CN112838284A - 一种动力电池全温场标定系统及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力电池全温场标定系统及标定方法，涉及动力电池技术领域。该动力电池全温场标定系统，包括：高低温环境舱，待标定的动力电池处于高低温环境舱的内部；其中，动力电池的每一电芯模组中，部分数量的电芯上布置有NTC温度传感器，部分数量的电芯的外部布置有热电偶；充放电试验机，通过高压连接线与动力电池连接；第一温度采集设备，与热电偶连接；第二温度采集设备，与NTC温度传感器连接。上述方案，根据热电偶采集到的温度对NTC温度传感器采集到的温度进行修正，获取标定后的温度场，使得NTC温度传感器采集的温度经修值后可以代表电池系统的真实温度场，更安全、更精确的服务于BMS策略的执行。

Description

一种动力电池全温场标定系统及标定方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种动力电池全温场标定系统及标定方法。

背景技术

随着科技的发展，汽车已成为人们日常生活中不可缺少的交通工具；因燃油作为不可再生资源，为了降低燃油的使用量，越来越多的汽车生产厂商逐渐致力于纯电动汽车的研究以及生产。

目前在动力电池系统温度采集环节，受限于BMS子板采集通道、空间、工艺实现以及成本等压力，量产电池产品的温度采集数量往往无法实现对所有电芯的采集，一般情况下每个模组布置2个采温点，甚至1个，该少量的温度采集位置一般根据仿真分析的温场分布确定，但在试验过程中发现，该少量的温度采集与电池系统真实温场存有差异，由此，温度采集数量有限，以有限的采集温度直接代表整个电池系统全温场的温度，对复杂的整车使用工况而言，适用性较低。

因此，在电池系统设计开发过程中需考虑车辆运行过程的多种复杂工况状态，并在设计阶段通过对有限的BMS温度采集与电池系统的整个温场分布的差异进行某种关系的识别、计算、修值以及验证(即温场标定过程)，达成BMS采集温度经修值后可以代表电池系统的真实温度场的目标，识别出电池系统温度场的最高和最低温度，更安全、更精确的服务于BMS策略的执行。

发明内容

本发明实施例提供一种动力电池全温场标定系统及标定方法，用以解决由于动力电池系统上温度传感器设置有限造成的温度传感器获取的温度场与实际温度场存在差异的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种动力电池全温场标定系统，包括：

高低温环境舱，待标定的动力电池处于所述高低温环境舱的内部；其中，所述动力电池的每一电芯模组中，部分数量的电芯上布置有负温度系数NTC温度传感器，部分数量的电芯的外部布置有热电偶；

充放电试验机，通过高压连接线与所述动力电池连接；

第一温度采集设备，与所述动力电池上的所述NTC温度传感器连接；

第二温度采集设备，与所述动力电池上的所述热电偶连接。

进一步地，所述NTC温度传感器设置在所述电芯模组通过热仿真分析识别的最高温度电芯和最低温度电芯上。

进一步地，所述动力电池上的多个电芯模组呈对称形式时，位于所述动力电池的第一对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上；

位于所述动力电池的第二对称区域内的多个电芯模组上，分布预设数量的热电偶；或者，位于所述动力电池的第二对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上。

进一步地，所述第一温度采集设备通过低压连接线与所述NTC温度传感器连接；所述第二温度采集设备通过外置热电偶线束与所述热电偶连接。

本发明实施例还提供一种采用上述的标定系统的全温场标定方法，所述方法包括：

控制所述高低温环境舱内的温度为符合预设工况的设定温度，以及根据所述预设工况控制充放电机对设置于所述高低温环境舱内的动力电池进行充放电控制；

通过所述第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二温度；

根据所述第一温度和所述第二温度，获取温度标定的修正函数；

根据所述修正函数，对所述第一温度进行修正，获得动力电池的全温场标定温度。

进一步地，所述预设工况为如下工况的其中之一：

低温快充工况、低温慢充工况、高温快充工况、高温慢充工况、常温快充工况、常温慢充工况、低温放电工况、高温放电工况和常温放电工况。

进一步地，在控制所述高低温环境舱内的温度为符合预设工况的设定温度，以及根据所述预设工况控制充放电机对设置于所述高低温环境舱内的动力电池进行充放电控制之前，所述方法还包括：

