CN113740742B - 电池热管理方法、装置、介质和设备 - Google Patents

电池热管理方法、装置、介质和设备 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种电池热管理方法、装置、介质和设备，属于电池管理技术领域，能够对热失控进行快速响应。一种电池热管理方法，包括：获取布置在电池包内的所有温度传感器的实时温度数据；依次计算每个所述温度传感器的温度梯度，其中，所述温度梯度指的是每个所述温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，不同的温度区间对应不同的温度等级，不同的温度等级对应不同的风险等级，而且温度等级越高，风险等级越大；依次计算每个所述温度梯度的风险等级，其中所述风险等级包括正常风险等级和异常风险等级；基于所计算的风险等级进行热失控预警。

Description

电池热管理方法、装置、介质和设备
技术领域
本公开涉及电池管理技术领域，具体地，涉及一种电池热管理方法、装置、介质和设备。
背景技术
为了解决电池热失控问题，通常的做法是在电池组中配置多个温度传感器，采集各个模组或单体的温度，通过监测各个温度传感器的温度值来对电池组的热安全状态进行实时监测。然而，这种方法对热事件的响应速度较慢。
发明内容
本公开的目的是提供一种电池热管理方法、装置、介质和设备，能够快速地对热事件进行响应，有效地进行热失控预警。
根据本公开的第一实施例，提供一种电池热管理方法，包括：获取布置在电池包内的所有温度传感器的实时温度数据；依次计算每个所述温度传感器的温度梯度，其中，所述温度梯度指的是每个所述温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，所述热相邻温度传感器指的是与该温度传感器进行热交换时能够在第一时间段内达到预设温度的其余所述温度传感器；依次计算每个所述温度梯度的风险等级，其中所述风险等级包括正常风险等级和异常风险等级；基于所计算的风险等级进行热失控预警。
可选地，所述基于所计算的风险等级进行热失控预警，包括：若同一个温度传感器的所有温度梯度的异常风险等级满足以下至少一个特征，则进行热失控预警：所述异常风险等级的风险等级大于预设历史时段内对应的历史异常风险等级的风险等级；出现级联的异常风险等级，其中所述级联的异常风险等级指的是有连续的热相邻温度传感器的温度梯度的风险等级均为所述异常风险等级。
可选地，所述连续的热相邻温度传感器的数目为至少3个。
可选地，所述风险等级由所述温度梯度所处的不同温度区间来表征。
可选地，不同的温度区间对应不同的温度等级，不同的温度等级对应不同的风险等级，而且温度等级越高，风险等级越大。
根据本公开的第二实施例，提供一种电池热管理装置，包括：获取模块，用于获取布置在电池包内的所有温度传感器的实时温度数据；第一计算模块，用于依次计算每个所述温度传感器的温度梯度，其中，所述温度梯度指的是每个所述温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，所述热相邻温度传感器指的是与该温度传感器进行热交换时能够在第一时间段内达到预设温度的其余所述温度传感器；第二计算模块，用于依次计算每个所述温度梯度的风险等级，其中所述风险等级包括正常风险等级和异常风险等级；预警模块，用于基于所计算的风险等级进行热失控预警。
可选地，所述基于所计算的风险等级进行热失控预警，包括：若同一个温度传感器的所有温度梯度的异常风险等级满足以下至少一个特征，则进行热失控预警：所述异常风险等级的风险等级大于预设历史时段内对应的历史异常风险等级的风险等级；出现级联的异常风险等级，其中所述级联的异常风险等级指的是有连续的热相邻温度传感器的温度梯度的风险等级均为所述异常风险等级。
可选地，所述连续的热相邻温度传感器的数目为至少3个。
可选地，所述风险等级由所述温度梯度所处的不同温度区间来表征。
可选地，不同的温度区间对应不同的温度等级，不同的温度等级对应不同的风险等级，而且温度等级越高，风险等级越大。
根据本公开的第三实施例，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现根据本公开第一实施例所述方法的步骤。
根据本公开的第四实施例，提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现根据本公开第一实施例所述方法的步骤。
