阅读说明：本技术 一种锂离子电池的防热失控控制系统及方法 (Thermal runaway prevention control system and method for lithium ion battery ) 是由 王驰伟 冯树南 杨益志 祁春翔 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种锂离子电池的防热失控控制系统及方法,系统包括用于对锂离子电池表面进行温度采集的温度采集模块、用于对锂离子电池散热的散热模块、用于使用户将采集的温度进行筛选处理的中央控制模块、用于将锂离子电池表面温度过高进行报警的报警模块、用于对所有模块进行供电的电源模块和用于与远程PC机进行数据发送的信号传输模块；所述电源模块分别与温度采集模块、散热模块、中央处理模块、报警模块和信号传输模块电连接。(The invention discloses a system and a method for controlling thermal runaway prevention of a lithium ion battery, wherein the system comprises a temperature acquisition module for acquiring the temperature of the surface of the lithium ion battery, a heat dissipation module for dissipating the heat of the lithium ion battery, a central control module for enabling a user to screen the acquired temperature, an alarm module for alarming when the temperature of the surface of the lithium ion battery is too high, a power supply module for supplying power to all the modules and a signal transmission module for transmitting data with a remote PC (personal computer); the power supply module is respectively and electrically connected with the temperature acquisition module, the heat dissipation module, the central processing module, the alarm module and the signal transmission module.)

一种锂离子电池的防热失控控制系统及方法

技术领域

本发明涉及锂电子领域，具体是一种锂离子电池的防热失控控制系统及方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。工作温度范围宽为-20℃～60℃。

锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。而真正的锂电池由于危险性大，很少应用于日常电子产品。

电池最常见的***原因，是充电过程中的失误。在使用锂电池的电子设备中，往往有相关的软件设定了锂电池应该充的电量，以及充电速度。如果相关的设定发生错误，则将会让电池中的化合物出现不稳定，出现一种研究人员称之为“热失控”的问题，这将会引发燃烧或***。

锂电池温度过高，也会引发***。所以一些智能手机在电池温度过高的时候会主动报警，提示用户进行降温。

另外一个过热和***的原因出现在制造过程中，或是用户的粗心大意。如果在电池制造过程中留下了不需要的材料(比如一个小铁片)，这将会引发电池短路，造成热失控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池的防热失控控制系统及方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂离子电池的防热失控控制系统，系统包括用于对锂离子电池表面进行温度采集的温度采集模块、用于对锂离子电池散热的散热模块、用于使用户将采集的温度进行筛选处理的中央控制模块、用于将锂离子电池表面温度过高进行报警的报警模块、用于对所有模块进行供电的电源模块和用于与远程PC机进行数据发送的信号传输模块；

所述电源模块分别与温度采集模块、散热模块、中央处理模块、报警模块和信号传输模块电连接。

根据上述技术方案，所述温度采集模块包括用于实时感应锂离子电池表面温度的内部温度传感器、用于感应外部温度的外部温度传感器；

所述内部温度传感器和外部温度传感器与散热模块电连接；

所述内部温度传感器与中央处理模块电连接；

根据上述技术方案，所述散热模块包括用于对锂离子电池表面进行降温的半导体制冷片和用于监测锂离子电池靠近半导体制冷片一侧表面温度的第二温度传感器，半导体制冷片粘接在靠近半导体制冷片一侧的锂离子电池表面，半导体制冷片型号采用TEC2---25408 40N40。

根据上述技术方案，所述中央控制模块内部设有PLC芯片，PLC芯片的输入端与温度采集模块电连接，PLC芯片的输出端与报警模块和信号传输模块电连接，中央控制模块上设有用于显示锂离子电池表面实时温度的显示屏，显示屏与PLC芯片相连接，其中，显示屏的界面至少包括锂离子电池表面温度通知区、室内大气温度通知区、锂离子电池表面适合温度通知区。

根据上述技术方案，所述报警模块包括用于发出声响的蜂鸣器，报警模块上设有用于对蜂鸣器进行关闭和开启的应急开关按钮。

根据上述技术方案，所述电源模块上设有用于进行供电的USB母口和用于通过相应电源线连接外部电源的USB公口，电源模块内部设有用于用于切断和开启电源模块的开关继电器，开关继电器的型号采用T73(3FF)12V/A小型通用继电器。