对设置在动力电池上的热电偶采集的温度和NTC温度传感器采集的温度进行校核。

进一步地，所述对设置在动力电池上的热电偶采集的温度和NTC温度传感器采集的温度进行校核，包括：

所述NTC温度传感器设置在所述电芯模组通过热仿真分析识别的最高温度电芯和最低温度电芯上，所述动力电池上的多个电芯模组呈对称形式时，位于所述动力电池的第一对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上，位于所述动力电池的第二对称区域内的多个电芯模组上，分布预设数量的热电偶，通过所述第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一校核温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二校核温度；

当所述第一校核温度和所述第二校核温度的差值小于或等于预设温度阈值时，校核结束；

当所述第一校核温度和所述第二校核温度的差值大于预设温度阈值时，调整所述动力电池的第二对称区域上的热电偶分布，第二对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上。

本发明实施例还提供一种动力电池全温场标定装置，应用于上述的标定系统，所述装置包括：

控制模块，用于控制所述高低温环境舱内的温度为符合预设工况的设定温度，以及根据所述预设工况控制充放电机对设置于所述高低温环境舱内的动力电池进行充放电控制；

温度获取模块，用于通过所述第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二温度；

修正模块，用于根据所述第一温度和所述第二温度，获取温度标定的修正函数；

标定模块，用于根据所述修正函数，对所述第一温度进行修正，获得动力电池的全温场标定温度。

本发明的有益效果是：

上述方案，通过在动力电池上外置热电偶，根据热电偶采集到的温度对NTC温度传感器采集到的温度进行修正，获取标定后的温度场，使得NTC温度传感器采集的温度经修值后可以代表电池系统的真实温度场的目标，从而识别出电池系统温度场的最高和最低温度，更安全、更精确的服务于BMS策略的执行。保证电动汽车的行车安全。

附图说明

图1表示本发明实施例的动力电池全温场标定系统的结构示意图；

图2表示本发明实施例的动力电池的热电偶布置示意图；

图3表示本发明实施例的动力电池全温场标定方法的流程示意图；

图4标识本发明实施例的动力电池全温场标定方法的温度曲线图之一；

图5标识本发明实施例的动力电池全温场标定方法的温度曲线图之二；

图6标识本发明实施例的动力电池全温场标定装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明针对由于动力电池系统上温度传感器设置有限造成的温度传感器获取的温度场与实际温度场存在差异的问题，提供一种动力电池全温场标定系统及标定方法。

如图1所示，本发明实施例提供一种动力电池全温场标定系统，包括：

高低温环境舱，待标定的动力电池处于所述高低温环境舱的内部；其中，所述动力电池的每一电芯模组中，部分数量的电芯上布置有负温度系数NTC温度传感器，部分数量的电芯的外部布置有热电偶；

充放电试验机，通过高压连接线与所述动力电池连接；

第一温度采集设备，与所述动力电池上的所述NTC温度传感器连接；

第二温度采集设备，与所述动力电池上的所述热电偶连接。

本发明实施例通过在动力电池上外置热电偶，根据热电偶采集到的温度对NTC温度传感器采集到的温度进行修正，获取标定后的温度场，使得NTC温度传感器采集的温度经修值后可以代表电池系统的真实温度场，从而识别出电池系统温度场的最高和最低温度，更安全、更精确的服务于BMS策略的执行。保证电动汽车的行车安全。

需要说明的是，高低温环境舱可以根据我们的需求提供不同的温度环境，动力电池置于该高低温环境舱中可以开展不同温度的试验；所述待标定的动力电池上还设置有高压连接口、低压连接口和热电偶线束连接口。所述第一温度采集设备通过低压连接线与所述NTC温度传感器连接；所述第二温度采集设备通过外置热电偶线束与所述热电偶连接。

进一步需要说明的是，电池管理系统BMS对动力电池温度的调节是基于所述NTC温度传感器采集的温度，因此为了更安全、更精确的服务于BMS策略的执行，需要保证NTC温度传感器采集温度的与动力电池的实际温度的误差尽量小，但是受限于BMS子板采集通道、空间、工艺实现以及成本等压力，量产电池产品的温度采集数量往往无法实现对所有电芯的采集，一般情况下每个模组布置2个采温点，甚至1个采温点，该少量的温度采集位置一般根据仿真分析的温场分布确定，但在试验过程中发现，该少量的温度采集与电池系统真实温场存有差异，由此，温度采集数量有限，以有限的采集温度直接代表整个电池系统全温场的温度，对复杂的整车使用工况而言，适用性较低。因此需要对NTC温度传感器采集到的温度进行修正。具体地，在标定过程中，可以通过在动力电池上外置热电偶来获取动力电池的实际温度。进而根据热电偶采集的温度对NTC温度传感器采集的温度进行修正。

