CN204791125U - 电动汽车动力电池温度预测及散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电动汽车动力电池温度预测及散热装置，主要由神经网络估算模块、中央处理器、通信模块、至少一个采集模块、以及至少一个散热模块组成。采集模块和用于送风的散热模块的数量相同。采集模块的输出端连接神经网络估算模块的输入端。神经网络估算模块的输出端与中央处理器的输入端连接。中央处理器的输出端经通信模块与车载控制器相连；中央处理器的输出端连接散热模块。本实用新型通过预测电池表面温度，进而可以调控散热模块；散热模块采用串行通风，散热效率高且占用面积相对较少；采用模块化配置方式，便于检修和维护。

Description

电动汽车动力电池温度预测及散热装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别是涉及电动汽车动力电池温度预测及散热装置。

背景技术

最近几年来，纯电动汽车和混合电动汽车得到了很快的发展，作为其主要能量来源的动力电池是制约电动汽车发展的一个瓶颈。

在实际应用中，经常发生电池因温度过高等因素导致电池寿命缩短、自燃、***的情况发生。究其具体原因在于：①电池的适宜工作温度范围一般在20～40℃。但电动汽车在爬坡或者加速等过程中会出现大电流，导致电池工作温度超过80℃，严重影响了动力电池的使用寿命；②温度传感器检测到电池温度超过阈值时，在一定程度上已经损害了动力电池，此时才采取相应的散热措施，具有一定的延迟性；③电池在工作过程中，产生的有害气体不能够及时排除，对电池产生了不利的影响；④电池散热措施不当，造成电池能量浪费，导致电动汽车续航里程减少。随着电动汽车用户对电池质量和使用寿命要求的提高，以及延长电动汽车行驶里程的需要，要求能够保证电池工作在适宜的温度范围之内。

实用新型内容

本实用新型提供电动汽车动力电池温度预测及散热装置，解决现有电动汽车动力电池温度预测及散热装置散热不及时以及散热措施不完善的问题。

本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：

电动汽车动力电池温度预测及散热装置，主要由神经网络估算模块、中央处理器、通信模块、至少一个采集模块、以及至少一个散热模块组成；

所述采集模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、电压信号调理电路、电流信号调理电路、温度信号调理电路、电压模数转换电路、电流模数转换电路和温度模数转换电路；所述电压传感器并接于外部动力电池的正负极母线之间，电压传感器的输出端与电压信号调理电路的输入端连接，所述电压信号调理电路的输出端与电压模数转换电路的输入端连接，电压模数转换电路的输出端分为两路，一路连接神经网络估算模块的输入端，另一路连接中央处理器的一个输入端；所述电流传感器串接于外部动力电池的正极母线上，电流传感器的输出端与电流信号调理电路的输入端连接，所述电流信号调理电路的输出端与电流模数转换电路的输入端连接，电流模数转换电路的输出端分为两路，一路连接神经网络估算模块器的输入端，另一路连接中央处理器的另一个输入端；所述温度传感器贴于外部动力电池的表面，温度传感器的输出端与温度信号调理电路的输入端连接，所述温度信号调理电路的输出端与温度模数转换电路的输入端连接，温度模数转换电路的输出端分为两路，一路连接神经网络估算模块的输入端，另一路连接中央处理器的又一个输入端；

所述神经网络估算模块的输出端与中央处理器的再一输入端连接；所述中央处理器的一个输出端经通信模块与车载控制器相连；

所述散热模块包括送风风机、进风风机和出风风机；电动汽车动力电池自带的电池箱为中空腔体，该电池箱的相对方向上设有进风口和出风口；进风风机设置在进风口处，进风风机的出风方向朝向进风口和出风口的连线方向，中央处理器的输出端经进风脉宽调制电路与进风风机相连；出风风机设置在出风口处，出风风机的出风方向背向进风口和出风口的连线方向，中央处理器的输出端经出风脉宽调制电路与出风风机相连；送风风机设置在电池箱顶盖或底盖上，送风风机的出风方向朝向电池箱的内腔，中央处理器的输出端经送风脉宽调制电路与送风风机相连；所述采集模块和用于送风的散热模块的数量相同。

