CN118020195A - 一种温度测量系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种温度测量系统（100）和方法，用于准确测量电池包（200）中至少一个电芯（201、202、203、204）的温度，降低温度测量的复杂度。温度测量系统（100）包括：第一超声波换能器（101）、第二超声波换能器（102）和控制模块（103），第一超声波换能器（101）和第二超声波换能器（102），分别与控制模块（103）相连接；第一超声波换能器（101）设于每个电芯上的第一位置，第二超声波换能器（102）设于每个电芯上的第二位置；第一超声波换能器（101），用于从第一位置发送第一超声波信号；第二超声波换能器（102），用于从第二位置接收第一超声波信号；控制模块（103），用于获取第一超声波信号从第一位置传播至第二位置的第一波速；根据第一波速获取每个电芯中的第一路径对应的第一温度。
Description
本申请实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种温度测量系统和方法。
电池在使用过程中，对安全性的要求极高。例如，锂离子电池在使用过程中会发生热失控，从而发生起火和爆炸，电池发生热失控之前，电池的温度会明显升高，当温度达到电池的隔膜融化温度后，隔膜发生破损，电池的正负极之间短路，进而产生更多的热量，出现链式反应，导致热失控蔓延。因此，准确的检测电池内部的温度具有重要的意义。
目前存在一种使用电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy，EIS)对电池进行温度检测的方案，主要包括：多次给电池分别施加不同频率的小振幅的交流电势波，测量交流电势与电流信号的比值(此比值作为电池的阻抗)随正弦波频率的变化而变化，或者电池的阻抗的相位角随正弦波频率的变化而变化，需要提供不同频段的大量数据进行多次测量之后，才能得到电池的EIS，而电池的EIS与电池的温度在一定频率范围内存在相关关系，通过测得EIS的不同频段的变化和弛豫时间，可以测得电池内部的温度。
上述技术方案至少存在如下问题：需要提供大量数据对电池进行测量后，才能得到电池的EIS，且不同成份的电池的EIS差别很大，测量电池温度存在误差较大、且复杂度高的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种温度测量系统和方法，用于准确测量电池包中至少一个电芯的温度，降低温度测量的复杂度。为解决上述技术问题，本申请实施例提供以下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种温度测量系统，所述温度测量系统用于测量电池包中至少一个电芯的温度，所述温度测量系统包括：第一超声波换能器、第二超声波换能器和控制模块，其中，所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器，分别与所述控制模块相连接；所述第一超声波换能器设于所述每个电芯上的第一位置，所述第二超声波换能器设于所述每个电芯上的第二位置；所述第一超声波换能器，用于从所述第一位置发送第一超声波信号；所述第二超声波换能器，用于从所述第二位置接收所述第一超声波信号；所述控制模块，用于获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第二位置的第一波速；根据所述第一波速获取所述每个电芯中的第一路径对应的第一温度，其中，所述第一路径为所述第一位置和所述第二位置之间的超声波传播路径。在上述方案中，每个电芯可作为超声波传播介质，第一超声波信号可以在电芯内从第一位置传播至第二位置，控制模块分别与第一超声波换能器和第二超声波换能器相连，该控制模块能够获取到第一超声波信号在第一路径上传播的第一波速，由于电芯的温度直接和超声波信号的波速相关，根据该第一波速能够获取到第一路径对应的第一温度，该第一温度可作为每个电芯内的当前温度，能够准确测量电池包中至少一个电芯的温度，降低温度测量的复杂度。
在一种可能的实现方式中，所述温度测量系统还包括：第三超声波换能器，其中，所 述第三超声波换能器与所述控制模块相连接，且所述第三超声波换能器设置于所述每个电芯上的第三位置；所述第三超声波换能器，用于从所述第三位置接收所述第一超声波信号；所述控制模块，用于获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第三位置的第二波速；根据所述第二波速获取所述每个电芯中的第二路径对应的第二温度，所述第二路径为所述第一位置和所述第三位置之间的超声波传播路径。在上述方案中，第一超声波信号除了按照第一路径传播之外，还可以在每个电芯内按照第二路径传播，第二路径为第一位置和第三位置之间的超声波传播路径。控制模块可以采用与获取第一温度相类似的方式获取到第二路径对应的第二温度。每个电芯上可以设置多个超声波换能器，则第一超声波换能器发送的第一超声波信号可以被多个超声波换能器接收到，因此能够测量出多个路径上的温度，由此能够获取到电池包上不同位置的温度值。
在一种可能的实现方式中，控制模块，还用于：根据所述第一温度和所述第二温度获取所述每个电芯内的温度场，所述温度场包括：所述每个电芯内的多个位置分别对应的温度。在上述方案中，温度测量系统能够实现对每个电芯的温度场的准确测量，从而能够通过第一超声波换能器发送一次超声波信号，就可以得到每个电芯的温度场，即可以获取到多个位置的温度，从而提高了温度测量的效率。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块，用于确定所述每个电芯内的多个位置分别对应的热传导系数；根据所述多个位置分别对应的热传导系数获取所述多个位置分别对应的温度满足的热传导关系；以所述第一温度和所述第二温度为所述每个电芯内的边界温度条件，根据所述多个位置分别对应的温度满足的热传导关系获取所述每个电芯内的温度场。在上述方案中，通过多个位置分别对应的热传导系数能够获取多个位置分别对应的温度满足的热传导关系，例如上述热传导关系可以是多个位置中每个位置的温度满足的热传导计算方式。以第一温度和第二温度为每个电芯内的边界温度条件，根据多个位置分别对应的温度满足的热传导关系获取每个电芯内的温度场。例如，以第一路径对应的第一温度和第二路径对应第二温度为边界条件，通过多个位置中每个位置的温度满足的热传导计算方式可以计算得到每个电芯内的温度场，该温度场包括每个电芯内部的不同位置的温度。
可以理解的是，控制模块可以将不同路径上分别对应的温度输入预设的温度计算模型，从而可以得到多个位置的温度，或者控制模块获取到不同路径上分别对应的温度之后，通过查询预设的温度场关系表得到多个位置的温度，本申请实施例中对于温度场的具体计算有多种实现方式，前述作为可实现的举例场景，并不用于对本申请实施例的限定。
在一种可能的实现方式中，所述第一超声波换能器，用于在第一时间段内从所述第一位置发送所述第一超声波信号；所述第二超声波换能器，用于在所述第一时间段内从所述第二位置接收所述第一超声波信号；所述第二超声波换能器，还用于在第二时间段内从所述第二位置发送第二超声波信号；所述第一超声波换能器，还用于在所述第二时间段内从所述第一位置接收所述第二超声波信号；所述控制模块，还用于：获取所述第二超声波信号从所述第二位置传播至所述第一位置的第三波速；根据所述第三波速获取所述第一路径对应的第三温度；其中，所述第一时间段和所述第二时间段是两个不同的温度测量时间段。在上述方案中，通过上述分时轮询的方式，控制模块可以得到不同时间段内测量得到的第一温度和第三温度，从而能够获取到每个电芯在不同时刻的多个温度，实现对电芯内的温 度的实时测量。
需要说明的是，控制模块获取到在第一时间段内的第一路径对应的第一温度，还获取到在第二时间段内的第一路径对应的第三温度，则第一温度和第三温度对应于第一路径的不同时刻，因此本申请实施例能够实现对电芯内的温度的实时测量。
在一种可能的实现方式中，所述至少一个电芯包括：多个不同电芯，所述多个不同电芯对应的用于收发所述第一超声波信号的时间段是不同时间段。
在上述方案中，电池包中包括多个不同电芯，不同电芯采用分时轮询的方式进行温度测量，通过上述分时轮询的方式，控制模块可以得到不同电芯在不同时刻的温度，实现对电池包内电芯温度的实时测量。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块，还用于检测所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器中的至少一个是否异常，以得到检测结果。在上述方案中，控制模块还可以对第一超声波换能器和第二超声波换能器进行异常检测，从而确定第一超声波换能器和第二超声波换能器中的至少一个是否存在异常，提高温度测量系统的可靠性和鲁棒性。