通过采用上述技术方案，由于获取布置在电池包内的所有温度传感器的实时温度数据，然后依次计算每个所述温度传感器的温度梯度，温度梯度指的是每个所述温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，然后依次计算每个所述温度梯度的风险等级，最后基于所计算的风险等级进行热失控预警，因此，由于利用温度传感器之间的热相邻关系表征了多个温度传感器之间的热联系，也即通过检测电池包的局部温度差异来预警热失控故障，所以与现有技术中仅关注单个温度传感器的独立响应(也即仅关注单个温度传感器的温度值或变化率)的现有方案相比，根据本公开实施例的技术方案能够快速地对热事件进行响应，从而有效地进行热失控预警。上述的两个特征分别适用于温度传感器之间热传递较快和较慢两种情况，可以全面、快速地检测出热失控故障。根据本公开实施例的技术方案尤其适用于电芯温度差值异较大的大型电池包。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据本公开一种实施例的电池热管理方法的流程图。
图2是热相邻温度传感器标定示意图。
图3示出了一种示例性的热相邻温度传感器布局示意图。
图4示出了又一示例性的热相邻温度传感器布局示意图。
图5是级联的异常风险等级特征的示意图。
图6是当前异常风险等级大于历史异常风险等级的示意图。
图7是根据本公开一种实施例的电池热管理装置的示意框图。
图8是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是根据本公开一种实施例的电池热管理方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤S11至S14。
在步骤S11中，获取布置在电池包内的所有温度传感器的实时温度数据。
其中，可以直接从所有温度传感器中获取它们的实时温度数据，也可以从例如电池管理系统中获取所有温度传感器的实时温度数据。
在步骤S12中，依次计算每个温度传感器的温度梯度，其中，温度梯度指的是每个温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，所述热相邻温度传感器指的是与该温度传感器进行热交换时能够在第一时间段内达到预设温度的其余所述温度传感器。其中，上述该温度传感器就是加热源位置的温度传感器。
热相邻温度传感器可以通过以下方式来标定。
首先，获取布置在电池包内的所有温度传感器的位置信息。
然后，采用仿真或实验的方法，依次在每个温度传感器的位置施加相同的加热源，并记录其他所有温度传感器的热响应曲线，如图2的热相邻温度传感器标定示意图所示。
然后，对比其他温度传感器的热响应速度，能够在第一时间段内达到预设温度的传感器则定义为加热源位置处温度传感器的热相邻温度传感器。其中，第一时间段可以指的是从最快达到预设温度的时刻算起的时间段。即第一时间段指的是[t0，t0+Δt]的时间段,其中t0指的是除加热源位置的温度传感器以外的其余温度传感器中最快达到预设温度的时间，Δt表示的是预设时间间隔。也就是说，热相邻温度传感器指的是与加热源位置的温度传感器进行热交换时能够在[t0，t0+Δt]的时间段内达到预设温度的其余温度传感器。
例如，在温度传感器A的位置施加加热源时，观测其他温度传感器的热响应，若某一温度传感器在t0时刻最快达到预设温度Tset，则从t0时刻开始算起，在t0～t0+Δt预设时间段内温度大于或等于预设温度Tset的温度传感器均被定义为温度传感器A的热相邻温度传感器。例如，在图2中，温度传感器A的热相邻温度传感器为温度传感器B1和B2。这样，依次在每个温度传感器的位置施加相同的加热源，就可以得到每个温度传感器的热相邻温度传感器。
图3示出了一种示例性的热相邻温度传感器布局示意图，其适用于温度传感器串联排列且温度传感器之间无隔热层的电池包的场景；图4示出了又一示例性的热相邻温度传感器布局示意图，其适用于温度传感器呈二维排列且温度传感器之间无隔热层的电池包的场景。
如图3所示，温度传感器A的热相邻温度传感器为温度传感器B1和B2，温度传感器B1的热相邻温度传感器为温度传感器A和C1，等等。如图4所示，温度传感器A的热相邻温度传感器为温度传感器B1、B2、B3和B4，温度传感器B4的热相邻温度传感器为温度传感器A、C6、C7和C8，等等。
上述的Δt指的是预设时间间隔，其需要根据具体的电池包结构进行确定。设置该预设时间间隔的目的是防止仿真或实验误差对热相邻温度传感器判断结果的影响，以便可以筛选出热传递最快的若干个温度传感器，而不是只能筛选出最快的一个温度传感器。