上述方案中，所述采集模块和用于送风的散热模块的数量与电动汽车动力电池的组数相同，即每组电动汽车动力电池组对应一个采集模块和一个散热模块。

上述方案中，所述电池箱的进风口和出风口上分别覆盖有防尘布。

上述方案中，所述中央处理器为DSP处理器。

上述方案中，所述中央处理器的输出端上还进一步接有故障报警模块，所述故障报警模块的输入端与中央处理器连接。

本实用新型构建了一个电动汽车动力电池温度预测及散热装置，采集动力电池的电压、电流和温度，将这些数据送入到神经网络估算模块中进行数据估算，其中神经网络估算模块内部所运行的是现有技术已知的神经网络算法，通过该算法可以预测动力电池的温度，中央处理器将温度预测值及其所采集到的温度、电流和电压数据通过通信模块送入到电动汽车自带的车载控制器中，并进行显示、报警，在电池箱的进风口和出风口设置散热模块，在电动汽车动力电池自带的电池箱的顶盖或底盖为每个动力电池设置散热模块，并以脉宽调制实现风机的调速，能及时散热，能及时排出高温、有害气体。

与现有技术相比，具有如下特点：

(1)采用神经网络算法预测动力电池的表面温度值，具有适用任何种类的电池且不需要建立具体电池模型就可精确地实时在线预测动力电池的温度值的特点，从而避免动力电池温度过高引起的寿命缩短以及电动汽车续航里程减少的问题，通过预测电池表面温度，进而可以调控对应风机的转速；

(2)在电池箱的进风口和出口风均设置风机，进风风机的出风方向朝向进风口和出风口的连线方向，出风风机的出风方向背向进风口和出风口的连线方向，采用串行通风，能及时送进新风，及时降低动力电池表面温度，及时排除电池箱内的有害、高温气体，同时也降低对风道的设置要求，占用面积相对较少；

(3)采用模块化配置方式，电动汽车动力电池自带的电池箱的顶盖或底盖由若干个小模块拼凑而成，每个小模块上均设有风机，当检测到A电池温度过高时，会针对性加大A电池附近的风机的转速，当检测到A电池对应的风机出现故障，可单独拆卸A电池对应的小模块，这种模块化的配置方式，利于检修和维护。

附图说明

图1为本实用新型电动汽车动力电池温度预测及散热装置的结构原理框图；

图2为风机的安装示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

一种电动汽车动力电池温度预测及散热装置，如图1所示，主要由神经网络估算模块、中央处理器、通信模块、至少一个采集模块、以及至少一个散热模块组成。

所述采集模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、电压信号调理电路、电流信号调理电路、温度信号调理电路、电压模数转换电路、电流模数转换电路和温度模数转换电路。所述电压传感并接于外部动力电池的正负极母线之间，电压传感器的输出端与电压信号调理电路的输入端连接，所述电压信号调理电路的输出端与电压模数转换电路的输入端连接，电压模数转换电路的输出端分为两路，一路连接神经网络估算模块的输入端，另一路连接中央处理器的一个输入端。所述电流传感器串接于外部动力电池的正极母线上，电流传感器的输出端与电流信号调理电路的输入端连接，所述电流信号调理电路的输出端与电流模数转换电路的输入端连接，电流模数转换电路的输出端分为两路，一路连接神经网络估算模块器的输入端，另一路连接中央处理器的另一个输入端。所述温度传感器贴于外部动力电池的表面，温度传感器的输出端与温度信号调理电路的输入端连接，所述温度信号调理电路的输出端与温度模数转换电路的输入端连接，温度模数转换电路的输出端分为两路，一路连接神经网络估算模块的输入端，另一路连接中央处理器的又一个输入端。

所述神经网络估算模块的输出端与中央处理器的再一个输入端连接，将动力电池的温度预测值送入中央处理器中。神经网络估算模块内部运行已有的神经网络算法，该算法将采集模块采集到的电压、电流和温度数据进行融合，从而估算出动力电池下一时刻的温度值，即温度预测值，避免了在动力电池温度超过适宜温度时才进行散热处理。在本实用新型优选实施中，神经网络估算模块优先采用BP神经网络算法预测动力电池的温度值。神经网络预测动力电池的温度值，适宜任何种类的电池，不需要具体的电池模型，具有预测精度高、可在线检测、响应速度快等特点。