具体地，所述动力电池全温场标定系统还包括：计算机，分别与所述第一温度采集设备和第二温度采集设备连接，用于保存采集到的温度参数。并对采集到的温度进行分析处理，进而对所述动力电池的全温场进行标定。

进一步地，为了保证对动力电池标定结果的准确性，就需要保证热电偶采集到的温度能够代表动力电池的实际温度场。故本发明实施例还包括对待标定的动力电池上NTC温度传感器和热电偶进行合理的布置及校核。

具体地，为了与实际工况吻合，如图2所示，本发明实施例将NTC温度传感器设置在所述电芯模组通过热仿真分析识别的最高温度电芯和最低温度电芯上。该NTC温度传感器采集到的温度是用于BMS用于策略执行的温度。

其中，所述动力电池上的多个电芯模组呈对称形式时，位于所述动力电池的第一对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上。

位于所述动力电池的第二对称区域内的多个电芯模组上，分布预设数量的热电偶，优选地，可以选择五个电芯布置热电偶；或者，位于所述动力电池的第二对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上。

需要说明的是，所述第二对称区域上热电偶的布置是随机选择的预设数量的电芯上，此种方式是否可行，是否能够用于标定实验还需要对其进行校准，如校准合格，则采用该方式，若校准不合格，则采用与第一对称区域上相同的布置方式进行布置热电偶。

如图3所示，本发明实施例还提供一种采用上述的标定系统的全温场标定方法，所述方法包括：

步骤31，控制所述高低温环境舱内的温度为符合预设工况的设定温度，以及根据所述预设工况控制充放电机对设置于所述高低温环境舱内的动力电池进行充放电控制；

步骤32，通过所述第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二温度；

步骤33，根据所述第一温度和所述第二温度，获取温度标定的修正函数；

步骤34，根据所述修正函数，对所述第一温度进行修正，获得动力电池的全温场标定温度。

需要说明的是，本发明实施例通过在动力电池上外置热电偶，根据热电偶采集到的温度对NTC温度传感器采集到的温度进行修正，获取标定后的温度场，使得NTC温度传感器采集的温度经修值后可以代表电池系统的真实温度场的目标，从而识别出电池系统温度场的最高和最低温度，更安全、更精确的服务于BMS策略的执行。保证电动汽车的行车安全。

具体地，考虑到车辆运行过程的多种复杂工况状态下动力电池温度场在修正过程中可能存在差异，故在设计阶段需要对不同工况下的温度场进行标定。达成BMS采集温度经修值后可以代表电池系统的真实温度场的目标，识别出电池系统温度场的最高和最低温度，更安全、更精确的服务于BMS策略的执行。故所述预设工况为如下工况的其中之一：

低温快充工况、低温慢充工况、高温快充工况、高温慢充工况、常温快充工况、常温慢充工况、低温放电工况、高温放电工况和常温放电工况。

具体地，下面针对在低温快充工况下的动力电池温度场标定过程进行分析，如图4所示，是通过第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二温度处理得到的温度变化示意图，其中，包括：根据NTC温度传感器采集的最高温度和最低温度得到的NTC-Tmax曲线和NTC-Tmin曲线，以及根据热电偶采集的最高温度和最低温度得到的全温场-Tmax曲线和全温场-Tmin曲线。可以看出，NTC-Tmax比全温场-Tmax低，NTC-Tmin比全温场-Tmin高，说明BMS采集的温度没有包含电池系统的真实的最高温度和最低温度，经评估BMS的温度采集与全温场热电偶的温度采集偏差存有使用风险，由于低温条件下，充放电策略按照最低温度执行，最高温度可以不修正，因此，需要对BMS采集到的最低温度即NTC-Tmin进行修正，通过数据观察，NTC-Tmin与全温场-Tmin之间的温度采集偏差约3℃，将TNC-Tmin所有温度采集数值进行偏保守的修值，即均相应的向下调整3℃，优选地，为了确保调整的准确度，还可以根据采集到的温度获取修正函数，根据修正函数对NTC-Tmin进行修正，从而获取标定的NTC-Tmin，如图5所示为修正后的各温度曲线，NTC-Tmin修正后的温度数据NTC修值-Tmin几乎和全温场-Tmin吻合，因此，修正后的BMS温度采集数据可以代表电池系统真实的全温场，其他工况分析方法类似。

