CN111896134A - 一种电池包分布式温度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池包分布式温度测量方法，包括声波测温系统和电池包，所述电池包包括壳体，所述壳体包括电池包盒体和与电池包盒体配合使用的上壳板，其中，电池包盒体内，设置有底部托盘和电芯，电池包下壳板设置有声波测温系统，本发明首先对声波测温系统与电池模组进行集成，形成电池包，当电池模组在工作时，声波测温系统采集声波传播的速度，并进行温度计算，构建声波传播网络，并测算出电池包内温度的分布情况，得到电池包内的温度分布图。本发明利用少量的温度传感器，实现测量精度高的电池温度测量，有效避免安全事故的发生，为人们提供一种有效的参考方法。
Description
技术领域
本发明涉及电池组监测领域，具体是一种电池包分布式温度测量方法。
背景技术
由于锂离子电池有着能量密度大、循环次数多、质量轻且有较高性能等优势，已经逐渐成为电化学储能行业中不可或缺的重要组成部分，广泛应用于各种储能场景。为了提高能量密度降低成本，锂离子电池向大容量大体积的方向发展。锂离子电池的散热变得更加困难，温度的差别更加明显，需要能反应温度分布的测量方案。目前在锂电池模组或pack领域，对电池组的温度进行监测时，往往是采用测温传感器如热敏电阻，将测温探头粘接在电池极耳连接片上或放置在某一需要测温的固定位置，检测电池组的温度，并将采集的数据传送给BMS管理系统处理。这些方法都是只针对模组或电池包中的一点进行温度测量，现有的电池组温度监测方法，存在以下缺陷：
1.现有技术中，采用的温度测量方式都是单点测量，一个传感器只能测量一点的温度，因此无论传感器是放置在极耳还是锂离子电池表面都不能很好的反应电池的温度，存在误判和反应不及时的风险；
2.在现阶段，用于测量温度的温度传感器都是接触式的，因此会对电池模组或电池包的结构产生影响，同时，在对电池包进行测量时，温度传感器可增加的数量也是极有限的，温度测量效率低下；
3.现有技术的温度传感器普遍不耐高温，因此当电池发生热失控高温气体冲出或着火燃烧时，温度传感器已经损毁，无法继续工作。
因此，人们急需一种用于检测电池包内部温度的测量方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池包分布式温度测量方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电池包分布式温度测量方法，所述电池包分布式温度测量方法包括以下步骤：
步骤S1，对声波测温系统与电池模组进行集成，形成电池包；
步骤S2，在电池模组工作时，声波测温系统采集声波传播的速度，并进行温度计算；
步骤S3，构建声波传播网络，并测算出电池包内温度的分布情况，得到电池包内的温度分布图。
进一步地，在所述步骤S1中，所述电池包包括壳体，所述壳体包括上电池包盒体和与电池包盒体配合使用的上壳板；
所述电池包盒体内设置有底部托盘和电芯，其中，所述底部托盘上开设有多个第一凹槽，所述电芯包括若干个电芯单体，所述电芯单体设置于第一凹槽内，所述电芯单体的上表面设置有正极柱、负极柱和防爆阀，相邻的电芯单体通过连接片相互连接，所述电芯两侧均设置有导轨，所述导轨上设置有滑动的声波传感器，所述声波传感器可以通过滑动改变声波传感器进行温度测量的位置，可以用较少数量的声波传感器对电池包内温度进行测算；
所述电芯的上方设置有上顶板，所述上顶板上开设有多个用于电芯单体正负极柱穿过的第二凹槽和供防爆阀穿过的第三凹槽，所述连接片设置在上顶板的上表面。
所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽的设计对电芯进行相对固定，保证相邻电芯互相之间不会接触，其中，所述第二凹槽与所述第一凹槽的大小分别根据相应的电芯单体和连接片尺寸进行设计，可以使得电芯的正负极柱和防爆阀完全暴露出来，通过焊接的方式固定连接片与电芯的正负极柱进行连接，实现电芯之间的串并联连接，但连接片与电芯的连接方式包括但不仅限于焊接的方式。
优选地，所述上壳板与上顶板固定连接，所述上壳板与上顶板固定连接的方式可以但不仅限于螺栓连接，所述上顶板上的第二凹槽与所述底部托盘上的第一凹槽，分别对应电芯单体的正负极柱，对电芯进行相对固定，保证相邻电芯之间不会接触，产生不良影响；