所述中央处理器的一个输出端经通信模块与车载控制器相连，通信模块主要是实现控制模块与车载控制器的通信，在车载控制器的控制面板指示模块显示动力电池组的最高温度、最低温度、风机转速、电压、电流、正常运行指示以及故障指示，便于用户了解动力电池的工作状态。

中央处理器的另一个输出端上接有故障报警模块，所述故障报警模块的输入端与中央处理器连接。当动力电池发生故障或风机运行异常的时候，可以通过LED灯光闪烁、蜂鸣器报警等声光来提示用户，该故障报警模块还设有消音、复位等按钮，可以消除声光报警提示。

在本实用新型优选实施例中，所述中央处理器为DSP处理器，具有处理信号速度快，精度高，能有效提高电池散热装置的性能。中央处理器实现对整个装置的控制，并通过接收温度预测值及采集到的电压值、电流值和温度值，经通信模块将相关数据送入车载控制器，并根据预测值控制故障报警模块报警以及控制各脉宽调制电路启停、调速各风机。当动力电池温度过高或过低时，可通过调节各风机的运作改善温度条件，并通过故障报警模块提醒用户采取进一步改善措施。

所述散热模块包括送风风机、进风风机和出风风机。电动汽车动力电池自带的电池箱为中空腔体，该电池箱的相对方向上设有进风口和出风口。进风风机设置在进风口处，进风风机的出风方向朝向进风口和出风口的连线方向，中央处理器的输出端经进风脉宽调制电路与进风风机相连。出风风机设置在出风口处，出风风机的出风方向背向进风口和出风口的连线方向，中央处理器的输出端经出风脉宽调制电路与出风风机相连。送风风机设置在电池箱顶盖或底盖上，送风风机的出风方向朝向电池箱的内腔，中央处理器的输出端经送风脉宽调制电路与送风风机相连；采集模块和用于送风的散热模块的数量相同。在本实用新型优选实施例中，在电池箱的进风口和出风口上均覆盖有防尘布，其主要作用是过滤空气，防止灰尘、昆虫及其他杂物进入电池箱内，使电池箱内的空气保持干净，防止阻塞风道。采用串行通风，能及时送进新风，及时降低动力电池表面温度，及时排除电池箱内的有害、高温气体，同时也降低对风道和电池箱的设置要求，占用面积相对较少。脉宽调制电路与风机个数相同，中央处理器各输出端经不同的脉宽调制电路与对应的风机相连。脉宽调制电路具有PWM功能，即功率可调，进而可以根据温度的等级调节各风机的转速，既达到散热的目的，又节省了动力电池的能量损耗，提高了动力电池的续航能力。

本实用新型采用模块化方式，电动汽车动力电池自带的电池箱的顶盖或底盖由若干个小模块拼凑而成，每个小模块上均设有风机，其中，采集模块和用于送风的散热模块的数量与电动汽车动力电池的组数相同，即每组电动汽车动力电池组对应一个采集模块和一个散热模块。如图2所示，电池箱内的动力电池由至少一组动力电池组构成，通常为2组或2组以上。在每个动力电池组的表面均贴有温度传感器，进风口用于为电池箱送进新风，温度较低的新风能降低动力电池组的温度，出风口用于排除电池箱内的有害气体和高温气体。当某个动力电池组的表面温度超出阈值时，针对性加大该动力电池组附近散热模块中风机的转速，进一步及时降低动力电池组表面温度；当某个动力电池组的风机出现故障，可以单独拆卸该动力电池组对应的散热模块，这种模块化的设计便于检修和维护。