具体地，为了保证对动力电池标定结果的准确性，就需要保证热电偶采集到的温度能够代表动力电池的实际温度场。故本发明实施例还包括对待标定的动力电池上NTC温度传感器和热电偶进行合理的布置及校核。故在步骤31控制所述高低温环境舱内的温度为符合预设工况的设定温度，以及根据所述预设工况控制充放电机对设置于所述高低温环境舱内的动力电池进行充放电控制之前，所述方法还包括：

对设置在动力电池上的热电偶采集的温度和NTC温度传感器采集的温度进行校核。

具体地，所述对设置在动力电池上的热电偶采集的温度和NTC温度传感器采集的温度进行校核，包括：

所述NTC温度传感器设置在所述电芯模组通过热仿真分析识别的最高温度电芯和最低温度电芯上，所述动力电池上的多个电芯模组呈对称形式时，位于所述动力电池的第一对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上，位于所述动力电池的第二对称区域内的多个电芯模组上，分布预设数量的热电偶，通过所述第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一校核温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二校核温度；

当所述第一校核温度和所述第二校核温度的差值小于或等于预设温度阈值时，校核结束；

当所述第一校核温度和所述第二校核温度的差值大于预设温度阈值时，调整所述动力电池的第二对称区域上的热电偶分布，第二对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上。

本发明实施例通过在动力电池上外置热电偶，根据热电偶采集到的温度对NTC温度传感器采集到的温度进行修正，获取标定后的温度场，使得NTC温度传感器采集的温度经修值后可以代表电池系统的真实温度场的目标，从而识别出电池系统温度场的最高和最低温度，更安全、更精确的服务于BMS策略的执行。本发明与仅通过仿真分析和经验分析的动力电池温度场标定方法相比，采用试验标定的方法使电池系统的温度获取更准确、更科学。动力电池作为电动汽车的重要能量来源，其安全性的保证对于电动汽车的行车安全具有重要的意义。

如图6所示，本发明实施例还提供一种动力电池全温场标定装置，应用于上述的标定系统，所述装置包括：

控制模块61，用于控制所述高低温环境舱内的温度为符合预设工况的设定温度，以及根据所述预设工况控制充放电机对设置于所述高低温环境舱内的动力电池进行充放电控制；

温度获取模块62，用于通过所述第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二温度；

修正模块63，用于根据所述第一温度和所述第二温度，获取温度标定的修正函数；

标定模块64，用于根据所述修正函数，对所述第一温度进行修正，获得动力电池的全温场标定温度。

具体地，所述预设工况为如下工况的其中之一：

低温快充工况、低温慢充工况、高温快充工况、高温慢充工况、常温快充工况、常温慢充工况、低温放电工况、高温放电工况和常温放电工况。

具体地，在控制所述高低温环境舱内的温度为符合预设工况的设定温度，以及根据所述预设工况控制充放电机对设置于所述高低温环境舱内的动力电池进行充放电控制之前，所述方法还包括：

对设置在动力电池上的热电偶采集的温度和NTC温度传感器采集的温度进行校核。

具体地，所述对设置在动力电池上的热电偶采集的温度和NTC温度传感器采集的温度进行校核，包括：

所述NTC温度传感器设置在所述电芯模组通过热仿真分析识别的最高温度电芯和最低温度电芯上，所述动力电池上的多个电芯模组呈对称形式时，位于所述动力电池的第一对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上，位于所述动力电池的第二对称区域内的多个电芯模组上，分布预设数量的热电偶，通过所述第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一校核温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二校核温度；

当所述第一校核温度和所述第二校核温度的差值小于或等于预设温度阈值时，校核结束；

当所述第一校核温度和所述第二校核温度的差值大于预设温度阈值时，调整所述动力电池的第二对称区域上的热电偶分布，第二对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上。

