CN113375822B - 锂电池包温度检测系统及温度检测方法 - Google Patents

锂电池包温度检测系统及温度检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池包温度检测系统及温度检测方法，检测系统包括测温阵列、模拟开关、信号处理转换电路和控制器；所述模拟开关包括行功能选择模拟开关、列功能选择模拟开关、行选通模拟开关和列选通模拟开关；控制器通过行/列选通控制信号控制行选通模拟开关/列选通模拟开关，对测温阵列进行选通管理；控制器通过功能选择控制信号控制行功能选择模拟开关和列功能选择模拟开关，实现储能选通功能和信号处理转换功能的切换。本发明线束少，体积小；选通控制接口逻辑简单，温度巡检测量周期短；既可以封装成独立的测温单元通过少量线束引至远端处理，也可以用PCB板载形式和锂电池组一起封装；易于和锂电池均衡控制等常用电路集成。

Description

锂电池包温度检测系统及温度检测方法
技术领域
本发明涉及温度检测电路，尤其涉及一种锂电池包温度检测系统，同时还涉及一种锂电池包温度检测方法。
背景技术
随着动力电池技术的快速发展，高比能量、高比功率的锂电池，在电动汽车等行业均有十分广泛的应用。锂电池在使用过程受焦耳热、反应热、极化热等因素影响，会有大量热量聚集，使电池温度上升，在锂电池成组使用的储能系统中更为严重；温度异常会影响锂电池寿命和循环效率，极端情况会引起爆炸。因此，有必要对锂电池的温度进行有效监测，消除安全隐患，最直接的方法就是测量锂电池壳体的温度。
目前，锂电池的温度检测原理主要有电信号检测和光信号检测两类；电信号检测一般通过热电阻、热敏电阻、热电偶或集成式数字传感器实现；光信号检测一般通过分布式光纤、光纤光栅、红外线、图像处理等原理实现。
其中，电信号检测技术的发展成熟，但在锂电池组的应用场景下每个温度传感器都需要单独引线，因此存在线束过多的问题，系统扩展或兼容性差。光纤温度监测方法受电磁场及电化学反应干扰小，光纤传感器尺寸小，绝缘性好，目前光纤温度传感器主要有光纤光栅传感器和分布式光纤传感器两类；但光纤温度传感器需要在每只单体电池上绕制光纤，生产工艺复杂，光学配套要求高；红外线和图像处理技术测试环境复杂，一般应用于实验室测试。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种线束少、扩展性好的锂电池包温度检测系统，本发明还提供了一种温度巡检测量周期短的锂电池包温度检测方法。
技术方案：一种锂电池包温度检测系统，包括测温阵列、模拟开关、信号处理转换电路和控制器，所述模拟开关、信号处理转换电路分别和控制器电连接；
所述模拟开关包括行选通模拟开关MUX3和列选通模拟开关MUX4；测温阵列的行线连接行选通模拟开关MUX3，测温阵列的列线连接列选通模拟开关MUX4，控制器通过行/列选通控制信号控制行选通模拟开关MUX3/列选通模拟开关MUX4，对测温阵列进行选通管理；
所述模拟开关还包括行功能选择模拟开关MUX1和列功能选择模拟开关MUX2，其中，行功能选择模拟开关MUX1串接在行选通模拟开关MUX3和信号处理转换电路之间，列功能选择模拟开关MUX2串接在列选通模拟开关MUX4和信号处理转换电路之间；所述行功能选择模拟开关MUX1和列功能选择模拟开关MUX2中的一个接地GND，另一个接偏置电压VCC；控制器通过功能选择控制信号控制行功能选择模拟开关MUX1和列功能选择模拟开关MUX2，实现储能选通功能和信号处理转换功能的切换。
进一步的，所述测温阵列的每个行列交叉点都挂接有相同的测温节点，所述测温节点包括电阻测温传感器RT、MOS开关管、整流二极管D、储能电容C和放电电阻R；当切换至储能选通功能时，所述整流二极管D在偏置电压VCC的作用下单向导通，向储能电容C充电。
进一步的，所述模拟开关选用低导通内阻芯片，所述低导通内阻芯片的导通内阻小于测温电阻传感器RT的阻值。优选的，所述低导通内阻芯片的导通内阻小于500m欧。
进一步的，所述MOS开关管选用超低导通内阻型，所述超低导通内阻型MOS开关管的导通内阻小于测温电阻传感器RT的阻值。优选的，所述超低导通内阻型MOS开关管的导通内阻小于500m欧。
进一步的，所述行功能选择模拟开关MUX1、列功能选择模拟开关MUX2均为2选1模拟开关。
一种基所述锂电池包温度检测系统的温度检测方法，包括如下步骤：
(1)控制器通过控制行选通模拟开关MUX3和列选通模拟开关MUX4，选通测温阵列中某一行线和某一列线，对应行列线上挂接的测温节点被选中；
(2)控制器切换行功能选择模拟开关MUX1和列功能选择模拟开关MUX2至储能选通功能；
(3)所选中测温节点的整流二极管D在偏置电压VCC的作用下单向导通，向储能电容C充电；
(4)充电完成后，在MOS开关管的栅极和源极之间形成偏置电压，MOS管饱和导通；