本实用新型的工作过程如下：电压传感器、电流传感器、温度传感器分别将采集到的电压、电流、温度信号送给相应的信号调理电路；信号调理电路相应地接收到电压、电流、温度信号后，经过滤波等处理得到较为纯净的数字信号；电压模数转换电路、电流模数转换电路、温度模数转换电路分别将电压、电流、温度模拟信号转为数字信号送到神经网络估算模块和中央处理器中。神经网络估算模块采用BP神经网络，以动力电池的工作电压、电流、温度为输入，以动力电池的下一时刻的预测温度为输出，有效的对下一时刻电池温度进行预测，并将预测的温度值送入中央处理器中，中央处理器根据温度预测值控制各风机的转速。例如当电池温度偏高(如大于40℃)的时候，加大风机的转速；当电池温度高(如大于50℃)的时候，风机全速运行；电池温度达到设定最高温度(如大于80℃)，风机停机并报警提示用户。当电池的最高温度小于设定值(如小于30℃)时，使风机处于关闭状态。此外，中央处理器还对动力电池的电压和电流信息进行监控，一旦动力电池的电压和电流值超过阈值时，则发出故障报警。本实用新型为用户提供了准确、精度高的温度预测值，为进风口、出风口以及每个动力电池均设置了散热模块，通过自动控制以及人为控制实现及时散热，从而避免动力电池温度过高引起的寿命缩短以及电动汽车续航里程减少的问题，还及时排出动力电池箱内的有害、高温气体。

Claims (5)

1.电动汽车动力电池温度预测及散热装置，其特征在于：

主要由神经网络估算模块、中央处理器、通信模块、至少一个采集模块、以及至少一个散热模块组成；

所述采集模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、电压信号调理电路、电流信号调理电路、温度信号调理电路、电压模数转换电路、电流模数转换电路和温度模数转换电路；所述电压传感并接于外部动力电池的正负极母线之间，电压传感器的输出端与电压信号调理电路的输入端连接，所述电压信号调理电路的输出端与电压模数转换电路的输入端连接，电压模数转换电路的输出端分为两路，一路连接神经网络估算模块的输入端，另一路连接中央处理器的一个输入端；所述电流传感器串接于外部动力电池的正极母线上，电流传感器的输出端与电流信号调理电路的输入端连接，所述电流信号调理电路的输出端与电流模数转换电路的输入端连接，电流模数转换电路的输出端分为两路，一路连接神经网络估算模块器的输入端，另一路连接中央处理器的另一个输入端；所述温度传感器贴于外部动力电池的表面，温度传感器的输出端与温度信号调理电路的输入端连接，所述温度信号调理电路的输出端与温度模数转换电路的输入端连接，温度模数转换电路的输出端分为两路，一路连接神经网络估算模块的输入端，另一路连接中央处理器的又一个输入端；

所述神经网络估算模块的输出端与中央处理器的再一输入端连接；所述中央处理器的一个输出端经通信模块与车载控制器相连；

所述散热模块包括送风风机、进风风机和出风风机；电动汽车动力电池自带的电池箱为中空腔体，该电池箱的相对方向上设有进风口和出风口；进风风机设置在进风口处，进风风机的出风方向朝向进风口和出风口的连线方向，中央处理器的输出端经进风脉宽调制电路与进风风机相连；出风风机设置在出风口处，出风风机的出风方向背向进风口和出风口的连线方向，中央处理器的输出端经出风脉宽调制电路与出风风机相连；送风风机设置在电池箱顶盖或底盖上，送风风机的出风方向朝向电池箱的内腔，中央处理器的输出端经送风脉宽调制电路与送风风机相连；所述采集模块和用于送风的散热模块的数量相同。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池温度预测及散热装置，其特征在于：所述采集模块和用于送风的散热模块的数量与电动汽车动力电池的组数相同，即每组电动汽车动力电池组对应一个采集模块和一个散热模块。

3.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池温度预测及散热装置，其特征在于：所述电池箱的进风口和出风口上分别覆盖有防尘布。

4.根据权利要求1的电动汽车动力电池温度预测及散热装置，其特征在于：所述中央处理器为DSP处理器。

5.根据权利要求1的电动汽车动力电池温度预测及散热装置，其特征在于：所述中央处理器的输出端上还进一步接有故障报警模块，所述故障报警模块的输入端与中央处理器连接。