所述底部托盘与所述下壳板进行固定连接，其连接方式包括但不仅限于螺栓连接，所述底部托盘的材质可以为塑胶件，但不仅限于塑胶材质，其作用为对各个电芯单体具有承载和分离的作用；
所述电池包中，上壳板、上顶板、电池包盒体和下壳板由上至下依次压缩固定连接，所述固定连接方式包括但不仅限于螺栓连接，所述下壳板的材质为钣金件，但下壳板材质并不仅限于钣金件，所述下壳板作为电池包的外壳，对电池包内的各个元器件具有承载作用。
优选地，所述下壳板设有声波测温系统，所述声波测温系统包括声波传感器、声波处理模块和BMS采集模块，所述声波传感器包括声波发送模块和声波接收模块，所述声波处理模块通过安装于电池包的前端面板上，其中，所述声波处理模块包括电池管理模块、信号放大器和模数转换器；
所述电池管理模块与电池检测线束进行连接，所述声波处理模块与声波接收模块进行连接，所述声波发送模块与所述电池管理模块进行连接，根据连接方式完成所有电池模组的集成。
进一步地，所述步骤S2，声波测温系统进行电池包温度计算，包括以下步骤：
步骤S21，所述声波处理模块中的电池管理模块，控制电池包盒体的一端通过声波传感器的声波发送模块发送声波，声波接收模块进行声波的接收；
步骤S22，所述BMS采集模块采集所述电池包盒体两侧的声波传感器用于进行声波发送和接收的时间；
步骤S23，根据所述步骤S22中，所述BMS采集模块采集到的声波发送和接收时间，对声波传播速度进行计算。
优选地，所述步骤S23中，对声波传播速度进行计算，根据公式：
其中，C为声波在介质中的传播速度，R为气体常数，K为气体的绝热指数，M为气体的分子量，T为气体温度，Z为特定气体的常数，其中，
当气体一定时，声波传播速度为温度T的函数。
进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：
步骤S31，所述导轨上安装有多个声波传感器，所述声波传感器通过在导轨上不停滑动，形成声波传播网络；
步骤S32，对所述步骤S31中形成的声波传播网络中的电池包声波进行采集，对电池包内温度分布情况进行采集和测算；
步骤S33，对电池包内部温度分布情况进行分析，得到电池包内的温度分布图。
优选地，所述步骤S31中，形成声波传播网络的方式为：位于电池包盒体一侧的所述声波传感器通过声波发送模块，将声波发送至声波电池包盒体的另一侧声波传感器，同时所述声波接收模块对发送的声波进行接收，其中，一个声波传感器发送的声波由多个声波收发模块接收，形成一个交叉的声波传播网络，同时，所述声波传感器在导轨上的不断移动，对声波传播距离产生改变，根据声波传播网络对电池包温度进行测量，可以使用较少的温度传感器测量整个电池包内部温度，将温度测量的范围进行最大化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用少量的温度传感器即可测量电池包内的空间温度分布情况，并且响应速度快，测量精度高，温度范围广，对气体成分敏感，能够及时反应电池热失控并且在电池发生着火后仍能继续检测温度，可以有效预防事故发生以及事故后分析。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种电池包分布式温度测量方法的方法结构示意图；
图2为本发明一种电池包分布式温度测量方法的声波测温系统示意图；
图3为本发明一种电池包分布式温度测量方法的声波分布测温示意图；
图4为本发明一种电池包分布式温度测量方法的温度测量布置示意图；
图5为本发明一种电池包分布式温度测量方法的声波传播网络示意图。
图中：1-电池包、11-上壳板、12-上顶板、13-连接片、14-导轨、15-电芯、16-第一凹槽、17-底部托盘、18-下壳板、19-第二凹槽、20-第三凹槽、21-声波处理模块、22-声波传感器、23-BMS采集模块。
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做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。
请参阅图1～5，本发明实施例中，一种电池包分布式温度测量方法，电池包分布式温度测量方法包括以下步骤：
步骤S1，对声波测温系统与电池模组进行集成，形成电池包；
步骤S2，在电池模组工作时，声波测温系统采集声波传播的速度，并进行温度计算；
