CN215451518U - 动力电池的温度检测设备及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种动力电池的温度检测设备，涉及电动汽车技术领域，所述动力电池的温度检测设备包括：多个温度检测支路，每一个所述温度检测支路包括串联的多个温度检测元件，每个所述温度检测元件设置于一个电芯上；数据采集板，包括多组数据接口，每组所述数据接口与一个所述温度检测支路通信连接，采集所述温度检测支路的电流参数；控制器，与所述数据采集板通信连接，接收所述数据采集板采集的电流值并输出与所述电流值对应的温度值。本申请的方案提高了对动力电池的温度监控的覆盖度和及时性，降低了动力电池出现热失控现象的可能性。

Description

动力电池的温度检测设备及电动汽车
技术领域
本申请涉及汽车技术领域，尤其是涉及一种动力电池的温度检测设备及电动汽车。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高，使用寿命长和没有记忆效应的特点，已经被广泛地应用到了新能源汽车上。然而随着锂电池技术的不断成熟和国家政策的大力扶持，电动汽车的发展十分迅猛。2020年电动汽车的市场保有量已经接近400万辆，同时更高能量密度的高续航电动车也不断推陈出新。市场保有量的增加和能量密度提升的同时，安全性问题也越来越突出。据不完全统计，2019年以来行业中发生了多起电动汽车动力电池热失控的现象。
锂离子电池发生热失控的原因十分复杂，涉及电池制造工艺、使用工况和外界环境等多因素。温度异常升高是电池系统热失控过程中最明显的标志。目前各大主机厂在电池管理系统(Battery Management System，BMS)中均有针对电池系统温度信号的安全报警设置，普遍设置上限温度和温升速率两个阈值进行报警。现有的检测装置如图1所示，在动力电池的部分电芯上设置温度传感器，每个温度传感器分别与数据采集板连接，以使数据采集板采集回路中的电信号，进而确定被检测电芯的温度，这种方式存在电芯漏检的情况，当电池系统中的某只电池温度异常升高，有热失控风险时，如果本身没有温度传感器，那么其异常温升并可能被漏检。如继续使用会导致电池温度更进一步升高，当达到一定高温时，就会发生热失控。而此时即使温度传递到了附近的温度传感器，并检测到温度异常，也已经来不及处理。这会给车辆和人员带来巨大的安全风险。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种动力电池的温度检测设备及电动汽车，从而解决现有技术中无法及时检测到温度异常升高的电芯而给用户带来安全风险的问题。
为了达到上述目的，本申请提供一种动力电池的温度检测设备，包括：
多个温度检测支路，每一个所述温度检测支路包括串联的多个温度检测元件，每个所述温度检测元件设置于一个电芯上；
数据采集板，包括多组数据接口，每组所述数据接口与一个所述温度检测支路通信连接，采集所述温度检测支路的电流参数；
控制器，与所述数据采集板通信连接，接收所述数据采集板采集的电流值并输出与所述电流值对应的温度值。
可选地，所述温度检测元件为非线性温度检测元件。
可选地，所述温度检测元件为正温度系数PTC型热敏电阻或者为负温度系数NTC型热敏电阻。
可选地，所述温度检测元件在第一温度范围内的阻抗变化率小于在第二温度范围内的阻抗变化率；其中，所述第一温度范围内的最高温度小于或等于所述第二温度范围内的最低温度。
可选地，所述温度检测元件位于所述电芯的负极耳上。
可选地，所述控制器还包括通讯模组，所述控制器通过所述通讯模组向车端平台和/或云端大数据平台传输所述温度值。
可选地，所述控制器为电池管理系统BMS的控制器。
本申请实施例还提供一种电动汽车，包括如上所述的动力电池的温度检测设备。
本申请的上述技术方案至少具有如下有益效果：
本申请实施例的动力电池的温度检测设备，包括：多个温度检测支路，每一个所述温度检测支路包括串联的多个温度检测元件，每个所述温度检测元件设置于一个电芯上；数据采集板，包括多组数据接口，每组所述数据接口与一个所述温度检测支路通信连接，采集所述温度检测支路的电流参数；控制器，与所述数据采集板通信连接，接收所述数据采集板采集的电流值并输出与所述电流值对应的温度值。通过动力电池的每个电芯上均设置有温度检测元件，实现了在不大幅改变原有检测设备的硬件结构的基础上，对每个电芯的实时监控，避免了无法及时检测到电芯出现热失控现象的情况，显著提升了温度监控的覆盖度和及时性，且降低了开发成本。
