专利名称：动力电池热稳定控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种动力电池热稳定的控制装置和方法，更特别地说，是指一种采用突变模型对动力电池进行热稳定控制的装置与方法。
背景技术：
由于全球性的石油资源持续紧缺与大气环境的不断恶化，新能源的开发和利用受到了世界各国的普遍重视，而作为消费全世界总能源10%的汽车行业，电动汽车的研究与发展，被认为是目前解决能源危机和环境保护的最现实、最有效的途径，而电动汽车发展的核心技术就是动力电池。但动力电池在高温、振动或挤压等情况下，电池内部会发生剧烈的反应，产生大量的热，若热量来不及散失而在电池内部积累，电池可能会燃烧或爆炸。为了可靠、安全的使用电池，要及时、正确地评价电池的热稳定性。
但是，现行电池热管理模块实现对电池组的加热或是制冷都只是以温度或温升速率为判断依据，当电池组温度或温升速率高于某一对应值时，开始对电池组进行冷却。针对电池的预测研究多为预测电池的寿命或是电池的容量、荷电状态、剩余电量等，没有对电池热稳定性的变化趋势进行相应的预测，使得现有电池管理系统存在一定的安全隐患，无法及时或是前瞻性的采取相应的反馈措施。
因此，为确保动力电池的安全运行，须建立一种更安全的电动汽车热稳定性的评估系统，从而实现对电池温度以及温升速率进行实时的监控、评估、预测和控制。发明内容
本发明正是针对上述问题而提出的，提供了一种采用突变模型对动力电池进行热稳定控制的装置与方法，可以有效的实现对电池温度以及温升速率进行实时监控、评估、预测和控制，从而有效安全的实现电池的热管理。
突变理论(Catastrophe Theory)是法国数学家Thom于1972年创立的，主要用来描述自然界中大量存在的不连续的突然变化现象。它是在拓扑学、群论、奇点理论、分叉理论、微分流形等数学分支上发展起来的。通常，系统存在着很多稳定状态，并沿着很多路径在各状态间转变，突变理论认为自然界中的一切突变形式可以根据系统的控制时间和状态空间的维数进行分类。通常，可以有七种基本突变形式，分别是折叠、尖点、燕尾、蝴蝶、双曲脐点、椭圆脐点、抛物脐点。尖点突变模型是比较简单的突变类型，且是应用最广泛的一种模型，为此，本文采用这种模型，建立了动力电池热稳定性评估装置和方法。
该装置或方法具有的优点如下
1)本装置(或方法)首次把突变理论应用到了电池的热稳定性的监控、评估和预测的过程中，并取得了良好的效果；
2)该装置(或方法)可提前预测电池的热失控状态，并通过控制模块采取相应的应急措施，由于该装置(或方法)能提前预测到动力电池的热状态变化，而不是在热状态发生变化后才感知到变化的发生，该装置(或方法)是在预测到热失控的时候就采取措施，而不是发现热失控后才采取措施，所以具有前瞻性和先进性，这样就不会使得电池经受任何损失。
3)该系统易于普及。
图1是本发明电池热稳定控制装置的结构框图2是本发明中电池热稳定控制装置中电池上热电偶布置示意图3是正则尖点突变模型图4是对偶尖点突变模型图5表示实验中突变量Δ χ随时间的变化。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的动力电池热稳定控制装置包括温度采集单元1，比较判断单元2，突变评估单元3，控制响应单元4。
温度采集单元1采集动力电池组中各个单体电池的温度，其采集使用热电偶，其中热电偶的分布可如图2所示，单体电池上端布置两个热电偶，中部和下部各布置一个热电偶。其中的数据采集频率可根据需要自由掌握，采集频率越高监控效果越好，优选每隔Is 或&或108采集一次。
温度采集单元实时的将采集的数据传送到比较判断单元2，在该单元中，针对每个热电偶布置点(也即每个温度采集点)，计算相邻2个采集时刻之间的温度斜率(即温升速率)，并将每个温度采集点的温升速率与基准值进行比较，当其中某个温升速率大于基准值时，启动突变评估单元，当温升速率小于或等于基准值时，不采取任何措施。其中基准值优选为1°C /s。
在突变评估单元3中，首先对动力电池的一段时间内的温升速率进行累积，也即是将所计算得到的温升速率进行叠加，得到关于温升速率的一个累积函数，此处选择累积温升速率作为动力电池热稳定性突变模型的判断参数的原因在于动力电池的温升速率能时刻反应电池内部热量的累积程度，并且在电池温度持续上升的过程中，温升速率的累积结果又具有单调递增的规律。然后对累积温升速率函数进行Taylor公式展开，并且截取前五项，可得
V(t) = ao+Bit+a^^agt^t4 (1)
其中V(t)表示累积温升速率，t表示累积时间，利用多元回归分析确定系数％，4 + 2 + a
计算Λ^ ,“ 4α4 ‘Δχ = jxa-----ι --
突变评估单元3将计算出的Δ χ值送入到控制响应单元4内。
控制响应单元4将突变评估单元3传送来的Δ χ值进行判断，如果Δ χ > 0时，则表明动力电池将会发生热失控，则需要采取相应的措施，如果Δχ < 0，则不采取任何措施。