对于每个温度传感器而言，其温度梯度定义为该温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，每个温度传感器的温度梯度的数量等于其热相邻温度传感器的数量。例如，假设温度传感器A有N个热相邻温度传感器，则将温度传感器A的温度与其N个热相邻温度传感器的温度分别相减，就得到了N个温度差值，也即温度传感器A的N个温度梯度。
在步骤S13中，依次计算每个所述温度梯度的风险等级，其中所述风险等级包括正常风险等级和常风险等级。
风险等级由温度梯度所处的不同温度区间来表征，而且风险等级的数量可以根据具体的应用场景而不同。也即，不同的温度区间对应不同的温度等级，不同的温度等级对应不同的风险等级，而且温度等级越高，风险等级越大。在本公开中，温度等级表征了温度梯度的大小，因此，温度等级越高，说明温度梯度越大，说明风险等级越大。
例如，假设风险等级的数量为N个，且分别由N个不同的温度区间(-∞，T1]、(T1，T2]、(T2，T3]、…、(Tn-1，+∞]来表征，其中：(-∞，T1]的温度区间用于表征正常风险等级，(T1，T2]的温度区间用于表征第1风险等级，(T2，T3]的温度区间用于表征第2风险等级，…，(Tn-1，+∞)的温度区间用于表征第N-1风险等级，而且正常风险等级、第1风险等级、第2风险等级、…、第N-1风险等级的风险等级逐渐增加，其中，-∞<T1<T2<T3<……<Tn-1<+∞。T1为电池包中两个热相邻温度传感器正常工况下能达到的最大温度差异。举例而言，T1＝5℃，T2＝10℃，T3＝15℃。本领域技术人员应当理解的是，上述具体数值仅是示例，并不构成对本公开的限制。
另外，可以根据每个温度梯度所处的温度区间，来得出该温度梯度的风险等级。
在步骤S14中，基于所计算的风险等级进行热失控预警。
例如，若同一个温度传感器的所有温度梯度的风险等级中存在异常风险等级的情况下，若出现以下至少一个特征则进行热失控预警：(1)异常风险等级的风险等级大于预设历史时段内对应的历史异常风险等级的风险等级；(2)出现级联的异常风险等级，其中，所述级联的异常风险等级指的是有连续的热相邻温度传感器的温度梯度的风险等级均为所述异常风险等级，例如有至少3个连续的热相邻温度传感器的温度梯度的风险等级均为异常风险等级。
其中，特征(1)从时间的角度对热失控事故进行描述，特征(2)从空间的角度对热失控事故进行描述。出现级联的异常风险等级，说明高温热源已经蔓延到附近至少两级热相邻温度传感器；当前风险等级大于历史异常风险等级，说明热相邻的两个温度传感器的温度差异随时间越来越大。
例如，假设温度传感器A有4个温度梯度，这4个温度梯度的风险等级分别为正常风险等级、风险等级1、风险等级2和风险等级3，则温度传感器的温度梯度的风险等级中存在3个异常风险等级。进而，可以判断这3个异常风险等级是否出现上述特征中的至少一个特征。
另外，在本公开中，只是将当前异常风险等级的风险等级与预设历史时段内对应的历史异常风险等级的风险等级进行比较，其中一个目的是为了减小历史异常风险等级的数据存储量，减小其所需的存储空间，也即，历史异常风险等级的存储时长等于预设历史时段，另一个目的是因为若风险等级长时间不变化，则可以认为是温度分布本身就不均匀，不属于热失控。
在本公开中，出现级联的异常风险等级，描述的是温度差异在空间上的蔓延。例如，假设存在有3个不同的温度传感器，分别为温度传感器A、B和C，温度传感器B是温度传感器A的热相邻温度传感器，温度传感器C是温度传感器B的热相邻温度传感器，而且A-B和B-C的温度梯度的风险等级均不为0，则出现了级联的异常风险等级。也即，出现级联的异常风险等级，说明有至少连续的热相邻温度传感器(例如，连续的3个热相邻温度传感器)之间存在异常温度差，如图5所示。另外，若A-B和B-C的温度梯度的风险等级中有一个为0，则判断并未出现级联的异常风险等级。
在本公开中，“异常风险等级的风险等级大于预设历史时段内对应的历史异常风险等级的风险等级”描述的是温度梯度的风险等级随时间的提升。例如，假设温度传感器B是温度传感器A的热相邻温度传感器，A-B的温度梯度的风险等级在过去的预设历史时段Δt0内曾经为异常风险等级，且当前时刻的异常风险等级高于预设历史时段Δt0内出现过的异常风险等级，就认为上述的特征(1)得到满足。图6是当前异常风险等级大于历史异常风险等级特征的示意图。