根据上述技术方案，所述信号传输模块的设备由路由器和无线WI-FI组成。

一种锂离子电池的防热失控控制方法：

S1:利用温度采集模块对锂离子电池表面温度进行采集；

S2：利用中央处理模块对温度采集模块所采集的温度信息进行处理；

S3：利用中央处理模块对温度采集模块所采集的温度数据与设定阈值进行对比，判断是否锂离子电池表面是否过热；

S4：所采集的温度数据超过设定阈值，将数据发送给报警模块和信号传输模块；

S5：所采集的温度未超过预定阈值，中央处理模块不作处理。

根据上述技术方案，所述步骤S1中，利用温度采集系统对锂离子电池表面进行温度采集时，还包括以下步骤：

A1:利用外部温度传感器对外部空气温度进行检测；

A2:利用内部温度传感器对锂离子电池表面温度进行检测；

A3:当外部空气温度大于或等于设定阈值，则控制散热模块的开启，实现对锂离子电池表面暂时的降温；

A4:内部温度传感器对锂离子电池表面温度进行检测，当表面温度大于或等于设定阈值，一方面控制散热模块对锂离子电池表面暂时进行降温，开启第二温度传感器实时监测锂离子电池靠近散热模块一侧的温度，将监测温度发送给中央控制模块进行处理；

另一方面将锂离子电池表面靠近内部温度传感器一侧的实时温度数据发送给中央控制模块进行处理；

A5:中央控制模块利用第二温度传感器和内部温度传感器所传数据进行计算、分析。

根据上述技术方案：所述步骤A5中，利用内部温度传感器对锂离子电池表面一侧温度进行采集时，所述第二温度传感器对锂离子电池表面另一侧温度进行采集；

内部温度传感器安装在锂离子电池表面一侧，对锂离子电池表面实时温度进行采集，所述采集的温度数据设定为N₁、N₂、N₃、…、N_n，利用第二温度传感器对锂离子电池表面靠近散热模块的一侧实时温度进行采集，所述采集的温度数据为Y₁、Y₂、Y₃、…、Y_n，设定内部温度传感器和第二温度传感器的检测次数为C，设定内部温度传感器和第二温度传感器采集温度之差的平均数为L，根据公式：

L＝(N₁-Y₁)+(N₂-Y₂)+…+(N_n-Y_n)/C

当L小于等于设定的阈值时，所述中央控制模块判定锂离子电池表面温度过高，将数据发送给报警模块和信号传输模块；当L大于设定的阈值时，中央控制模块不作处理；

所述内部温度传感器和第二温度传感器采集温度的时间设有T₁、T₂、T₃、…、T_n，设定当前测量的内部温度传感器和第二温度传感器采集温度之差与上次测量的内部温度传感器和第二温度传感器采集温度之差的差数和当前测量时间和上次测量时间之差的比数为M，根据公式：

通过上述公式能够计算出M₁、M₂、M₃、…、M_n，从而能够对锂离子电池表面继续上升的温度进行预测，设定预测值为Z，计算预测值Z的公式如下：

Z＝(N_n-Y_n)+M_n-1

通过上述公式得出预测值Z，中央控制模块将预测值Z发送至显示屏，显示屏对预测值Z进行通知。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、设置温度采集系统，利用外部温度传感和内部温度传感器对锂离子电池表面温度进行检测，利用散热模块对锂离子表面暂时进行降温，利用第二温度传感器对散热模块的一侧温度进行实时的检测，利用中央控制模块计算出内部温度传感器和第二温度传感器采集温度之差的平均数，用于判断锂离子电池是否过热，避免锂离子电池表面过热，导致锂离子电池损坏。

2、设置报警模块和信号传输模块，通过中央控制模块对报警模块进行信号传输，从而在锂离子电池表面过热的情况下进行报警，报警模块包括用于发出声响的蜂鸣器、警报器，喇叭中的一个或多个或其组合，应急开关按钮能够用于对蜂鸣器进行关闭和开启，信号传输模块由路由器和无线WI-FI组成，能够对远程PC机发送报警信号，从而使操作人员更快的对锂离子电池将降温保护，防止锂离子电池过热造成损坏。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种锂离子电池的防热失控控制系统的结构示意图；