举例说明如下，控制模块检测所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器在所述第一时间段内是否异常，以得到第一检测结果；检测所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器在所述第二时间段内是否异常，以得到第二检测结果；根据所述第一检测结果和所述第二检测结果确定所述第一超声波换能器或所述第二超声波换能器是否存在异常。在上述方案中，在不同的温度测量时间段内对第一超声波换能器和第二超声波换能器进行异常检测，从而确定第一超声波换能器或第二超声波换能器是否存在异常，提高温度测量系统的可靠性和鲁棒性。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块，还用于通过有线网络或者无线网络上报所述第一温度。在上述方案中，控制模块还具有温度上报功能，控制模块在检测到电池包中的电芯内的温度之后，可通过有线网络或者无线网络上报第一温度。
第二方面，本申请实施例还提供一种温度测量方法，所述温度测量方法用于测量电池包中至少一个电芯的温度，所述至少一个电芯中每个电芯上的第一位置设有第一超声波换能器，所述每个电芯上的第二位置设有第二超声波换能器；所述方法包括：
通过所述第一超声波换能器从所述第一位置发送第一超声波信号；
通过所述第二超声波换能器从所述第二位置接收所述第一超声波信号；
获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第二位置的第一波速；
根据所述第一波速获取所述每个电芯中的第一路径对应的第一温度，其中，所述第一路径为所述第一位置和所述第二位置之间的超声波传播路径。
在一种可能的实现方式中，所述每个电芯上的第三位置设有第三超声波换能器，所述方法还包括：
通过所述第三超声波换能器从所述第三位置接收所述第一超声波信号；
获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第三位置的第二波速；
根据所述第二波速获取所述每个电芯中的第二路径对应的第二温度，所述第二路径为所述第一位置和所述第三位置之间的超声波传播路径。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
根据所述第一温度和所述第二温度获取所述每个电芯内的温度场，所述温度场包括：所述每个电芯内的多个位置分别对应的温度。
在一种可能的实现方式中，根据所述第一电芯内的多个位置分别对应的温度满足的热传导关系、所述第一温度和所述第二温度获取所述第一电芯内的温度场，所述温度场包括：所述第一电芯内的多个位置分别对应的温度。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述每个电芯内的多个位置分别对应的温度满足的热传导关系、所述第一温度和所述第二温度获取所述每个电芯内的温度场，包括：
确定所述每个电芯内的多个位置分别对应的热传导系数；
根据所述多个位置分别对应的热传导系数获取所述多个位置分别对应的温度满足的热传导关系；
以所述第一温度和所述第二温度为所述每个电芯内的边界温度条件，根据所述多个位置分别对应的温度满足的热传导关系获取所述每个电芯内的温度场。
在一种可能的实现方式中，所述通过所述第一超声波换能器从所述第一位置发送第一超声波信号，包括：通过所述第一超声波换能器在第一时间段内从所述第一位置发送所述第一超声波信号；
所述通过所述第二超声波换能器从所述第二位置接收所述第一超声波信号，包括：通过所述第二超声波换能器在所述第一时间段内从所述第二位置接收所述第一超声波信号；
所述获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第二位置的第一波速，包括：获取所述第一超声波信号在所述第一时间段内的所述第一波速；
所述根据所述第一波速获取所述每个电芯中的第一路径对应的第一温度，包括：根据所述第一波速获取在所述第一时间段内所述第一路径对应的所述第一温度；
所述方法还包括：
通过所述第二超声波换能器在第二时间段内从所述第二位置发送第二超声波信号；
通过所述第一超声波换能器在所述第二时间段内从所述第一位置接收所述第二超声波信号；
获取所述第二超声波信号在所述第二时间段内从所述第二位置传播至所述第一位置的第三波速；
根据所述第三波速获取在所述第二时间段内所述第一路径对应的第三温度；
其中，所述第一时间段和所述第二时间段是两个不同的温度测量时间段。
在一种可能的实现方式中，所述至少一个电芯包括：多个不同电芯，所述多个不同电芯对应的用于收发所述第一超声波信号的时间段是不同时间段。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
检测所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器中的至少一个是否异常，以得到检测结果。
举例说明如下，检测所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器在所述第一时间段内是否异常，以得到第一检测结果；
检测所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器在所述第二时间段内是否异常，以得到第二检测结果；
根据所述第一检测结果和所述第二检测结果确定所述第一超声波换能器或所述第二超声波换能器是否存在异常。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
通过有线网络或者无线网络上报所述第一温度。
在本申请的第二方面中，温度测量方法的组成步骤由前述第一方面以及各种可能的实现方式中所描述的控制模块实现，详见前述对第一方面以及各种可能的实现方式中的说明。
第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第二方面所述的方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第二方面所述的方法。
第五方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置可以包括终端设备或者芯片等实体，所述通信装置包括：处理器、存储器；所述存储器用于存储指令；所述处理器用于执行所述存储器中的所述指令，使得所述通信装置执行如前述第二方面中任一项所述的方法。例如，该处理器具体为前述第一方面中所述的控制模块。
第六方面，本申请提供了一种芯片系统，该芯片系统包括处理器，用于支持通信装置实现上述方面中所涉及的功能，例如，发送或处理上述方法中所涉及的数据和/或信息。在一种可能的设计中，所述芯片系统还包括存储器，所述存储器，用于保存通信装置必要的程序指令和数据。该芯片系统，可以由芯片构成，也可以包括芯片和其他分立器件。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
在本申请实施例中，温度测量系统用于测量电池包中至少一个电芯的温度，温度测量系统中的第一超声波换能器和第二超声波换能器分别与控制模块相连接；第一超声波换能器设于至少一个电芯中每个电芯上的第一位置，第二超声波换能器设于每个电芯上的第二位置；第一超声波换能器从第一位置发送第一超声波信号；第二超声波换能器从第二位置接收第一超声波信号；控制模块获取第一超声波信号从第一位置传播至第二位置的第一波速；控制模块根据第一波速获取每个电芯中的第一路径对应的第一温度，其中，第一路径为第一位置和第二位置之间的超声波传播路径。本申请实施例中每个电芯可作为超声波传播介质，第一超声波信号可以在电芯内从第一位置传播至第二位置，控制模块分别与第一超声波换能器和第二超声波换能器相连，该控制模块能够获取到第一超声波信号在第一路径上传播的第一波速，由于电芯的温度直接和超声波信号的波速相关，根据该第一波速能够获取到第一路径对应的第一温度，该第一温度可作为每个电芯内的当前温度，能够准确测量电池包中至少一个电芯的温度，降低温度测量的复杂度。