附图说明
图1为现有技术中动力电池的温度检测设备的示意图；
图2为本申请实施例的动力电池的温度检测设备的示意图之一；
图3为本申请实施例的动力电池的温度检测设备的示意图之二；
图4为本申请实施例中温度检测元件的电阻与温度之间的对应关系图；
图5为本申请实施例中温度与温度检测支路中的电流之间的对应关系；
图6为对本申请实施例的温度检测设备进行试验的结果比对图。
附图标记说明：
100-电芯，200-温度检测元件。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的动力电池的温度检测设备及电动汽车进行详细地说明。
如图2和图3所示，为本申请实施例的动力电池的温度检测设备的示意图，该动力电池的温度检测设备包括：
多个温度检测支路，每一个所述温度检测支路包括串联的多个温度检测元件200，每个所述温度检测元件200设置于一个电芯100上；
数据采集板，包括多组数据接口，每组所述数据接口与一个所述温度检测支路通信连接，采集所述温度检测支路的电流参数；
控制器，与所述数据采集板通信连接，接收所述数据采集板采集的电流值并输出与所述电流值对应的温度值。
本申请实施例的动力电池的温度检测设备中，在动力电池的每个电芯100上均设置温度检测元件200，实现了对每个电芯100的温度进行及时检测，提高了对动力电池的温度监控的覆盖度和及时性，降低了电芯100出现热失控现象的可能性；通过将多个温度检测元件200串联为一个温度检测支路，与数据采集板的一组数据接口连接，这样，不会增加数据传输量且不会对原有检测设备的结构进行大幅度更改，降低了改进成本，通过每个温度检测支路检测到的综合温度可以判定该温度检测支路所对应的电芯100是否存在热失控的风险，从而实现了对每个电芯100的及时检测，提高了温度检测设备的及时性。
作为一个可选的实现方式，所述温度检测元件200为非线性温度检测元件。
本可选实现方式中，通过将温度检测元件200选择为非线性温度检测元件，使得温度检测元件在动力电池的正常温度范围内对动力电池的温度变化不敏感，在动力电池的高温范围内随温度变化而显著变化。
具体的，所述温度检测元件200为正温度系数(Positive TemperatureCoefficient，PTC)型热敏电阻或者为负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)型热敏电阻。
在温度检测元件200为热敏电阻的情况下，每个温度检测元件200的电阻值与其检测的温度之间满足如下关系：
Rn＝f(Tn)
其中，Rn为电阻值，Tn为温度值，f为电阻与温度之间的函数关系。具体的，电阻与温度之间的函数关系可以根据温度检测元件的不同材料确定，例如，电阻值与温度之间的函数关系可以如图4所示。
在动力电池的温度检测设备工作过程中，会为每个温度检测支路提供一个恒定的供电电压，根据欧姆定律，则温度检测元件200内部的电流满足以下公式：
Figure BDA0003241082580000051
其中，I为电流，U为供电电压，f(Tn)为温度检测支路中的温度检测元件200的电阻。
控制器会根据数据采集板采集到的电流信号，以及预先设置的温度-电流对应函数关系得到温度检测支路检测到的综合温度。其中，温度-电流对应函数关系满足以下公式，且两者的对应关系如图5所示。
Figure BDA0003241082580000052
其中，Toutput为综合温度，g为温度-电流对应函数关系。
作为一个可选的实现方式，所述温度检测元件200在第一温度范围内的阻抗变化率小于在第二温度范围内的阻抗变化率；其中，所述第一温度范围内的最高温度小于或等于所述第二温度范围内的最低温度。
本可选实现方式中的温度检测元件200在第一温度范围内对温度变化不敏感，在第二温度范围内对温度变化敏感，如此，可以实现在第二温度范围内快速检测出电芯100的温度发生的微小变化，提高了检测的灵敏度，其中，第一温度范围为动力电池正常工作的温度范围，第二温度范围为动力电池的高温区。
作为一个可选的实现方式，所述温度检测元件200位于所述电芯100的负极耳上。
由于电芯100的负极耳为电芯100温度最高的位置，本可选实现方式中，将温度检测元件设置在电芯100的负极耳上，即可快速检测出电芯100的温度的异常。
作为一个可选的实现方式，所述控制器还包括通讯模组，所述控制器通过所述通讯模组向车端平台和/或云端大数据平台传输所述温度值。