如果判断出Ax > 0，则需要进ー步进行判断Ax值的大小，并根据该数值的大小 来采取不同级别的相应措施，其中不同级别的相应措施优选如下当Ax <1开启散热措施；当1彡A X < 3. 5开启散热和告警措施；Ax > 3. 5采取关断措施。下面来解释为何将A X值作为动カ电池热稳定性的评估參数的原因累积温升速 率进行Taylor公式展开的结果如上面所示，也即为V(t) = ao+a^+a^+a^+a^4 (1)利用多元回归分析确定系数知，ら，-,a4令t= z-p，式中
权利要求
1. 一种动力电池热稳定控制装置，其特征在于包括温度采集单元(1)，比较判断单元 O)，突变评估单元(3)以及控制响应单元⑷；温度采集单元(1)采集动力电池上多个不同地点的温度，然后实时的将采集的数据传送到比较判断单元O)，在比较判断单元O)中，针对每个温度采集点，计算每个温度采集点的温升速率，并实时的将每个温度采集点的温升速率与基准值进行比较，当其中某个温升速率大于基准值时，启动突变评估单元(3)，当温升速率小于或等于基准值时，不采取任何措施；在突变评估单元(3)中，首先对一段时间内的温升速率进行累积，然后对得到的累积温升速率函数进行Taylor公式展开，并且截取前五项，可得 V(t) = a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4 (1)其中V(t)表示累积温升速率函数，t表示累积时间，利用多元回归分析确定系数％，突变评估单元⑶将计算出的Δ χ值送入到控制响应单元⑷内；控制响应单元(4) 将突变评估单元⑶传送来的Δ χ值进行判断，如果Δχ>0时，则表明动力电池将会发生热失控，则进一步判断Δχ值的大小，并根据ΔΧ值的大小采取不同的响应措施，如果 Δχ<0，则不采取任何措施； 所述不同的响应措施如下 当Δχ< 1时，开启散热措施； 当1彡Δχ< 3. 5时，开启散热和告警措施； Δχ > 3. 5时，采取关断措施。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述基准值为1°C/S。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的温度采集单元使用热电偶进行采集， 采集间隔为Is。
4.一种动力电池热稳定控制方法，其特征在于温度采集单元(1)采集动力电池上多个不同地点的温度，然后实时的将采集的数据传送到比较判断单元O)，在比较判断单元(2)中，针对每个温度采集点，计算每个温度采集点的温升速率，并实时的将每个温度采集点的温升速率与基准值进行比较，当其中某个温升速率大于基准值时，启动突变评估单元(3)，当温升速率小于或等于基准值时，不采取任何措施；在突变评估单元(3)中，首先对一段时间内的温升速率进行累积，然后对累积温升速率进行Taylor公式展开，并且截取前五项，可得 V (t) = a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4 (1)其中V(t)表示累积温升速率，t表示累积时间，利用多元回归分析确定系数、，^，…，计算^^值，突变评估单元⑶将计算出的Δ χ值送入到控制响应单元⑷内；控制响应单元(4) 将突变评估单元⑶传送来的Δ χ值进行判断，如果Δχ>0时，则表明动力电池将会发生热失控，则进一步判断Δχ值的大小，并根据ΔΧ值的大小采取不同的响应措施，如果 Δχ<0，则不采取任何措施； 所述不同的响应措施如下 当Δχ< 1时，开启散热措施； 当1彡Δχ< 3. 5时，开启散热和告警措施； Δχ > 3. 5时，采取关断措施。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述基准值为1°C/s。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述的温度采集单元使用热电偶进行采集， 采集间隔为Is。
全文摘要
一种动力电池热稳定控制装置，其特征在于包括温度采集单元(1)，比较判断单元(2)，突变评估单元(3)以及控制响应单元(4)。温度采集单元(1)采集动力电池上多个不同地点的温度，然后实时的将采集的数据传送到比较判断单元(2)，在比较判断单元(2)中，针对每个温度采集点，计算每个温度采集点的温升速率，并实时的将每个温度采集点的温升速率与基准值进行比较，当其中某个温升速率大于基准值时，启动突变评估单元(3)，当温升速率小于或等于基准值时，不采取任何措施。该装置是在预测到热失控的时候就采取措施，而不是发现热失控后才采取措施，所以具有前瞻性和先进性，这样就不会使得电池经受任何损失。
文档编号H01M10/50GK102522607SQ20111043080
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者于红梅, 付艳玲, 施亚申, 杨宗辉, 王宏伟, 王超, 肖海清, 邓爽 申请人:中国检验检疫科学研究院