通过采用上述技术方案，由于获取布置在电池包内的所有温度传感器的实时温度数据，然后依次计算每个所述温度传感器的温度梯度，温度梯度指的是每个所述温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，然后依次计算每个所述温度梯度的风险等级，最后基于所计算的风险等级进行热失控预警，因此，由于利用温度传感器之间的热相邻关系表征了多个温度传感器之间的热联系，也即通过检测电池包的局部温度差异来预警热失控故障，所以与现有技术中仅关注单个温度传感器的独立响应(也即仅关注单个温度传感器的温度值或变化率)的现有方案相比，根据本公开实施例的技术方案能够快速地对热事件进行响应，从而有效地进行热失控预警。上述的两个特征分别适用于温度传感器之间热传递较快和较慢两种情况，可以全面、快速地检测出热失控故障。根据本公开实施例的技术方案尤其适用于电芯温度差值异较大的大型电池包。
图7是根据本公开一种实施例的电池热管理装置的示意框图。如图7所示，该装置包括：获取模块51，用于获取布置在电池包内的所有温度传感器的实时温度数据；第一计算模块52，用于依次计算每个所述温度传感器的温度梯度，其中，所述温度梯度指的是每个所述温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，所述热相邻温度传感器指的是与该温度传感器进行热交换时能够在第一时间段内达到预设温度的其余所述温度传感器；第二计算模块53，用于依次计算每个所述温度梯度的风险等级，其中所述风险等级包括正常风险等级和异常风险等级；预警模块54，用于基于所计算的风险等级进行热失控预警。
通过采用上述技术方案，由于获取布置在电池包内的所有温度传感器的实时温度数据，然后依次计算每个所述温度传感器的温度梯度，温度梯度指的是每个所述温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，然后依次计算每个所述温度梯度的风险等级，最后基于所计算的风险等级进行热失控预警，因此，由于利用温度传感器之间的热相邻关系表征了多个温度传感器之间的热联系，也即通过检测电池包的局部温度差异来预警热失控故障，所以与现有技术中仅关注单个温度传感器的独立响应(也即仅关注单个温度传感器的温度值或变化率)的现有方案相比，根据本公开实施例的技术方案能够快速地对热事件进行响应，从而有效地进行热失控预警。上述的两个特征分别适用于温度传感器之间热传递较快和较慢两种情况，可以全面、快速地检测出热失控故障。根据本公开实施例的技术方案尤其适用于电芯温度差值异较大的大型电池包。
可选地，所述基于所计算的风险等级进行热失控预警，包括：若同一个温度传感器的所有温度梯度的异常风险等级满足以下至少一个特征，则进行热失控预警：所述异常风险等级的风险等级大于预设历史时段内对应的历史异常风险等级的风险等级；出现级联的异常风险等级，其中所述级联的异常风险等级指的是有连续的热相邻温度传感器的温度梯度的风险等级均为所述异常风险等级。
可选地，所述连续的热相邻温度传感器的数目为至少3个。
可选地，所述风险等级由所述温度梯度所处的不同温度区间来表征。
可选地，不同的温度区间对应不同的温度等级，不同的温度等级对应不同的风险等级，而且温度等级越高，风险等级越大。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
图8是根据一示例性实施例示出的一种电子设备700的框图。如图8所示，该电子设备700可以包括：处理器701，存储器702。该电子设备700还可以包括多媒体组件703，输入/输出(I/O)接口704，以及通信组件705中的一者或多者。
其中，处理器701用于控制该电子设备700的整体操作，以完成上述的电池热管理方法中的全部或部分步骤。存储器702用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备700的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备700上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器702可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件703可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器702或通过通信组件705发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口704为处理器701和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件705用于该电子设备700与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件705可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
