电流条件下特制模组不同位置温度传感器采集温度与电芯真实温度对比;
图4是该款模组构成的电池系统,任一模组修正前后温度与真实温度对比。
具体实施方式
下面对照附图,通过对最优实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
考虑到散热问题及结构强度,当前模组外框架主要为金属材质,且与电芯间无隔热材料。在电池系统内无对流情况下,模组外框架温度与电芯温度差异非常小。本发明利用部分模组框架与电芯真实温度非常接近的特性,提出增加一路或几路温度传感器采集一个或多个模组框架温度,通过计算busbar采集温度与模组侧板温度差值ΔT,然后用此ΔT对电池系统其他模组busbar采集的温度值进行修正,从而即使有电流通过条件下也能最真实反应电芯温度。
一种动力电池系统修正方法,其中确定在电池系统上设置用于标定的温度传感器的方法,包括如下步骤:
(1)准备一个(或几个)在模组中电芯表面布置温度传感器的特制模组,此温度传感器实时采集的温度记为T电芯t(t表示时间),此温度等效为电芯真实温度。特制模组自带busbar上的温度传感器采集温度记为T1t。特制模组外框架侧面、模组底部(或模组外表面与电芯无隔热材料的其他位置)分别额外布置温度传感器,分别记为T2t和T3t。
(2)将特制模组同其他模组一起组装成一个电池系统,采用2.3C脉冲放电、静置、1C持续放电、静置、1C持续充电、静置、1.5C持续放电等工况对该电池系统进行充放电测试,其他模组自带的温度传感器实时温度数据记为Tnt;
(3)通过对比步骤(2)中T电芯t、T1t、T2t、T3t在每一时刻数据,选取任一时刻温度与T电芯t数值最接近或呈现相同线性趋势的温度T2t(或T3t),以T2t为例, T2t对应的温度传感器设置位置及作为后期额外温度传感器的布置位置。
(4)T2t(或T3t)与T1t的实时的差值记为ΔT,进一步引入修正系数σ,ΔT+ σ对汇流排温度传感器采集的温度进行修正。(σ根据静置条件下T电芯与T2t之间差值数值大小进行修正,使得引入σ后修正后的温度数据更接近或准确标准电芯温度);
(5)用步骤(4)得到的ΔT+σ对Tnt进行修正,修正后的每一时刻每个模组busbar采集温度值记为Tnt`(Tnt`=Tnt-(ΔTt+σ))。
根据步骤(1)-(4)的验证结果,确定额外布置的温度传感器最佳布置位置和σ数值,以上信息确定后用普通模组替换掉特制模组,电池系统就可以完全以普通模组进行组装,然后选取一个或几个模组在步骤(3)确定的位置上布置温度传感器,用实现对采集温度的实时修正。
经过修正后的Tnt`可以消除busbar流经电流自身发热对电芯真实温度的影响,同时对于部分模组设计时busbar载流面积偏小且无法进行更改的产品提供了非常有效解决措施。
如图1所示,本发明尤其适用于模组中温度传感器布置在busbar上且 busbar载流面积较小的模组。
以一款模组在不同充放电电流条件下电芯真实温度与busbar采集温度具体数据对比如表1所示:
表1
图2为温度传感器布置位置俯视图,如图所示,通过特别处理后,在一个模组电芯表面、电芯间busbar上、模组侧面、模组底部布置温度传感器T电芯t、T1t、 T2t和T3t。
图3为按照图2布置后模组在不同充放电电流条件下温度对比图。
具体数据对比如表2所示:
表2
根据图3和表2数据对比,全过程中模组侧面温度与电芯真实温度最大温差仅有2℃,相应趋势同电芯保持一致。模组底部温度与电芯真实温度最大温差为5℃,且相应趋势滞后于电芯。模组侧面温度更能反应电芯真实温度。
通过上述数据对比,可以看出T2t比T电芯t最多低2℃,考虑到安全因素,当温度高于50时,σ取-2,即Tnt`=Tnt-ΔTt+2,此时电芯真实温度比修正后温度低0~3℃,保证电芯真实温度不会超过临界温度。当温度低于0℃时,σ取2,即Tnt`=Tnt-ΔTt-2,此时电芯真实温度比修正后温度高0~3℃,保证电芯在低温条件下充放电不会产生析锂风险。温度范围在0~50之间时σ取0。
特制模组与非特制模组仅在温度传感器布置位置有差异,其他特性基本相同,实验前已充分静置,在本实验中非特制模组电芯温度可以等同于特制模组电芯温度。根据图4结果,经过修正后的温度非常接近于电芯真实温度。
综上所述,采用本发明进行的电池系统修正方法,能非常有效消除busbar 通过电流时自身发热对采集温度的影响。本发明的要点是通过计算busbar采集温度与模组其他位置温度差值ΔT,然后用此ΔT对电池系统温度传感器采集的其他温度值进行修正,从而消除busbar自身发热对采集温度的影响。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种动力电池系统温度修正方法,其特征在于:在电池系统中选择一个电池模块作为标定模组,在该模组的标定位置上设置标定温度传感器,所述标定位置为标定模组的框架;计算标定温度传感器采集的温度与该电池模组自带的温度传感器采集的温度之间的差值ΔT,然后用ΔT对电池系统中其它电池模组自带的温度传感器采集的的温度数据进行修改,电池模组自带的温度传感器采集的的温度数据为Tnt,修正后的温度数据为Tnt`=Tnt-ΔT。
2.如权利要求1所述的一种动力电池系统温度修正方法,其特征在于:所述标定位置为通过标定方法预先标定的位置,其标定方法包括如下步骤:
(1)在用于标定的电池系统中,选取一个或多个模组并在模组中电芯表面布置温度传感器,用于采集电芯的温度数据T电芯;该模组自带的汇流排上的温度传感器采集的温度为T1t,该模组外框架侧面、模组底部分别额外布置温度传感器,采集的温度分别记为T2t、T3t;
(2)对电池系统采用多种工况进行充放电测试,分别记录测试过程中的温度数据;
(3)通过对比采集的T电芯、T1t、T2t、T3t在每一时刻数据,找出任一时刻温度与T电芯数值都最接近或呈现相同线性变化趋势的温度及其对应的温度传感器设置的位置,与T电芯数值都最接近或呈现相同线性变化趋势的温度对应的传感器设置的位置即为标定设置位置。
3.如权利要求2所述的一种动力电池系统温度修正方法,其特征在于:多种工况的充放电测试包括采用2.3C脉冲放电、静置、1C持续放电、静置、1C持续充电、静置、1.5C持续放电等工况对电池系统进行充放电测试。
4.如权利要求1-3任一所述的一种动力电池系统温度修正方法,其特征在于:所述标定位置为电池模组外框架侧面。
5.如权利要求2所述的一种动力电池系统温度修正方法,其特征在于:对修正后的温度数据进行二次修正,引入安全修正系数σ,二次修正后的温度数据为:Tnt`=Tnt-(ΔT+σ),安全温度修正系数根据标定位置过程中充放电测试时T电芯与T2t之间差值来确定。
6.如权利要求5所述的一种动力电池系统温度修正方法,其特征在于:所述安全修正系数σ根据标定位置处温度传感器采集的温度数据来动态调节。
7.如权利要求6所述的一种动力电池系统温度修正方法,其特征在于:在温度大于50摄氏度时,安全修正系统σ为负数,当温度低于0摄氏度时,安全修正系统σ为正数,用于保证电芯温度不会超过临界温度。
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