步骤S3，构建声波传播网络，并测算出电池包内温度的分布情况，得到电池包内的温度分布图。
步骤S1中，电池包1包括壳体，壳体包括电池包盒体和与电池包盒体配合使用的上壳板11；
电池包盒体内设置有底部托盘17和电芯15，其中，底部托盘17上开设有多个第一凹槽16，电芯15包括若干个电芯单体，电芯单体设置于第一凹槽16内，电芯单体的上表面设置有正极柱、负极柱和防爆阀，相邻的电芯单体通过连接片13相互连接，电芯15两侧均设置有导轨14，导轨14上设置有滑动的声波传感器22；
电芯15的上方设置有上顶板12，上顶板12上开设有多个用于电芯单体正负极柱穿过的第二凹槽19和供防爆阀穿过的第三凹槽20，连接片13设置在上顶板13的上表面。
下壳板18设有声波测温系统，声波测温系统包括声波传感器22、声波处理模块21和BMS采集模块23，声波传感器22包括声波发送模块和声波接收模块，声波处理模块21通过安装于电池包1的前端面板上，其中，声波处理模块21包括电池管理模块、信号放大器和模数转换器；
电池管理模块与电池检测线束进行连接，声波处理模块21与声波接收模块进行连接，声波发送模块与电池管理模块进行连接，根据连接方式完成所有电池模组的集成。
在步骤S2中，声波测温系统进行电池包温度计算，包括以下步骤：
步骤S21，声波处理模块21中的电池管理模块，控制电池包盒体的一端通过声波传感器22的声波发送模块发送声波，声波接收模块进行声波的接收；
步骤S22，BMS采集模块23采集所述电池包盒体两侧的声波传感器22用于进行声波发送和接收的时间；
步骤S23，根据步骤S22中，所述BMS采集模块23采集到的声波发送和接收时间，对声波传播速度进行计算。
在步骤S23中，对声波传播速度进行计算，根据公式：
其中，C为声波在介质中的传播速度，R为气体常数，K为气体的绝热指数，M为气体的分子量，T为气体温度，Z为特定气体的常数，其中，当气体为同一种稳定气体时，声波传播速度为气体温度T的函数，同时，
步骤S3包括以下步骤：
步骤S31，导轨14上安装有多个声波传感器22，声波传感器22通过在导轨14上不停滑动，形成声波传播网络；
步骤S32，对所述声波传播网络中电池包声波进行采集，对电池包内温度分布情况进行采集和测算；
步骤S33，对电池包内部温度分布情况进行分析，得到电池包内的温度分布图。
在步骤S31中，形成声波传播网络的方式为：位于电芯一侧的所述声波传感器22通过声波发送模块，将声波发送至声波电芯的另一侧声波传感器22，同时声波接收模块对发送的声波进行接收，其中，一个声波传感器22发送的声波由多个声波收发模块22接收，形成一个交叉的声波传播网络，同时，所述声波传感器22在导轨14上的不断移动，对声波传播距离产生改变。
本发明的工作原理是：电池包1包括壳体，所述壳体包括电池包盒体和与电池包盒体配合使用的上壳板11，其中，电池包盒体内设有底部托盘17和电芯15，电芯15由多个电芯单体组成，底部托盘17与电池包1的下壳板18进行连接固定，其中，底部托盘17对电池包内的电芯单体进行承载和分离，下壳板18作为电池模组的外壳，承载各个元器件，在电芯两侧安装导轨14，在导轨14上安装声波传感器22，声波传感器22可以在导轨上滑动；
将电芯单体的一端逐一放入底部托盘17的第一凹槽16中，另一端放置与上顶板12的第二凹槽19并与连接片13进行正负极柱的连接，上顶板12的主要作用是完成电芯15的相对固定，以保证相邻电芯单体互相之间不会接触，在对第一凹槽16、第二凹槽19和第三凹槽20进行结构设计时，我们需要根据相应的电芯15尺寸进行设计，使得电芯15的正负极柱和防爆阀完全暴露出来，然后用焊接的方式固定连接片13与电芯15的正负极柱，实现电芯之间的串并联连接，然后通过螺栓连接的方式将上壳板11与上顶板12固定，通过螺栓连接的方式将声波处理模块21安装在电池包前端面板上，同时，电池检测线束和声波接收模块分别与电池管理模块和声波处理模块21连接，声波处理模块包括信号放大器、模数转换器以及处理单元，最后通过螺栓连接的方式将模组上壳板11与下壳板18固定，此时完成所有结构件及电气部件的固定与连接。