图2为本发明一种锂离子电池的防热失控控制方法的步骤示意图；

图3为本发明一种锂离子电池的防热失控控制方法的步骤S1的具体步骤示意图；

图4为本发明一种锂离子电池的防热失控控制方法的实施过程的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种锂离子电池的防热失控控制系统及方法。

本发明的工作原理是：如图1所示，一种锂离子电池的防热失控控制系统，系统包括用于对锂离子电池表面进行温度采集的温度采集模块，所述温度采集模块包括用于实时感应锂离子电池表面温度的内部温度传感器、用于感应外部温度的外部温度传感器；

所述内部温度传感器和外部温度传感器与散热模块电连接；

所述内部温度传感器与中央处理模块电连接；

系统包括用于对锂离子电池散热的散热模块，散热模块包括用于对锂离子电池表面进行降温的半导体制冷片和用于监测锂离子电池靠近半导体制冷片一侧表面温度的第二温度传感器，半导体制冷片粘接在靠近半导体制冷片一侧的锂离子电池表面，半导体制冷片型号采用TEC2---25408 40N40。

系统包括用于使用户将采集的温度进行筛选处理的中央控制模块，中央控制模块内部设有PLC芯片，PLC芯片的输入端与温度采集模块电连接，PLC芯片的输出端与报警模块和信号传输模块电连接，中央控制模块上设有用于显示锂离子电池表面实时温度的显示屏，显示屏与PLC芯片相连接，其中，显示屏的界面至少包括锂离子电池表面温度通知区、室内大气温度通知区、锂离子电池表面适合温度通知区。

系统包括用于将锂离子电池表面温度过高进行报警的报警模块，报警模块包括用于发出声响的蜂鸣器，报警模块上设有用于对蜂鸣器进行关闭和开启的应急开关按钮。

系统包括用于与远程PC机进行数据发送的信号传输模块，信号传输模块的设备由路由器和无线WI-FI组成。

系统包括用于对所有模块进行供电的电源模块，电源模块上设有用于进行供电的USB母口和用于通过相应电源线连接外部电源的USB公口，电源模块内部设有用于用于切断和开启电源模块的开关继电器，开关继电器的型号采用T73(3FF)12V/A小型通用继电器；电源模块分别与温度采集模块、散热模块、中央处理模块、报警模块和信号传输模块电连接。

如图2和3所示：一种锂离子电池的防热失控控制方法：

S1:利用温度采集模块对锂离子电池表面温度进行采集；

S1中还包括以下步骤：

A1:利用外部温度传感器对外部空气温度进行检测；

A2:利用内部温度传感器对锂离子电池表面温度进行检测；

A3:当外部空气温度大于或等于设定阈值，则控制散热模块的开启，实现对锂离子电池表面暂时的降温；

A4:内部温度传感器对锂离子电池表面温度进行检测，当表面温度大于或等于设定阈值，一方面控制散热模块对锂离子电池表面暂时进行降温，开启第二温度传感器实时监测锂离子电池靠近散热模块一侧的温度，将监测温度发送给中央控制模块进行处理；

另一方面将锂离子电池表面靠近内部温度传感器一侧的实时温度数据发送给中央控制模块进行处理；

A5:中央控制模块利用第二温度传感器和内部温度传感器所传数据进行计算、分析。

其中，外部空气温度设定阈值为30度。

S2：利用中央处理模块对温度采集模块所采集的温度信息进行处理；

S3：利用中央处理模块对温度采集模块所采集的温度数据与设定阈值进行对比，判断是否锂离子电池表面是否过热；

S4：所采集的温度数据超过设定阈值，将数据发送给报警模块和信号传输模块；

S5：所采集的温度未超过预定阈值，中央处理模块不作处理。

所述步骤A5中，利用内部温度传感器对锂离子电池表面一侧温度进行采集时，所述第二温度传感器对锂离子电池表面另一侧温度进行采集；

内部温度传感器安装在锂离子电池表面一侧，对锂离子电池表面实时温度进行采集，所述采集的温度数据设定为N₁、N₂、N₃、…、N_n，利用第二温度传感器对锂离子电池表面靠近散热模块的一侧实时温度进行采集，所述采集的温度数据为Y₁、Y₂、Y₃、…、Y_n，设定内部温度传感器和第二温度传感器的检测次数为C，设定内部温度传感器和第二温度传感器采集温度之差的平均数为L，根据公式：