图1为本申请实施例提供的一种温度测量系统的组成结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种控制模块、第一超声波换能器、第二超声波换能器与电池包的连接关系示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种温度测量系统的组成结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种控制模块、第一超声波换能器、第二超声波换能器、 第三超声波换能器与电池包的连接关系示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种控制模块与电池包的连接关系示意图；
图6为本申请实施例提供的电芯上设置多个超声波换能器的示意图；
图7为本申请实施例提供的同一个电芯中一个超声波换能器向三个超声波换能器发送超声波信号的示意图；
图8为本申请实施例提供的电芯中温度场的分布方式示意图；
图9为本申请实施例提供的另一种温度测量系统的组成结构示意图；
图10为本申请实施例提供的一种温度测量方法的流程方框示意图；
图11为本申请实施例提供的另一种温度测量系统的组成结构示意图。
其中，上述图例中涉及的附图标记的说明如下：
温度测量系统100、第一超声波换能器101、第二超声波换能器102、控制模块103、电池包200、至少一个电芯中的第一电芯201、第三超声波换能器104、至少一个电芯中的第二电芯202、至少一个电芯中的第三电芯203、至少一个电芯中的第四电芯204、处理器1101、存储器1102、总线1103、通信接口1104。
本申请实施例提供了一种温度测量系统和方法，用于准确测量电池包中至少一个电芯的温度，降低温度测量的复杂度。
以下首先说明本申请实施例中所涉及的一些术语和技术：
电池包，也可以简称为电池(battery)。电池包可以包括至少一个电芯，该电芯包括电解质溶液和金属电极，能将化学能转化成电能，本申请实施例中对电池中包括的电芯个数不做限定。该电池可以是锂离子电池，也可以是其它类型的电池，此处不做限定。另外，本申请实施例中提供的电池可以是动力电池，例如可以是应用于电动汽车的车载电池和储能站的电池。
电芯是指单个含有正、负极的电化学电芯，一般不直接使用。电池包内部的温度可以是电芯的温度。本申请实施例中电芯具有多个表面，例如前后左右的表面。电芯的一个表面又可以称为一个侧面。本申请实施例中为了准确测量电芯内的温度，在电芯的表面上设置多个超声波换能器，例如可以设置两个超声波换能器，两个超声波换能器设置在电芯的不同表面上。超声波换能器可以用于发送超声波信号，也可以用于接收超声波信号，该超声波换能器用于接收超声波信号时，又可以称为超声波传感器。一个超声波换能器发送的超声波信号能够穿过电芯内部被另一个超声波换能器接收。不限定的是，电芯的表面还可以设置三个或者更多的超声波换能器。另外，本申请实施例中，超声波换能器在电芯表面的分布位置也需要根据应用场景灵活确定。
超声波换能器能够将电信号转换为超声波信号，或者将超声波信号转换为电信号。超声波换能器发射出去的超声波信号能够在不同介质中传播，例如可以在电芯内的固体介质中传播。本申请实施例中的超声波信号可以是板波、导波、或者体波(又称为体声波)等，此处不做限定。
控制模块是对电芯内的温度进行测量的模块，该控制模块与电芯表面设置的多个超声 波换能器分别相连接，例如控制模块分别通过连接线与每一个超声波换能器相连接，控制模块能够控制多个超声波换能器进行超声波信号的收发，从而能够获取到超声波信号在电芯内的波速，该波速是指超声波信号在电芯内的传输速度，波速也可以称为超声波声速。电芯作为固体介质，超声波信号在电芯内传播时，波速与介质的密度和弹性模量等相关，不同介质的波速不同；介质的弹性模量越大，密度越小，则超声波的波速越快；而温度将直接影响介质的弹性模量和密度，进而影响超声波的波速。因此，可以通过波速反映当前电芯的温度情况，控制模块能够根据超声波信号的波速确定电芯内的温度。
其他术语说明如下：
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请的实施例中，术语“第二”、“第一”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第二”、“第一”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本申请中术语“至少一个”的含义是指一个或多个，本申请中术语“多个”的含义是指两个或两个以上，例如，多个第一报文是指两个或两个以上的第一报文。
应理解，在本文中对各种所述示例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例，而并非旨在进行限制。如在对各种所述示例的描述和所附权利要求书中所使用的那样，单数形式“一个(“a”，“an”)”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确地指示。
还应理解，本文中所使用的术语“和/或”是指并且涵盖相关联的所列出的项目中的一个或多个项目的任何和全部可能的组合。术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本申请中的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
还应理解，在本申请的各个实施例中，各个过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。
还应理解，术语“包括”(也称“includes”、“including”、“comprises”和/或“comprising”)当在本说明书中使用时指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素、和/或部件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件、和/或其分组。
还应理解，术语“如果”可被解释为意指“当...时”(“when”或“upon”)或“响应于确定”或“响应于检测到”。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”、“一实施例”、“一种可能的实现方式”意味着与实施例或实现方式有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”、“一种可能的实现方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
还应理解，本申请实施例中提到的“连接”，可以是直接连接，也可以是间接连接，可以是有线连接，也可以是无线连接，也就是说，本申请实施例对设备之间的连接方式不作限定。
以下结合附图对本申请实施例提供的技术方案进行说明。
如图1所示，为本申请实施例提供的一种温度测量系统的组成结构示意图。温度测量系统100用于测量电池包中至少一个电芯的温度，该电池包中具有一个或多个电芯，接下来以电池包中的每个电芯内的温度的测量过程进行示例说明。
温度测量系统100包括：第一超声波换能器101、第二超声波换能器102和控制模块103，其中，
第一超声波换能器101和第二超声波换能器102，分别与控制模块103相连接；第一超声波换能器101设于每个电芯上的第一位置，第二超声波换能器102设于每个电芯上的第二位置；
第一超声波换能器101，用于从第一位置发送第一超声波信号；
第二超声波换能器102，用于从第二位置接收第一超声波信号；
控制模块103，用于获取第一超声波信号从第一位置传播至第二位置的第一波速；根据第一波速获取每个电芯中的第一路径对应的第一温度，其中，第一路径为每个电芯内的第一位置和第二位置之间的超声波传播路径。
其中，第一超声波换能器101和第二超声波换能器102设置在每个电芯的表面上。例如，第一超声波换能器101设于每个电芯上的第一位置，第二超声波换能器102设于每个电芯上的第二位置，第一位置和第二位置在电芯表面上的具体位置不做限定。可选的，第一位置和第二位置处于每个电芯的不同表面。该第一位置是指第一超声波换能器101在电芯表面上的位置坐标，第一超声波信号通过第一位置进入每个电芯内，通过每个电芯内的固体介质传播，并在第二位置被第二超声波换能器102检测到，该第二位置是指第二超声波换能器102在电芯表面上的位置坐标。