在电池工作时，声波传感器22声波发送模块发出声波，另一端的声波传感器22通过声波接收单元接收声波，由于两个收发器之间的距离是固定的，通过采集收发声波的时间，就可以计算出声波传播的速度，当气体一定时，声波传播速度为温度T的函数，因此即可计算出此时的温度。通过声波传感器在滑轨上的移动和声波在不同收发器之间的传播得到各个传播路径上的温度，经过处理后得到电池包的温度分布图。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种电池包分布式温度测量方法，其特征在于，包括声波测温系统和电池包，所述电池包分布式温度测量方法包括以下步骤：
步骤S1，对声波测温系统与电池模组进行集成，形成电池包；
步骤S2，在电池模组工作时，声波测温系统采集声波传播的速度，并进行温度计算；
步骤S3，构建声波传播网络，并测算出电池包内温度的分布情况，得到电池包内的温度分布图。
2.根据权利要求1所述的一种电池包分布式温度测量方法，其特征在于,在所述步骤S1中，所述电池包(1)包括壳体，所述壳体包括电池包盒体和与电池包盒体配合使用的上壳板(11)；
所述电池包盒体内设置有底部托盘(17)和电芯(15)，其中，所述底部托盘(17)上开设有多个第一凹槽(16)，所述电芯(15)包括若干个电芯单体，所述电芯单体设置于第一凹槽(16)内，所述电芯单体的上表面设置有正极柱、负极柱和防爆阀，相邻的电芯单体通过连接片(13)相互连接，所述电芯(15)两侧均设置有导轨(14)，所述导轨(14)上设置有滑动的声波传感器(22)；
所述电芯(15)的上方设置有上顶板(12)，所述上顶板(12)上开设有多个用于电芯单体正负极柱穿过的第二凹槽(19)和供防爆阀穿过的第三凹槽(20)，所述连接片(13)设置在上顶板(13)的上表面。
3.根据权利要求2所述的一种电池包分布式温度测量方法，其特征在于，所述下壳板(18)设有声波测温系统，所述声波测温系统包括声波传感器(22)、声波处理模块(21)和BMS采集模块(23)，所述声波传感器(22)包括声波发送模块和声波接收模块，所述声波处理模块(21)安装与电池包(1)的前端面板上，其中，所述声波处理模块(21)包括电池管理模块、信号放大器和模数转换器；
所述电池管理模块与电池检测线束进行连接，所述声波处理模块(21)与声波接收模块进行连接，所述声波发送模块与所述电池管理模块进行连接，根据连接方式完成所有电池模组的集成。
4.根据权利要求3所述的一种电池包分布式温度测量方法，其特征在于，所述步骤S2，声波测温系统进行电池包温度计算，包括以下步骤：
步骤S21，所述声波处理模块(21)中的电池管理模块，控制电池包盒体的一端通过声波传感器(22)的声波发送模块发送声波，声波接收模块进行声波的接收；
步骤S22，所述BMS采集模块(23)采集所述电池包盒体两侧的声波传感器(22)用于进行声波发送和接收的时间；
步骤S23，根据所述步骤S22中，所述BMS采集模块(23)采集到的声波发送和接收时间，对声波传播速度进行计算。
5.根据权利要求4所述的一种电池包分布式温度测量方法，其特征在于，所述步骤S23中，对声波传播速度进行计算，根据公式：
其中，C为声波在介质中的传播速度，R为气体常数，K为气体的绝热指数，M为气体的分子量，T为气体温度，Z为特定气体的常数，其中，当气体为同一种稳定气体时，声波传播速度为气体温度T的函数，同时，
6.根据权利要求1所述的一种电池包分布式温度测量方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
步骤S31，所述导轨(14)上安装有多个声波传感器(22)，所述声波传感器(22)通过在导轨(14)上不停滑动，形成声波传播网络；
步骤S32，对所述步骤S31中形成的声波传播网络中的电池包声波进行采集，对电池包内温度分布情况进行采集和测算；
步骤S33，对电池包内部温度分布情况进行分析，得到电池包内的温度分布图。
7.根据权利要求6所述的一种电池包分布式温度测量方法，其特征在于，所述步骤S31中，形成声波传播网络的方式为：位于电芯一侧的所述声波传感器(22)通过声波发送模块，将声波发送至声波电芯的另一侧声波传感器(22)，同时所述声波接收模块对发送的声波进行接收，其中，一个声波传感器(22)发送的声波由多个声波收发模块(22)接收，形成一个交叉的声波传播网络，同时，所述声波传感器(22)在导轨(14)上的不断移动，对声波传播距离产生改变。
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