需要说明的是，该装置实施例是与上述方法相对应的装置，上述方法的所有实现方式均适用于该装置实施例，也能达到与之相同的技术效果。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种动力电池全温场标定系统，其特征在于，包括：

高低温环境舱，待标定的动力电池处于所述高低温环境舱的内部；其中，所述动力电池的每一电芯模组中，部分数量的电芯上布置有负温度系数NTC温度传感器，部分数量的电芯的外部布置有热电偶；

充放电试验机，通过高压连接线与所述动力电池连接；

第一温度采集设备，与所述动力电池上的所述NTC温度传感器连接；

第二温度采集设备，与所述动力电池上的所述热电偶连接。

2.根据权利要求1所述的动力电池全温场标定系统，其特征在于，

所述NTC温度传感器设置在所述电芯模组通过热仿真分析识别的最高温度电芯和最低温度电芯上。

3.根据权利要求2所述的动力电池全温场标定系统，其特征在于，所述动力电池上的多个电芯模组呈对称形式时，位于所述动力电池的第一对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上；

位于所述动力电池的第二对称区域内的多个电芯模组上，分布预设数量的热电偶；或者，位于所述动力电池的第二对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上。

4.根据权利要求1所述的动力电池全温场标定系统，其特征在于，所述第一温度采集设备通过低压连接线与所述NTC温度传感器连接；所述第二温度采集设备通过外置热电偶线束与所述热电偶连接。

5.一种动力电池全温场标定方法，应用于权利要求1至4任一项所述的标定系统，其特征在于，所述方法包括：

控制所述高低温环境舱内的温度为符合预设工况的设定温度，以及根据所述预设工况控制充放电机对设置于所述高低温环境舱内的动力电池进行充放电控制；

通过所述第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二温度；

根据所述第一温度和所述第二温度，获取温度标定的修正函数；

根据所述修正函数，对所述第一温度进行修正，获得动力电池的全温场标定温度。

6.根据权利要求5所述的动力电池全温场标定方法，其特征在于，所述预设工况为如下工况的其中之一：

低温快充工况、低温慢充工况、高温快充工况、高温慢充工况、常温快充工况、常温慢充工况、低温放电工况、高温放电工况和常温放电工况。

7.根据权利要求5所述的动力电池全温场标定方法，其特征在于，在控制所述高低温环境舱内的温度为符合预设工况的设定温度，以及根据所述预设工况控制充放电机对设置于所述高低温环境舱内的动力电池进行充放电控制之前，所述方法还包括：

对设置在动力电池上的热电偶采集的温度和NTC温度传感器采集的温度进行校核。

8.根据权利要求7所述的动力电池全温场标定方法，其特征在于，所述对设置在动力电池上的热电偶采集的温度和NTC温度传感器采集的温度进行校核，包括：

所述NTC温度传感器设置在所述电芯模组通过热仿真分析识别的最高温度电芯和最低温度电芯上，所述动力电池上的多个电芯模组呈对称形式时，位于所述动力电池的第一对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上，位于所述动力电池的第二对称区域内的多个电芯模组上，分布预设数量的热电偶，通过所述第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一校核温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二校核温度；

当所述第一校核温度和所述第二校核温度的差值小于或等于预设温度阈值时，校核结束；

当所述第一校核温度和所述第二校核温度的差值大于预设温度阈值时，调整所述动力电池的第二对称区域上的热电偶分布，第二对称区域内的每一电芯模组上，所述热电偶设置在所述电芯模组上除最高温度电芯和最低温度电芯以外的电芯上。

9.一种动力电池全温场标定装置，应用于权利要求1至4任一项所述的标定系统，其特征在于，所述装置包括：

控制模块，用于控制所述高低温环境舱内的温度为符合预设工况的设定温度，以及根据所述预设工况控制充放电机对设置于所述高低温环境舱内的动力电池进行充放电控制；

温度获取模块，用于通过所述第一温度采集设备获取NTC温度传感器所采集的第一温度，以及通过所述第二温度采集设备获取所述热电偶所采集的第二温度；

修正模块，用于根据所述第一温度和所述第二温度，获取温度标定的修正函数；

标定模块，用于根据所述修正函数，对所述第一温度进行修正，获得动力电池的全温场标定温度。

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