控制模块103与第一超声波换能器101和第二超声波换能器102相连接，控制模块101可以设置在电池之外。例如，通过连接线与第一超声波换能器101和第二超声波换能器102相连接。控制模块103可以获取第一超声波换能器101发送第一超声波信号的发送时间，控制模块103还可以获取第二超声波换能器102接收第一超声波信号的接收时间，该接收时间与超声波信号的波速有关。控制模块103能够计算出第一超声波信号从第一位置传播至第二位置的第一波速，该第一波速表示的是第一超声波信号在每个电芯内的传播速度，电芯作为固体介质，超声波信号在电芯内传播时，波速与介质的密度和弹性模量等相关。电芯作为弹性体，超声波信号对弹性体施加一个外界作用力，弹性体会发生形状的改变(称为“形变”)，弹性模量是单向应力状态下应力除以该方向的应变。不同介质的波速不同， 介质的弹性模量越大，密度越小，则超声波的波速越快；而温度将直接影响介质的弹性模量和密度，进而影响超声波的波速。控制模块103根据第一波速获取每个电芯中的第一路径对应的第一温度，其中，第一路径为每个电芯内的第一位置和第二位置之间的超声波传播路径，第一超声波信号在电芯内沿着第一路径传播至第二位置，从而该第一超声波信号能够被第二超声波换能器102检测到。通过第一波速反映当前电芯的温度情况，控制模块103根据第一波速确定电芯内的第一温度。
本申请实施例中，温度测量系统100采用超声波信号的收发来测量电芯内的温度，不需要考虑电芯内的材料组分的差异，电芯作为固体介质，都能够传播超声波信号，超声波信号的波速会反映出电芯内的温度，因此温度测量系统100通过超声波信号的收发来测量电芯内的温度，具有测试复杂度低的优点，且不会受到电芯内的材料组分的影响，能够准确测量电池包中至少一个电芯的温度。
在本申请的一些实施例中，如图2所示，为本申请实施例提供的一种控制模块、第一超声波换能器、第二超声波换能器与电池包的连接关系示意图。电池包200内具有第一电芯201，第一电芯201的前表面以及上表面分别设置有超声波换能器，例如第一超声波换能器101设置在第一电芯201的前表面，第二超声波换能器102设置在第一电芯201的上表面。两个超声波换能器分别与控制模块103相连接，当一个超声波换能器发送超声波信号时，另一超声波换能器能够检测超声波信号，最后由控制模块103根据超声波信号的收发来测量电芯内的温度。例如，当第一超声波换能器101发送超声波信号时，第二超声波换能器102接收超声波信号，或者当第二超声波换能器102发送超声波信号时，第一超声波换能器101接收超声波信号。需要说明的是，第一超声波换能器101可以是具有收发超声波信号功能的换能器，第二超声波换能器102可以是具有收发超声波信号功能的换能器。或者第一超声波换能器101可以是只有发送超声波信号功能的换能器，第二超声波换能器102可以是只有接收超声波信号功能的换能器，本实施例对各换能器是否均具备收发两种能力不做限定。
需要说明的是，上述以电池包中的一个电芯的温度测量为例，不限定的是，电池包中可以包括多个电芯，每个电芯都可以设置超声波换能器，通过控制模块实现对每个电芯的温度测量。
在本申请的一些实施例中，如图3所示，温度测量系统100中还包括：第三超声波换能器104，其中，
第三超声波换能器104与控制模块103相连接，且第三超声波换能器104设置于每个电芯上的第三位置；
第三超声波换能器104，用于从第三位置接收第一超声波信号；
控制模块103，用于获取第一超声波信号从第一位置传播至第三位置的第二波速；根据第二波速获取每个电芯中的第二路径对应的第二温度，第二路径为第一位置和第三位置之间的超声波传播路径。
其中，每个电芯上除了设置第一超声波换能器101和第二超声波换能器102之外，还可以其它超声波换能器，例如每个电芯上设置第三超声波换能器104，该第三超声波换能器104设置于每个电芯上的第三位置。第一超声波信号除了按照第一路径传播之外，还可 以在每个电芯内按照第二路径传播，第二路径为每个电芯内的第一位置和第三位置之间的超声波传播路径。则控制模块103可以采用与获取第一温度相类似的方式获取到第二路径对应的第二温度。例如，控制模块103获取第一超声波信号从第一位置传播至第三位置的第二波速；根据第二波速获取每个电芯中的第二路径对应的第二温度。每个电芯上可以设置多个超声波换能器，则第一超声波换能器发送的第一超声波信号可以被多个超声波换能器接收到，因此能够测量出多个路径上的温度，由此能够获取到电池包上不同位置的温度值。
在本申请的一些实施例中，如图4所示，为本申请实施例提供的一种控制模块、第一超声波换能器、第二超声波换能器、第三超声波换能器与电池包的连接关系示意图。电池包200内具有第一电芯201，第一电芯201的前表面以及上表面分别设置有超声波换能器，例如第一超声波换能器101设置在第一电芯201的前表面，第二超声波换能器102设置在第一电芯201的上表面，第三超声波换能器104设置在第一电芯201的上表面。三个超声波换能器分别与控制模块103相连接，当一个超声波换能器发送超声波信号时，另外两个超声波换能器能够检测超声波信号，最后由控制模块103根据超声波信号的收发来测量电芯内的温度。不限定的是，第二超声波换能器102和第三超声波换能器104可以设置在第一电芯201的同一个表面上，或者第二超声波换能器102和第三超声波换能器104可以设置在第一电芯201的不同表面上，例如第三超声波换能器104可以设置在第一电芯201的后表面上，此处不做限定。
在本申请的一些实施例中，控制模块103，还用于：根据第一温度和第二温度获取每个电芯内的温度场，温度场包括：每个电芯内的多个位置分别对应的温度。
控制模块103可以获取到第一路径对应的第一温度，第二路径对应的第二温度，即控制模块103可以获取到多个路径分别对应的温度，控制模块103可以按照电芯内多个位置分别对应的温度满足的热传导关系获取到电芯的温度场，该温度场可以是指电芯内的区域内不同位置点的温度分布状态情况。例如控制模块103获取每个电芯内的多个位置分别对应的温度满足的热传导关系，该热传导关系可以是多个位置分别对应的温度值之间满足的热传导计算式，对于热传导计算式的详细说明，请参阅后续实施例的举例。
其中，温度测量系统100能够实现对每个电芯的温度场的准确测量，从而能够通过第一超声波换能器发送一次超声波信号，就可以得到每个电芯的温度场，即可以获取到多个位置的温度，从而提高了温度测量的效率。
在本申请的一些实施例中，控制模块103，还用于根据每个电芯内的多个位置分别对应的温度满足的热传导关系、第一温度和第二温度获取每个电芯内的温度场，温度场包括：每个电芯内的多个位置分别对应的温度。
控制模块103根据每个电芯内的多个位置分别对应的温度满足的热传导关系、第一温度和第二温度获取每个电芯内的温度场，温度场包括：每个电芯内的多个位置分别对应的温度。例如，温度场可以包括每个电芯内的任意位置对应的温度。本申请实施例中温度测量系统100能够实现对每个电芯的温度场的准确测量，从而能够通过第一超声波换能器发送一次超声波信号，就可以得到每个电芯的温度场，即可以获取到多个位置的温度，从而提高了温度测量的效率。
可以理解的是，控制模块103可以将不同路径上分别对应的温度输入预设的温度计算模型，从而可以得到多个位置的温度，或者控制模块103获取到不同路径上分别对应的温度之后，通过查询预设的温度场关系表得到多个位置的温度，本申请实施例中对于温度场的具体计算有多种实现方式，前述作为可实现的举例场景，并不用于对本申请实施例的限定。
在本申请的一些实施例中，控制模块103获取每个电芯内的温度场的方式有多种，接下来进行举例说明，控制模块103，用于确定每个电芯内的多个位置分别对应的热传导系数；根据多个位置分别对应的热传导系数获取多个位置分别对应的温度满足的热传导关系；以第一温度和第二温度为每个电芯内的边界温度条件，根据多个位置分别对应的温度满足的热传导关系获取每个电芯内的温度场。
具体的，基于热传导原理，电芯内各处的位置的温度不同，热量将从温度较高的位置向温度较低的位置流动，该位置是指电芯内的介质所在的位置坐标，首先控制模块获取每个电芯内的多个位置分别对应的热传导系数，对于多个位置的具体取值不做限定。由传热学中的热传导(Fourier)定律可知，通过多个位置分别对应的热传导系数能够获取多个位置分别对应的温度满足的热传导关系，例如上述热传导关系可以是多个位置中每个位置的温度满足的热传导计算方式。以第一温度和第二温度为每个电芯内的边界温度条件，根据多个位置分别对应的温度满足的热传导关系获取每个电芯内的温度场。例如，以第一路径对应的第一温度和第二路径对应第二温度为边界条件，通过多个位置中每个位置的温度满足的热传导计算方式可以计算得到每个电芯内的温度场，该温度场包括每个电芯内部的不同位置的温度。例如通过上述热传导计算方式可以测得每个电芯内任一位置的温度，上述每个电芯内所有位置的温度构成温度场。
在本申请的一些实施例中，第一超声波换能器101，用于在第一时间段内从第一位置发送第一超声波信号；
第二超声波换能器102，用于在第一时间段内从第二位置接收第一超声波信号；
第二超声波换能器102，还用于在第二时间段内从第二位置发送第二超声波信号；
第一超声波换能器101，还用于在第二时间段内从第一位置接收第二超声波信号；