(5)控制器切换行功能选择模拟开关MUX1和列功能选择模拟开关MUX2至信号处理转换功能，此时MOS开关管在储能电容C的偏置电压作用下，继续保持导通状态，所选中测温节点的电阻测温传感器RT被接入信号处理转换电路，控制器接收信号处理转换电路的检测数据，完成该测温节点温度的检测；在放电电阻R所构成回路的作用下，储能电容C将电荷释放，MOS开关管重新进入截止状态，该测温节点的行线列线之间呈高阻断路状态；
上述信号处理转换模式下，测温阵列的行线和列线之间的压差必须小于储能电容C充完电后两端的电压值。即信号处理转换电路与测温电阻传感器RT相连后，整流二极管D应处于截止状态。
(6)由控制器改变行列选通状态，重复步骤(1)～(5)，完成所有测温节点的温度巡检。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：1、行列线复用，线束少；2、各测温点所需的器件仅有MOS开关管、整流二极管、储能电容、放电电路和测温电阻传感器5个元件，体积小，结构紧凑，成本低；3、选通控制接口逻辑简单，温度巡检测量周期短；4、既可以封装成独立的测温单元通过少量线束引至远端处理，也可以用PCB板载形式和锂电池组一起封装；易于和锂电池均衡控制等常用电路集成。
附图说明
图1为锂电池包温度检测系统结构框图；
图2为测温阵列中每个行列交叉点的测温节点构成示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明的系统结构框图如图1所示，包括控制器、模拟开关MUX1～MUX4、测温阵列和信号处理转换电路。
控制器为核心，其功能包括：通过4个模拟开关MUX1～MUX4对测温阵列进行选通管理和功能选择管理、对信号处理转换电路进行控制、接收信号处理转换电路的温度检测结果、数据通信管理。
具体的，MUX1为行功能选择模拟开关，MUX2为列功能选择模拟开关，两者均为2选1模拟开关。且MUX1接VCC，MUX2接GND。
MUX1和MUX2同时由功能选择控制信号控制，可在储能选通功能/信号处理转换功能之间切换；
MUX3为行选通模拟开关，其各开关输入端与测温阵列行线相连。
MUX4为列选通模拟开关，其各开关输入端与测温阵列列线相连。
MUX1的开关输出端与MUX3的开关输出端相连，MUX2的开关输出端与MUX4的开关输出端相连。
测温阵列每个行列交叉点都挂接相同的测温节点，节点构成如图2所示，包括电阻测温传感器RT、MOS开关管、整流二极管D、储能电容C和放电电阻R；其中，电阻测温传感器RT和MOS开关管串联形成第一串联支路，第一串联支路的一端连接MUX3开关输入端，另一端连接MUX4开关输入端；储能电容C和放电电阻R并联后形成并联支路，该并联支路一端连接MOS管G极，并联支路另一端连接MOS管S极，并联支路整体再与整流二极管D串联形成第二串联支路，第二串联支路和第一串联支路并联，即第二串联支路的一端连接MUX3开关输入端，另一端连接MUX4开关输入端。应注意，整流二极管D、MOS开关管应当适配于偏置电压VCC而配置；本实施例中，由于MUX1接偏置电压VCC，则整流二极管D的正极连接MUX3开关输入端，MOS开关管的S极连接MUX4开关输入端，从而满足整流二极管D在偏置电压VCC的作用下单向导通的要求。
优选的，模拟开关MUX1～MUX4选用低导通内阻芯片，导通内阻远小于测温电阻传感器RT的阻值；MOS开关管选用超低导通内阻型，MOS开关管导通内阻远小于测温电阻的阻值。通常，测温电阻考虑PT100或PT1000，而为了避免器件内阻干扰测温，所选器件的导通内阻应小于500m欧。
(1)在控制器的作用下，通过行选通模拟开关MUX3和列选通模拟开关MUX4，分别选通某一行线和某一列线，对应行列线上挂接的测温节点被选中；
(2)控制器切换MUX1和MUX2至储能选通模式；
(3)选中测温节点的整流二极管D在偏置电压VCC的作用下单向导通，向储能电容C充电；
(4)充电完成后，在MOS开关管的栅极和源极之间形成偏置电压，MOS管饱和导通；
(5)控制器切换MUX1和MUX2切换至信号处理转换模式，此时MOS开关管在储能电容C的偏置电压作用下，继续保持导通状态，所选测温节点的电阻测温传感器RT将被接入信号处理转换电路，在控制器的控制下完成该节点温度的检测；在放电电阻R所构成回路的作用下，储能电容C将电荷释放，MOS管重新进入截止状态，该测温节点的行线列线之间呈高阻断路状态。
为避免第二串联支路并联到测温电阻上而影响测量精度，上述信号处理转换模式下，测温阵列的行线和列线之间的压差必须小于储能电容C充完电后两端的电压值。即信号处理转换电路与测温电阻传感器RT相连后，整流二极管D应处于截止状态。
(6)由控制器改变行列选通状态，重复上述(1～5)步骤即可完成所有测温节点的温度巡检。