通过在控制器内设置通讯模组，实现了控制器与外部平台设备的通讯连接，以将控制器确定的温度传递给相应的平台设备，以判断动力电池是否存在热失控的可能性并及时提醒用户。
这里，需要说明的是，控制器也可以根据预先设定的算法，判断动力电池是否存在热失控的可能性，具体可以为：将当前检测到的温度与预先设定的温度阈值进行比较，或者，将当前检测到的温度和与其相邻的前N次检测到的温度的变化量进行比较，或者，将同一时刻多个温度检测支路检测到的温度进行横向比较，最终根据比较结果确定动力电池是否存在热失控的风险。
作为一个可选的实现方式，所述控制器为电池管理系统BMS的控制器。
将BMS的控制器作为本申请实施例的控制器，实现了BMS控制器的复用，进一步减少了对硬件设备的调整，降低了开发和生产成本。
下面，通过一个实验，对本申请实施例的温度检测设备的具体实例进行说明：
利用本申请实施例的温度检测元件200制造了4采集探头的多点温度采集设备。布置到4P结构的方形电池模组，模组中每个电芯的负极耳均布置温度检测元件200，并连接好BMS采集系统，内嵌入多点温度采集传感器的温度-电阻(T-R)曲线f(x)和电流-温度(I-T)曲线g(x)。试验过程中控制1-4号电芯实际温度分别为T1＝91，T2＝71，T3＝32和T4＝25℃，通过BMS连接上位机得到多点温度采集传感器(温度检测支路)得到的输出温度Toutput，如图6所示，其中，T1为1号电芯的温度，T2为2号电芯的温度，T3为3号电芯的温度，T4为4号电芯的温度。从结果可知本申请实施例的温度检测设备采集的信号可以全面采集系统中全部电芯多点温度，并直接反映模组中整体温度的水平。
本申请实施例的动力电池的温度检测设备，实现了将多个特定的温度检测元件进行串联，从而设计成可以采集多点温度并输出反应被测系统整体温度值的信号，从而可以监控电池模组中各个电芯的温度，并只输出综合温度值，这样，能够反映出被检测电池模组不同位置较全面的温度情况，不仅可以提升温度监控效果，同时输出信号数量并未增多，对于电池系统结构和电气件无太大变化，简便易行且成本低廉；本申请实施例中的温度检测元件为PTC型或NTC型热敏电阻，且具有在正常温度范围内阻抗对温度变化不敏感，在高温区随温度变化显著的特点，提高了对异常温度的检测精度。
本申请实施例还提供一种电动汽车，包括如上所述的动力电池的温度检测设备。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种动力电池的温度检测设备，其特征在于，包括：
多个温度检测支路，每一个所述温度检测支路包括串联的多个温度检测元件，每个所述温度检测元件设置于一个电芯上；
数据采集板，包括多组数据接口，每组所述数据接口与一个所述温度检测支路通信连接，采集所述温度检测支路的电流参数；
控制器，与所述数据采集板通信连接，接收所述数据采集板采集的电流值并输出与所述电流值对应的温度值。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述温度检测元件为非线性温度检测元件。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述温度检测元件为正温度系数PTC型热敏电阻或者为负温度系数NTC型热敏电阻。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述温度检测元件在第一温度范围内的阻抗变化率小于在第二温度范围内的阻抗变化率；其中，所述第一温度范围内的最高温度小于或等于所述第二温度范围内的最低温度。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述温度检测元件位于所述电芯的负极耳上。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器还包括通讯模组，所述控制器通过所述通讯模组向车端平台和/或云端大数据平台传输所述温度值。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器为电池管理系统BMS的控制器。
8.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的动力电池的温度检测设备。
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