控制模块103，还用于：获取第二超声波信号从第二位置传播至第一位置的第三波速；根据第三波速获取第一路径对应的第三温度；其中，第一时间段和第二时间段是两个不同的温度测量时间段。
具体的，预先设置两个不同的温度测量时间段，分别称为第一时间段和第二时间段，两个时间段采用分时轮询的方式进行。例如在第一时间段内，第一超声波换能器101发送第一超声波信号，每个电芯内除第一超声波换能器101以外的其它超声波换能器接收第一超声波信号，控制模块通过前述的温度测量的方式得到在第一时间段内的第一路径对应的第一温度。在第二时间段内，不再使用第一超声波换能器101发送超声波信号，由第二超声波换能器102发送第二超声波信号，每个电芯内除第二超声波换能器102以外的其它超声波换能器接收第二超声波信号，控制模块通过前述的温度测量的方式得到在第二时间段内的第一路径对应的第三温度。通过上述分时轮询的方式，控制模块可以得到不同时间段内测量得到的第一温度和第三温度，例如控制模块103获取到在第一时间段的第一温度之 后，控制模块103可以上报该第一温度，控制模块103获取到在第二时间段的第三温度之后，控制模块103可以上报该第三温度。本申请实施例中能够获取到每个电芯在不同时刻的多个温度，实现对电芯内的温度的实时测量。
需要说明的是，控制模块103获取到在第一时间段内的第一路径对应的第一温度，还获取到在第二时间段内的第一路径对应的第三温度，则第一温度和第三温度对应于第一路径的不同时刻，因此本申请实施例能够实现对电芯内的温度的实时测量。
在本申请的一些实施例中，至少一个电芯包括：多个不同电芯，多个不同电芯对应的用于收发第一超声波信号的时间段是不同时间段。
具体的，电池包中包括多个不同电芯，不同电芯采用分时轮询的方式进行温度测量，通过上述分时轮询的方式，控制模块103可以得到不同电芯在不同时刻的温度，实现对电池包内电芯温度的实时测量。
本申请的一些实施例中，温度测量系统100可以多次对每个电芯的温度进行测量，在电池包的实际应用场景中，因为电芯内超声波换能器的数量很多，一旦每个超声波换能器都在不停的进行温度测试，结果可能在温度测量系统里产生网络风暴，导致通过某一次的超声波信号的收发本来得到的温度测量结果正常，但是因为结果无法上传被系统误判为有问题。因此温度测量系统100可以选择分时轮询的温度测量方式，用控制模块103轮询每个超声波换能器，确保同一时刻只有一个超声波换能器发送超声波信号，其它超声波换能器进行超声波信号的检测与接收，在下一个时刻换另一个超声波换能器发送超声波信号，以提升温度测量的可靠性。
在本申请的一些实施例中，控制模块103，还用于检测第一超声波换能器101和第二超声波换能器102中的至少一个是否异常，以得到检测结果。
其中，控制模块103还可以对第一超声波换能器101和第二超声波换能器102进行异常检测，从而确定第一超声波换能器101和第二超声波换能器102中的至少一个是否存在异常，提高温度测量系统的可靠性和鲁棒性。
在本申请的一些实施例中，控制模块103，还用于检测第一超声波换能器101和第二超声波换能器102在第一时间段内是否异常，以得到第一检测结果；检测第一超声波换能器101和第二超声波换能器102在第二时间段内是否异常，以得到第二检测结果；根据第一检测结果和第二检测结果确定第一超声波换能器101或第二超声波换能器102是否存在异常。
其中，控制模块103还可以对超声波换能器是否异常进行检测，并得到检测结果，在多个不同的温度测量时间段内分别进行异常检测，可以得到多个检测结果，综合分析上述多个检测结果，可以确定电芯上的超声波换能器是否存在异常，例如异常指的是超声波换能器无法工作，例如超声波换能器无法发送超声波信号，或者无法检测超声波信号。本申请实施例中，在不同的温度测量时间段内对第一超声波换能器101和第二超声波换能器102进行异常检测，从而确定第一超声波换能器101或第二超声波换能器102是否存在异常，提高温度测量系统的可靠性和鲁棒性。
在本申请的一些实施例中，控制模块103，还用于通过有线网络或者无线网络上报第一温度。
其中，控制模块103还具有温度上报功能，控制模块103在检测到电池包中至少一个电芯内的第一温度之后，可通过有线网络或者无线网络上报第一温度。例如控制模块103工作在无线网络模式下，无线网络是支持蓝牙无线传输协议的网络，或者支持绿牙无线传输协议的网络，或者无线局域网(wireless fidelity，wifi)协议的网络，上报第一温度是给电池的上层控制系统，又如，控制模块103工作在有线网络模式下，有线网络可以是控制器局域网络(controller area network，CAN)总线，上报第一温度是给电池的上层控制系统，使得该上层控制系统能够实时获取到每个电芯内的第一温度。
需要说明的是，在本申请的前述实施例中，对电池包中的第一电芯的温度测量进行了说明，不限的是，电池包中可以包括多个电芯，例如图5所示，电池包除了包括第一电芯201，电池包还包括第二电芯202、第三电芯203、第四电芯204。例如，第二电芯202包括多个超声波换能器，该多个超声波换能器分别与控制模块103相连接，与前述实施例相类似，控制模块103也可以获取第二电芯202中的多个路径对应的温度。具体的，控制模块103获取第一电芯201内的温度和第二电芯202内的温度可以是分时轮询的，通过上述分时轮询的方式，控制模块103可以在不同的时刻分别对不同的电芯进行温度测量，以提高温度测量的可靠性。
在本申请的一些实施例中，温度测量系统100可以实时的获取每个电芯内的温度，对于电池包中的其它电芯，温度测量系统100也可以实时的获取其它电芯的温度，在电池包的实际应用场景中，因为电池包内电芯的数量很多，一旦每个电芯都在不停的进行温度测试，结果可能在温度测量系统里产生网络风暴，导致部分电芯本来得到的温度测量结果正常，但是因为结果无法上传被系统误判为有问题。因此温度测量系统100可以选择分时轮询，通过控制模块103轮询每个电芯的状态，确保同一时刻只对一个电芯在进行温度测量，在下一个时刻对另一个电芯进行温度测量，以提升温度测量的可靠性。
通过前述实施例的举例说明可知，本申请实施例中每个电芯可作为超声波传播介质，第一超声波信号可以在电芯内从第一位置传播至第二位置，控制模块103分别与第一超声波换能器101和第二超声波换能器102相连，该控制模块103能够获取到第一超声波信号在第一路径上传播的第一波速，由于电芯的温度直接和超声波信号的波速相关，根据该第一波速能够获取到第一路径对应的第一温度，该第一温度可作为每个电芯内的当前温度，能够准确测量电池包中至少一个电芯的温度，降低温度测量的复杂度。
为便于更好的理解和实施本申请实施例的上述方案，下面举例相应的应用场景来进行具体说明。
在本申请实施例中，电池包的热失控往往是由于单一电芯出现问题而导致整个电池包内部热量蔓延。因此，准确测量单个电芯的温度是非常重要的。以电池包中具有多个电芯为例，本申请实施例提供的温度测量系统能够获取每个电芯的温度。进一步的，还能够获取到每个电芯的温度场。
本申请实施例提供的温度测量系统中包括多个超声波换能器和控制模块。例如，在一个电芯上可以设置多个超声波换能器，本申请实施例超声波换能器可以基于固体介质进行超声波测速，控制模块能够获取到电池包的温度测量结果，从而可以精确测量电芯的温度。通过超声波换能器和控制模块，可以得到单一电芯上不同路径的温度，基于热传导原理可 计算电芯相应位置的温度，进而获得电芯的温度场，通过该温度场确定电芯内部的温度分布。本申请实施例中控制模块能够准确获得电芯的温度，可以保证电池包的安全。
本申请实施例中，温度测量系统用于对电池包内的电芯的温度测量。如图5所示，电池包中包括四个电芯，分别为第一电芯201、第二电芯202、第三电芯203和第四电芯203。在每个电芯上都可以设置多个超声波换能器，多个超声波换能器分别通过连接线与控制模块103相连接。每个电芯上布置多个超声波换能器用于收发超声波信号，通过对不同路径上的超声波声速的测量，得到电芯内部的温度，基于不同路径上的平均温度，基于热传导原理获得电芯内部的温度场。例如，图5中以第一电芯201上设置多个超声波换能器为例进行说明，第一电芯201的多个表面上可以设置第一超声波换能器101、第二超声波换能器102、第三超声波换能器104。
后续实施例中第一电芯的温度测量为例。如图6所示，一个电芯上可以设置4个超声波换能器，分别为超声波换能器1、超声波换能器2、超声波换能器3、超声波换能器4。其中，超声波换能器1、超声波换能器2设置在一个侧面上，超声波换能器3、超声波换能器4设置在一个侧面上，超声波换能器1可以是前述实施例中的第一超声波换能器101，超声波换能器3可以是前述实施例中的第二超声波换能器102，超声波换能器2可以是前述的第三超声波换能器104。超声波换能器1、超声波换能器2之间的路径长度可以是5厘米(cm)，超声波换能器1、超声波换能器3之间的路径长度可以是14.6cm，超声波换能器1、超声波换能器4之间的路径长度可以是15.5cm。