Claims (8)

1.一种锂电池包温度检测系统，其特征在于，包括测温阵列、模拟开关、信号处理转换电路和控制器，所述模拟开关、信号处理转换电路分别和控制器电连接；
所述模拟开关包括行选通模拟开关MUX3和列选通模拟开关MUX4；测温阵列的行线连接行选通模拟开关MUX3，测温阵列的列线连接列选通模拟开关MUX4，控制器通过行/列选通控制信号控制行选通模拟开关MUX3/列选通模拟开关MUX4，对测温阵列进行选通管理；
所述模拟开关还包括行功能选择模拟开关MUX1和列功能选择模拟开关MUX2，其中，行功能选择模拟开关MUX1串接在行选通模拟开关MUX3和信号处理转换电路之间，列功能选择模拟开关MUX2串接在列选通模拟开关MUX4和信号处理转换电路之间；所述行功能选择模拟开关MUX1和列功能选择模拟开关MUX2中的一个接地GND，另一个接偏置电压VCC；控制器通过功能选择控制信号控制行功能选择模拟开关MUX1和列功能选择模拟开关MUX2，实现储能选通模式和信号处理转换模式的切换；
所述测温阵列的每个行列交叉点都挂接有相同的测温节点，所述测温节点包括电阻测温传感器RT、MOS开关管、整流二极管D、储能电容C和放电电阻R；电阻测温传感器RT和MOS开关管串联形成第一串联支路，第一串联支路的一端连接MUX3开关输入端，另一端连接MUX4开关输入端；储能电容C和放电电阻R并联后形成并联支路，该并联支路一端连接MOS开关管G极，并联支路另一端连接MOS开关管S极，并联支路整体再与整流二极管D串联形成第二串联支路，第二串联支路和第一串联支路并联；当切换至储能选通模式时，所述整流二极管D在偏置电压VCC的作用下单向导通，向储能电容C充电；
基于所述锂电池包温度检测系统进行锂电池包温度检测，包括如下步骤：
（1）控制器通过控制行选通模拟开关MUX3和列选通模拟开关MUX4，选通测温阵列中某一行线和某一列线，对应行列线上挂接的测温节点被选中；
（2）控制器切换行功能选择模拟开关MUX1和列功能选择模拟开关MUX2至储能选通模式；
（3）所选中测温节点的整流二极管D在偏置电压VCC的作用下单向导通，向储能电容C充电；
（4）充电完成后，在MOS开关管的栅极和源极之间形成偏置电压，MOS开关管饱和导通；
（5）控制器切换行功能选择模拟开关MUX1和列功能选择模拟开关MUX2至信号处理转换模式，此时MOS开关管在储能电容C的偏置电压作用下，继续保持导通状态，所选中测温节点的电阻测温传感器RT被接入信号处理转换电路，控制器接收信号处理转换电路的检测数据，完成该测温节点温度的检测；在放电电阻R所构成回路的作用下，储能电容C将电荷释放，MOS开关管重新进入截止状态，该测温节点的行线列线之间呈高阻断路状态；
（6）由控制器改变行列选通状态，重复上述步骤（1）~（5），完成所有测温节点的温度巡检。
2.根据权利要求1所述的锂电池包温度检测系统，其特征在于，所述模拟开关选用低导通内阻芯片，所述低导通内阻芯片的导通内阻小于测温电阻传感器RT的阻值。
3.根据权利要求2所述的锂电池包温度检测系统，其特征在于，所述低导通内阻芯片的导通内阻小于500m欧。
4.根据权利要求1所述的锂电池包温度检测系统，其特征在于，所述MOS开关管选用超低导通内阻型，所述超低导通内阻型MOS开关管的导通内阻小于测温电阻传感器RT的阻值。
5.根据权利要求4所述的锂电池包温度检测系统，其特征在于，所述超低导通内阻型MOS开关管的导通内阻小于500m欧。
6.根据权利要求1所述的锂电池包温度检测系统，其特征在于，所述行功能选择模拟开关MUX1为2选1模拟开关。
7.根据权利要求1所述的锂电池包温度检测系统，其特征在于，所述列功能选择模拟开关MUX2为2选1模拟开关。
8.根据权利要求1所述的锂电池包温度检测系统，其特征在于，在信号处理转换模式下，所述整流二极管D处于截止状态。
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