在一示例性实施例中，电子设备700可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的电池热管理方法。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的电池热管理方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器702，上述程序指令可由电子设备700的处理器701执行以完成上述的电池热管理方法。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电池热管理方法，其特征在于，包括：
获取布置在电池包内的所有温度传感器的实时温度数据；
依次计算每个所述温度传感器的温度梯度，其中，所述温度梯度指的是所有温度传感器中的每个温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，所述热相邻温度传感器指的是与该温度传感器进行热交换时能够在第一时间段内达到预设温度的其余温度传感器；
依次计算每个所述温度梯度的风险等级，其中所述风险等级包括正常风险等级和异常风险等级；
基于所计算的风险等级进行热失控预警。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所计算的风险等级进行热失控预警，包括：
若同一个温度传感器的所有温度梯度的异常风险等级满足以下至少一个特征，则进行热失控预警：所述异常风险等级的风险等级大于预设历史时段内对应的历史异常风险等级的风险等级；出现级联的异常风险等级，其中所述级联的异常风险等级指的是有连续的热相邻温度传感器的温度梯度的风险等级均为所述异常风险等级。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述连续的热相邻温度传感器的数目为至少3个。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风险等级由所述温度梯度所处的不同温度区间来表征。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，不同的温度区间对应不同的温度等级，不同的温度等级对应不同的风险等级，而且温度等级越高，风险等级越大。
6.一种电池热管理装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取布置在电池包内的所有温度传感器的实时温度数据；
第一计算模块，用于依次计算每个所述温度传感器的温度梯度，其中，所述温度梯度指的是所有温度传感器中的每个温度传感器与其所有热相邻温度传感器之间的温度差值，所述热相邻温度传感器指的是与该温度传感器进行热交换时能够在第一时间段内达到预设温度的其余温度传感器；
第二计算模块，用于依次计算每个所述温度梯度的风险等级，其中所述风险等级包括正常风险等级和异常风险等级；
预警模块，用于基于所计算的风险等级进行热失控预警。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基于所计算的风险等级进行热失控预警，包括：
若同一个温度传感器的所有温度梯度的异常风险等级满足以下至少一个特征，则进行热失控预警：所述异常风险等级的风险等级大于预设历史时段内对应的历史异常风险等级的风险等级；出现级联的异常风险等级，其中所述级联的异常风险等级指的是有连续的热相邻温度传感器的温度梯度的风险等级均为所述异常风险等级。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述风险等级由所述温度梯度所处的不同温度区间来表征。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
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