例如，温度测量系统中超声波换能器的布置如图6所示。在电芯的1，2，3，4位置均放置超声波换能器，每个超声波换能器均可作为收发器件，即每个超声波换能器均可以发送超声波信号，也可以接收超声波信号。不限定的是，在另一种实现场景下，有的超声波换能器可以用于发送超声波信号，但不用于接收超声波信号，有的超声波换能器可以用于接收超声波信号，但不用发送超声波信号，本实施例对超声波换能器是否可以具备收发两种能力不限定。本申请实施例中一个电芯上也可以布置更多个超声波换能器，用于测量不同路径上的平均温度，本申请实施例中同一个电芯上布置多个超声波换能器，可以使构建的温度场划分的区域更加细致，从而能够得到更精确的温度场。
需要说明的是，本申请实施例中，对于同一个电芯，一个超声波换能器用于发送超声波信号，其余的超声波换能器用于接收超声波信号，每个超声波换能器是用于发送还是接收超声波信号，需要通过控制模块控制不同的收发情况。
本申请实施例中，超声波信号可以在电芯中传播，电芯可以作为无限固体介质，超声波信号在无限固体介质中的纵波的波速和横波的波速如下公式(1)和(2)所示。例如，无限大固体介质中传播的纵波的波速c
L为：
其中，E是弹性模量，v是泊松比，ρ是固体媒质的密度。例如，弹性模量指拉伸方向，一般用于计算拉应力。
无限大固体介质中传播的横波的波速c
T为：
其中，E是弹性模量，v是泊松比，ρ是固体媒质的密度，G是剪切模量。例如，剪切模量指剪切方向，用于计算剪切力。
由上述公式可知，在固体介质中，超声波信号的波速与介质的密度和弹性模量等相关，不同介质的波速不同；介质的弹性模量越大，密度越小，则超声波信号的波速越快；而温度将直接影响介质的弹性模量和密度，进而影响超声波信号的波速。因此，可以通过超声波信号的波速反映当前电芯的温度情况。
如图6所示，一个电芯上设置4个超声波换能器，超声波换能器1-4采用分时轮询的工作方式，即在不同的时刻，超声波换能器可通过控制模块配置承担不同的收发功能，从而可以节省温度测量系统的成本，提升温度测量系统的可靠性。例如，在如下4个时刻：时刻1、时刻2、时刻3、时刻4：
在时刻1，超声波换能器1发射超声波信号，超声波换能器2/3/4接收超声波信号；
在时刻2，超声波换能器2发射超声波信号，超声波换能器4/1/3接收超声波信号；
在时刻3，超声波换能器3发射超声波信号，超声波换能器2/1/4接收超声波信号；
在时刻4，超声波换能器4发射超声波信号，超声波换能器3/1/2接收超声波信号。
其中，假设超声波换能器3损坏，那么在时刻1/2/4，超声波换能器3检测超声波信号的结果可能存在异常，在时刻3，超声波换能器2/1/4检测超声波信号的结果全部异常。基于上述情况，综合判断，可以判断超声波换能器3是否存在异常.通过这种方式，也有助于从系统层面增加系统的可靠性和鲁棒性。
此外，通过不同路径上的温度测量，可以获得电芯内部不同位置的温度，避免由于电芯的局部温度过高，而由于热传导的问题导致其他位置的温度较低，无法及时预警导致热失控的问题。
在温度测量系统的实际应用场景中，因为电芯的数量很多，一旦每个电芯都在不停测试，结果可能在系统里面产生网络风暴，导致部分电芯本来得到的温度测量结果是正常的，但是因为结果无法上传被系统误判为有问题。本申请实施例中多个超声波换能器的发送和接收超声波信号，可以选择分时轮询的方式，用控制模块轮询每个电芯的状态，确保网络中同一时刻只有一路超声波信号在进行收发，从而提升温度测量系统的可靠性。
本申请实施例提供的温度测量系统，具体可以应用于电芯上的芯片及相关的电路，或者应用于电动汽车的车载电池和储能站的电池。
如图7和图8所示，以一个电芯上设置4个超声波换能器为例，超声波换能器1-4采用分时轮询的工作方式，例如超声波换能器1发送超声波信号，超声波换能器2-4接收超声波信号，即在不同的时刻超声波换能器可通过控制模块配置承担不同的收发功能，节省温度测量系统的成本，提升系统可靠性。
具体的，温度测量系统执行的温度测量过程具体包括如下步骤：
S01、超声波换能器1发送超声波信号，超声波换能器2、超声波换能器3、超声波换能器4接收超声波信号。
S02、超声波信号通过电芯内部传递到不同的接收器件，超声波信号的到达时间与波速有关，可计算超声波信号在不同路径上的波速。
S03、超声波信号在不同材料中传播的速度与材料的密度、弹性模量、温度等基本参数 相关。在电芯材料保持不变时，密度和弹性模量近似不变，超声波信号的波速与温度的关系可进行标定。如图8所示，保持超声波换能器1发送超声波信号，超声波换能器3接收超声波信号不变的情况，通过测量不同温度下的波速。例如，基于最小二乘法，拟合出所测电芯的温度曲线，例如：T＝f(V)，其中，T为所测电芯的温度，V为当前超声波的波速，f为拟合得到的函数。需要说明的是，上述最小二乘法是一种举例，不作为对本申请实施例的限定，也可以采用其他的高阶拟合方法，也能够更为准确的温度测量结果，此处不再赘述。
S04、基于步骤S03所获得的温度与波速之间的关系，可分别获得1->3路径、1->4路径、1->2路径上的平均温度。
例如，1->3路径表示的是超声波换能器1和超声波换能器3之间的传播路径，其它路径的含义类似，此处不再逐一说明。
S05、1->3路径、1->4路径、1->2路径上的平均温度分别为T
13，T
14，T
12，此三路径上的温度即为电芯内部温度的三个边界条件。
S06、基于热传导原理，电芯内各处温度不同，热量将从温度较高的点向温度较低的点流动，设u(x,y,z,t)为电芯内某一质点(x,y,z)在t时刻的温度，设k(x,y,z)为物体在点(x,y,z)处的热传导系数，k(x,y,z)为正值，依据传热学中的热传导(Fourier)定律，介质在无穷小时段dt内沿法线方向n流过一个无穷小面积dS的热量dQ与介质温度沿曲面dS法线方向的方向导数
成正比，即满足如下关系：
通过积分变换可得到如下的热传导方程(3)：
其中，a＝k/(b*q)，k,b,q均为常数。
基于边界条件u
1(x
1,y
1,z
1,t)＝T
13，u
2(x
2,y
2,z
2,t)＝T
14，u
3(x
3,y
3,z
3,t)＝T
12，通过边界条件和热传导方程，可求解电芯内部不同点的温度。
本申请实施例能够测得电芯上任一点的温度，通过上述热传导的计算方式，拟合电芯不同位置的温度。
举例说明如下，如图8所示，采用有限元的方法计算不同边界内部的节点处的温度，假设划分网格时，X轴方向有c个点，Y轴方向有r个点。此时边界条件为：
T
0(x,y)＝T
12,T
1(x,y)＝T
13 (4)
T
ij为X轴的i点和Y轴的j点的交点处温度，由于同一点处的温度相同，即满足如下关系：
T
(j-1)*c+i-1＝T
ij (5)
基于热传导系数、热传导方程和对应的边界条件，即可获得电芯上两个超声波换能器连线的路径上的网格划分后的各节点温度。需要说明的是，图8中的网格粗细的划分可直接影响温度场分布的细致程度，可按照需求设定，此处不做限定。
综上可知，由于不同温度下的超声波的波速不同，基于不同路径上的超声波波速可计算电芯的不同路径上的平均温度，基于热传导原理和不同路径上的温度确定的边界条件，可推测当前电芯内部的温度场。
S07、如图5所示的温度测量系统中，通过控制模块的控制功能，能够调整超声波换能器的收发功能。其中，超声波换能器4作为发送超声波器件，超声波换能器1、超声波换能器2、超声波换能器3作为接收器件，。
S08、依次对超声波换能器的工作模式进行切换，通过控制模块获得不同路径上的温度，通过积分计算，得到电芯内部的温度场。
需要说明的是，本申请的前述实施例中以对4个超声波换能器的情况进行说明，本申请实施例还可以根据电芯的实际应用场景，增加和减少超声波换能器的数目。
本申请实施例中，涉及超声波换能器、切换和控制电路设计、超声波信号的波速与温度对应关系、温度场分布测量算法，按照功能可以得到温度测量系统包括的模块，例如图9所示，温度测量系统包括：电源单元(unit)、超声波发送单元、超声波接收单元、信息上报单元、计算单元和控制单元。其中，超声波发送单元和超声波接收单元对应于前述的超声波换能器，计算单元的功能和控制单元的功能可如前述的控制模块的功能说明，即控制模块可包括计算单元和控制单元，此处不再逐一说明。不限定的是，前述实施例中的控制模块可以采用软件或硬件或二者结合的方式来实现。又如，前述实施例中的控制模块具体是后续图11中的处理器1101。