L＝(N₁-Y₁)+(N₂-Y₂)+…+(N_n-Y_n)/C

当L小于等于设定的阈值时，所述中央控制模块判定锂离子电池表面温度过高，将数据发送给报警模块和信号传输模块；当L大于设定的阈值时，中央控制模块不作处理；

所述内部温度传感器和第二温度传感器采集温度的时间设有T₁、T₂、T₃、…、T_n，设定当前测量的内部温度传感器和第二温度传感器采集温度之差与上次测量的内部温度传感器和第二温度传感器采集温度之差的差数和当前测量时间和上次测量时间之差的比数为M，根据公式：

通过上述公式能够计算出M₁、M₂、M₃、…、M_n，从而能够对锂离子电池表面继续上升的温度进行预测，设定预测值为Z，计算预测值Z的公式如下：

Z＝(N_n-Y_n)+M_n-1

通过上述公式得出预测值Z，中央控制模块将预测值Z发送至显示屏，显示屏对预测值Z进行通知。

实施例1中，限定条件，内部温度传感器设定阈值为40度，内部温度传感器实时对锂离子电池表面进行测量，测量的数据分别为48℃，50℃,52℃,测量次数为三次，对应的时间分别为11:00、12:00和13:00；

第二温度传感器对靠近散热模块一侧的锂离子电池表面温度进行测量，测量的数据分别为20℃、24℃、24℃。

根据公式L＝(N₁-Y₁)+(N₂-Y₂)+…+(N_n-Y_n)/C计算得L＝(48-20)+(50-22)+(52-22)/3＝28℃，L的设定阈值20°C，L大于设定阈值20℃，中央控制模块不作处理；

当中央控制模块不进行报警，中央处理模块会对下一整时刻的锂离子表面温度进行预测，根据

计算得出

根据公式Z＝(N_n-Y_n)+M_n-1计算得出Z＝(52-22)+1＝31°C；所以14:00时刻锂离子电池表面综合温度预测值为31℃，中央控制模块将预测值31℃发送至显示屏，显示屏对预测值31℃进行通知，提醒工作人员。

实施例2：限定条件，内部温度传感器设定阈值为40度，内部温度传感器实时对锂离子电池表面进行测量，测量的数据分别为40℃，50℃,60℃,测量次数为三次，对应的时间分别为10:00、11:00和12:00；

第二温度传感器对靠近散热模块一侧的锂离子电池表面温度进行测量，测量的数据分别为25℃、27℃、29℃。

根据公式L＝(N₁-Y₁)+(N₂-Y₂)+…+(N_n-Y_n)/C计算得L＝(40-25)+(50-27)+(60-29)/3＝23℃，L的设定阈值20°C，L大于设定阈值20℃，中央控制模块不作处理；

当中央控制模块不进行报警，中央处理模块会对下一整时刻的锂离子表面温度进行预测，根据

计算得出

根据公式Z＝(N_n-Y_n)+M_n-1计算得出Z＝(60-29)+8＝39°C；所以14:00时刻锂离子电池表面综合温度预测值为39℃，中央控制模块将预测值39℃发送至显示屏，显示屏对预测值39℃进行通知，提醒工作人员。

实施例3：限定条件，内部温度传感器设定阈值为40度，内部温度传感器实时对锂离子电池表面进行测量，测量的数据分别为45℃，55℃,65℃,测量次数为三次，对应的时间分别为16:00、17:00和18:00；

第二温度传感器对靠近散热模块一侧的锂离子电池表面温度进行测量，测量的数据分别为31℃、42℃、53℃。

根据公式L＝(N₁-Y₁)+(N₂-Y₂)+…+(N_n-Y_n)/C计算得L＝(65-53)+(55-42)+(45-31)/3＝13℃，L的设定阈值20℃，L小于设定阈值20℃，中央控制模块将数据立即发送给报警模块和信号传输模块，报警模块启动蜂鸣器进行报警，信号传输模块将数据发送给远程PC机进行强提醒。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。