其中，电源单元，用于对温度测量系统内的各个模块进行供电和时序控制；
超声发送单元和超声接收单元作为超声波换能器，负责超声波信号的发送和接收，其中涉及模数和数模转换；
控制单元，用于超声波换能器的收发切换；
计算单元，用于对电芯的温度场的计算；
信息上报单元，用于上报温度测量负责结果，可通过有线网络或无线网络模式的方式进行上报。
本申请实施例提供的温度测量系统，能够完整实现对电池的温度检测和信息上报功能。
本申请实施例提供的温度测量系统可实现对电芯的温度场的准确测量。基于固体超声波对电池内的电芯进行温度测量，基于超声波传播原理，通过超声波信号的波速确定电芯内部的温度。本申请实施例基于一发多收多路径实现电芯的温度测量，通过控制模块的控制设计，实现对超声波换能器的分时轮询，获得电池内部多路径的温度，进而建立了电芯内部的温度场。本申请实施例基于超声波换能器的时分复用测量，可实现对超声波换能器的高利用率，实现对温度测量结果的分时上报和查询。
通过前述的举例说明可知，本申请实施例能够准确测量电芯内部的温度。通过安装于电芯不同位置的超声波换能器，可获得多个路径上的温度信息，通过轮询的方式，可获得电芯内部的温度场。本申请实施例能够低成本实时检测电池内部的温度变化。在电池发生异常的时候，能够迅速反馈并且告警，保护用户的生命安全。同时，本申请实施例具有测量范围广、成本低、监控面积大、实时性好、连接方式简洁等优点。
本申请实施例中，基于超声波在固体中传播特性受到材料状态(例如剪切模量、孔洞、密度等)的影响，基于超声、温度、压力、电压和电流的多信号融合系统，可采集多种信号，该系统可应用于类似电池的材料状态监控系统。
本申请实施例除了提供前述的温度测量系统，还提供一种温度测量方法。如图10所示， 温度测量方法用于测量电池包中至少一个电芯的温度，每个电芯上的第一位置设有第一超声波换能器，每个电芯上的第二位置设有第二超声波换能器。可选的，第一位置和第二位置处于每个电芯的不同表面上。本申请实施例提供的方法包括如下步骤：
1001、通过第一超声波换能器从第一位置发送第一超声波信号；
1002、通过第二超声波换能器从第二位置接收第一超声波信号；
1003、获取第一超声波信号从第一位置传播至第二位置的第一波速；
1004、根据第一波速获取每个电芯中的第一路径对应的第一温度，其中，第一路径为每个电芯内的第一位置和第二位置之间的超声波传播路径
在本申请的一些实施例中，每个电芯上的第三位置设有第三超声波换能器。可选的，第三位置和第一位置处于每个电芯的相同表面或者不同表面。本申请实施例提供的方法还包括：
通过第三超声波换能器从第三位置接收第一超声波信号；
获取第一超声波信号从第一位置传播至第三位置的第二波速；
根据第二波速获取每个电芯中的第二路径对应的第二温度，第二路径为每个电芯内的第一位置和第三位置之间的超声波传播路径。
在本申请的一些实施例中，所述方法还包括：
根据所述第一温度和所述第二温度获取所述每个电芯内的温度场，所述温度场包括：所述每个电芯内的多个位置分别对应的温度。
在本申请的一些实施例中，所述方法还包括：
根据每个电芯内的多个位置分别对应的温度满足的热传导关系、第一温度和第二温度获取每个电芯内的温度场，温度场包括：每个电芯内的多个位置分别对应的温度。
在本申请的一些实施例中，根据每个电芯内的多个位置分别对应的温度满足的热传导关系、第一温度和第二温度获取每个电芯内的温度场，包括：
确定每个电芯内的多个位置分别对应的热传导系数；
根据多个位置分别对应的热传导系数获取多个位置分别对应的温度满足的热传导关系；
以第一温度和第二温度为每个电芯内的边界温度条件，根据多个位置分别对应的温度满足的热传导关系获取每个电芯内的温度场。
在本申请的一些实施例中，所述通过所述第一超声波换能器从所述第一位置发送第一超声波信号，包括：通过所述第一超声波换能器在第一时间段内从所述第一位置发送所述第一超声波信号；
所述通过所述第二超声波换能器从所述第二位置接收所述第一超声波信号，包括：通过所述第二超声波换能器在所述第一时间段内从所述第二位置接收所述第一超声波信号；
所述获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第二位置的第一波速，包括：获取所述第一超声波信号在所述第一时间段内的所述第一波速；
所述根据所述第一波速获取所述每个电芯中的第一路径对应的第一温度，包括：根据所述第一波速获取在所述第一时间段内所述第一路径对应的所述第一温度；
所述方法还包括：
通过所述第二超声波换能器在第二时间段内从所述第二位置发送第二超声波信号；
通过所述第一超声波换能器在所述第二时间段内从所述第一位置接收所述第二超声波信号；
获取所述第二超声波信号在所述第二时间段内从所述第二位置传播至所述第一位置的第三波速；
根据所述第三波速获取在所述第二时间段内所述第一路径对应的第三温度；
其中，所述第一时间段和所述第二时间段是两个不同的温度测量时间段。
在本申请的一些实施例中，所述至少一个电芯包括：多个不同电芯，所述多个不同电芯对应的用于收发所述第一超声波信号的时间段是不同时间段。
在本申请的一些实施例中，检测所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器中的至少一个是否异常，以得到检测结果。
在本申请的一些实施例中，本申请实施例提供的方法还包括：
检测第一超声波换能器和第二超声波换能器在第一时间段内是否异常，以得到第一检测结果；
检测第一超声波换能器和第二超声波换能器在第二时间段内是否异常，以得到第二检测结果；
根据第一检测结果和第二检测结果确定第一超声波换能器或第二超声波换能器是否存在异常。
在本申请的一些实施例中，本申请实施例提供的方法还包括：
通过有线网络或者无线网络上报第一温度。
通过前述实施例的举例说明可知，本申请实施例中每个电芯可作为超声波传播介质，第一超声波信号可以在电芯内从第一位置传播至第二位置，控制模块分别与第一超声波换能器和第二超声波换能器相连，该控制模块能够获取到第一超声波信号在第一路径上传播的第一波速，由于电芯的温度直接和超声波信号的波速相关，根据该第一波速能够获取到第一路径对应的第一温度，该第一温度可作为每个电芯内的当前温度，能够准确测量电池包中至少一个电芯的温度，降低温度测量的复杂度。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必需的。
如图11所示，为本申请实施例提供的装置的硬件结构示意图。该装置可以为图1、图2至图4中的温度测量系统。
图11所示的装置可以包括：处理器1101、存储器202、通信接口1104、多个超声波换能器1105以及总线1103。处理器1101、存储器1102以及通信接口1104、多个超声波换能器1105之间可以通过总线1103连接。
处理器1101是计算机设备的控制中心，可以是一个通用中央处理单元(central processing unit，CPU)，也可以是其他通用处理器等。其中，通用处理器可以是微处理器或者是任何常规的处理器等。
作为一个示例，处理器1101可以包括一个或多个CPU。
不限定的是，图11中的处理器1101具体可以是前述实施例中的控制模块103，该处理器1101具有的功能可以是控制模块103的功能。例如，处理器1101可以执行前述图10所述的温度测量方法。
存储器1102可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
一种可能的实现方式中，存储器1102可以独立于处理器1101存在。存储器1102可以通过总线1103与处理器1101相连接，用于存储数据、指令或者程序代码。处理器1101调用并执行存储器1102中存储的指令或程序代码时，能够实现本申请实施例提供的温度测量方法。
另一种可能的实现方式中，存储器1102也可以和处理器1101集成在一起。
通信接口1104，用于装置与其他设备通过通信网络连接，所述通信网络可以是以太网，无线接入网(radio access network，RAN)，无线局域网(wireless local area networks，WLAN)等。通信接口1104可以包括用于接收数据的接收单元，以及用于发送数据的发送单元。例如，该通信接口1104用于处理器1101与超声波换能器相连接。
总线1103，可以是工业标准体系结构(industry standard architecture，ISA)总线、外部设备互连(peripheral component interconnect，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(extended industry standard architecture，EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
多个超声波换能器1105的功能如前述实施例中的第一超声波换能器101、第二超声波换能器102的说明，此处不做赘述。
需要指出的是，图11中示出的结构并不构成对计算机设备的限定，除图11所示部件之外，计算机设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
上述从方法的角度对本申请实施例提供的方案进行了介绍。为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在一些实施例中，所公开的方法可以实施为以机器可读格式被编码在计算机可读存储介质上的或者被编码在其它非瞬时性介质或者制品上的计算机程序指令。
应该理解，这里描述的布置仅仅是用于示例的目的。因而，本领域技术人员将理解， 其它布置和其它元素(例如，机器、接口、功能、顺序、和功能组等等)能够被取而代之地使用，并且一些元素可以根据所期望的结果而一并省略。
另外，所描述的元素中的许多是可以被实现为离散的或者分布式的组件的、或者以任何适当的组合和位置来结合其它组件实施的功能实体。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机执行指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (15)
- 一种温度测量系统，其特征在于，所述温度测量系统用于测量电池包中至少一个电芯的温度，所述温度测量系统包括：第一超声波换能器、第二超声波换能器和控制模块，其中，所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器，分别与所述控制模块相连接；所述第一超声波换能器设于所述至少一个电芯中每个电芯上的第一位置，所述第二超声波换能器设于所述每个电芯上的第二位置；所述第一超声波换能器，用于从所述第一位置发送第一超声波信号；所述第二超声波换能器，用于从所述第二位置接收所述第一超声波信号；所述控制模块，用于获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第二位置的第一波速；根据所述第一波速获取所述每个电芯中的第一路径对应的第一温度，其中，所述第一路径为所述第一位置和所述第二位置之间的超声波传播路径。
- 根据权利要求1所述的温度测量系统，其特征在于，所述温度测量系统还包括：第三超声波换能器，其中，所述第三超声波换能器与所述控制模块相连接，且所述第三超声波换能器设置于所述每个电芯上的第三位置；所述第三超声波换能器，用于从所述第三位置接收所述第一超声波信号；所述控制模块，还用于：获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第三位置的第二波速；根据所述第二波速获取所述每个电芯中的第二路径对应的第二温度，所述第二路径为所述第一位置和所述第三位置之间的超声波传播路径。
- 根据权利要求2所述的温度测量系统，其特征在于，所述控制模块，还用于：根据所述第一温度和所述第二温度获取所述每个电芯内的温度场，所述温度场包括：所述每个电芯内的多个位置分别对应的温度。
- 根据权利要求1至3中任一项所述的温度测量系统，其特征在于，所述第一超声波换能器，用于在第一时间段内从所述第一位置发送所述第一超声波信号；所述第二超声波换能器，用于在所述第一时间段内从所述第二位置接收所述第一超声波信号；所述第二超声波换能器，还用于在第二时间段内从所述第二位置发送第二超声波信号；所述第一超声波换能器，还用于在所述第二时间段内从所述第一位置接收所述第二超声波信号；所述控制模块，还用于：获取所述第二超声波信号从所述第二位置传播至所述第一位置的第三波速；根据所述第三波速获取所述第一路径对应的第三温度；其中，所述第一时间段和所述第二时间段是两个不同的温度测量时间段。
- 根据权利要求1至4中任一项所述的温度测量系统，其特征在于，所述至少一个电芯包括：多个不同电芯，所述多个不同电芯对应的用于收发所述第一超声波信号的时间段是不同时间段。
- 根据权利要求1至5中任一项所述的温度测量系统，其特征在于，所述控制模块，还用于检测所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器中的至少一个是否异常，以得到检测结果。
- 一种温度测量方法，其特征在于，所述温度测量方法用于测量电池包中至少一个电芯的温度，所述至少一个电芯中每个电芯上的第一位置设有第一超声波换能器，所述每个电芯上的第二位置设有第二超声波换能器；所述方法包括：通过所述第一超声波换能器从所述第一位置发送第一超声波信号；通过所述第二超声波换能器从所述第二位置接收所述第一超声波信号；获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第二位置的第一波速；根据所述第一波速获取所述每个电芯中的第一路径对应的第一温度，其中，所述第一路径为所述第一位置和所述第二位置之间的超声波传播路径。
- 根据权利要求7所述的温度测量方法，其特征在于，所述每个电芯上的第三位置设有第三超声波换能器，所述方法还包括：通过所述第三超声波换能器从所述第三位置接收所述第一超声波信号；获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第三位置的第二波速；根据所述第二波速获取所述每个电芯中的第二路径对应的第二温度，所述第二路径为所述第一位置和所述第三位置之间的超声波传播路径。
- 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述第一温度和所述第二温度获取所述每个电芯内的温度场，所述温度场包括：所述每个电芯内的多个位置分别对应的温度。
- 根据权利要求7至9中任一项所述的温度测量方法，其特征在于，所述通过所述第一超声波换能器从所述第一位置发送第一超声波信号，包括：通过所述第一超声波换能器在第一时间段内从所述第一位置发送所述第一超声波信号；所述通过所述第二超声波换能器从所述第二位置接收所述第一超声波信号，包括：通过所述第二超声波换能器在所述第一时间段内从所述第二位置接收所述第一超声波信号；所述获取所述第一超声波信号从所述第一位置传播至所述第二位置的第一波速，包括：获取所述第一超声波信号在所述第一时间段内的所述第一波速；所述根据所述第一波速获取所述每个电芯中的第一路径对应的第一温度，包括：根据所述第一波速获取在所述第一时间段内所述第一路径对应的所述第一温度；所述方法还包括：通过所述第二超声波换能器在第二时间段内从所述第二位置发送第二超声波信号；通过所述第一超声波换能器在所述第二时间段内从所述第一位置接收所述第二超声波信号；获取所述第二超声波信号在所述第二时间段内从所述第二位置传播至所述第一位置的第三波速；根据所述第三波速获取在所述第二时间段内所述第一路径对应的第三温度；其中，所述第一时间段和所述第二时间段是两个不同的温度测量时间段。
- 根据权利要求7至10中任一项所述的温度测量方法，其特征在于，所述至少一个电芯包括：多个不同电芯，所述多个不同电芯对应的用于收发所述第一超声波信号的时间段是不同时间段。
- 根据权利要求7至11中任一项所述的温度测量方法，其特征在于，所述方法还包 括：检测所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器中的至少一个是否异常，以得到检测结果。
- 一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括：处理器，存储器；所述处理器、所述存储器之间进行相互的通信；所述存储器用于存储指令；所述处理器用于执行所述存储器中的所述指令，执行如权利要求7至12中任一项所述的方法。
- 一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求7-12任意一项所述的方法。
- 一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求7-12任意一项所述的方法。
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| WO2023087176A1 (zh) | 2023-05-25 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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