CN110015146B - 基于rfid技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，用于测量电动汽车动力电池组箱内温度场，将温度场数据信号传输于电池管理系统进行分析，继而向与电池管理系统连接的温度调节执行器发出相应的调节动作信号，包括：无线测温终端阵列，将无线测温终端单体多点、柔性、阵列式地安装在电池组箱内的电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处，用于实时测量温度并发出温度场数据信号；收发天线，与测温终端阵列通过无线信号通信连接；无线阅读器，通过无线信号与WIFI模块通信连接；无线监控器，通过无线信号与无线阅读器通信连接；以及计算机，通过RS232、RS485等类型接口与无线监控机连接。

Description

基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统

技术领域

本发明属于温度场测量技术领域，具体涉及一种基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统。

背景技术

由于化石能源紧缺和环境保护问题，电动汽车的发展得到了广泛认同。作为电动汽车核心部件之一的大容量储能电池组，其安全、稳定运行需要合适的工作环境和温度区间，因此电池管理系统必须对其运行状态进行实时监控。但现阶段对动力电池组温度的监控仍存在以下问题：

1.电池箱内空间结构紧凑，使用有线传感器进行布线测温时，难以布置较多的温度采集点，且布置方式比较繁琐。有线温度传感器布置，还会影响电池箱内实际热流通道等结构的运行工况，从而影响实际动力电池运行工况下的温度场情况。

2.动力电池管理系统中对于温度的采集点数十分有限，没有多点温度场数据的支撑，则其温度控制策略可能会存在缺陷，影响动力电池单体之间工作的均匀性及其寿命。

3.由于动力电池箱内各种部件的材料辐射特性不同，若采用红外等非接触式辐射测温方式进行测温时，测温准确度和精度较低，而且很难做到三维空间的温度场测量。

因此，需要设计一种能够解决上述问题的温度场测量系统。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统。

本发明提供了一种基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，用于测量电动汽车动力电池组箱内温度场，并将温度场数据信号传输于电池管理系统进行分析，继而向与电池管理系统连接的温度调节执行器发出相应的调节动作信号，具有这样的特征，包括：无线测温终端阵列，具有多个无线测温终端单体，无线测温终端单体多点、柔性、阵列式地安装在电池组箱内的电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处，用于实时测量电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处的温度，并发出温度场数据信号；收发天线，与无线测温终端阵列通过无线信号通信连接，用于接收温度场数据信号；无线阅读器，通过无线信号与收发天线通信连接，用于读入温度场数据信号并进行解码，而后进行传输；无线监控器，通过无线信号与无线阅读器通信连接，用于接收温度场数据信号，具有用于将温度数值显示读出的显示器；以及计算机，通过串口与无线监控器连接，具有用于将实时温度数值和各测温点历史温度数值曲线显示在显示器中的温度采集单元，其中，多个无线测温终端单体以几何线性或圆周阵列方式排列镶嵌在软绝缘载体膜上，无线测温终端单体具有用于收集射频能量的射频能量收集单元、用于收集和发送射频能量的无线射频收发单元、用于处理通信协议的通信协议处理器、用于储存温度场数据的数据存储器、用于测量温度的温度传感器以及用于接收和传输信号的天线，无线监控器还通过总线与电池管理系统连接，用于将温度场数据信号传输于电池管理系统进行分析。

在本发明提供的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，收发天线放置于电池组箱的内部，无线阅读器与收发天线一起放置于电池组箱的内部或无线阅读器放置于电池组箱的外部。

在本发明提供的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，无线测温终端单体的外表面封装为刚性陶瓷绝缘体或柔性绝缘薄膜。

在本发明提供的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，无线测温终端单体具有用于提供能量的电源单元。

在本发明提供的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，当无线测温终端单体不具备用于提供能量的电源单元时，通过收发天线发送无线电磁波来提供能量。

在本发明提供的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，刚性陶瓷绝缘封装的无线测温终端单体为底面积不超过100mm²，厚度不超过5mm的长方体形的高度集成模块或圆柱体形的高度集成模块。

在本发明提供的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，相邻两个无线测温终端单体之间的距离不小于10mm。

在本发明提供的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，软绝缘载体膜与电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁之间还通过导热硅胶粘结。

在本发明提供的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，软绝缘载体膜的边侧设置有用于将软绝缘载体膜固定在待测温物体表面的锁扣。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，因为采用的无线测温终端阵列具有的无线测温终端单体的尺寸较小，没有复杂的连接导线，所以可以实现在电池单体、电池组表面和电极连接片处进行高密度布置测温点。因为温度信号的传输和测温模块的供能均采用无线传输方式，所以，大大简化了数据传输，也使得测温数据能更加真实地反映电池表面和热流空间的温度场特征。

因此，本实施例的基于RFID无线射频技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统结构简单，所需设备少，且设备之间采用无线连接使得进行测温操作时步骤简明快捷，并保证了动力电池组的各单体均匀性，延长了工作寿命，还可以更加方便、快捷地布置测温点，可以根据需要柔性、有针对性地布置测温点，同时，可在不改变动力电池箱体内部结构以及运行工况的前提下，对动力电池箱体内单体电池表面及热流通道温度场进行精确的测量，从而准确得知温度场的变化。另外，对车用动力电池组温度场的实时、准确测量是保证各储能装置安全、稳定、高效运行的必要措施，并可作为动力电池热管理中的电池箱体结构设计的依据。

附图说明

图1是本发明的实施例中的温度场测试系统整体结构示意图；

图2(a)是本发明实施例中的温度场测试系统的测量方形单体电池温度场时无线测温终端阵列布置示意图；

图2(b)是本发明实施例中的温度场测试系统的测量圆柱形单体电池温度场时无线测温终端阵列布置示意图；

图2(c)是本发明实施例中的温度场测试系统的测量电池组温度场时无线测温终端阵列布置示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

实施例：

图1是本发明的实施例中的温度场测试系统整体结构示意图。

如图1所示，本实施例的一种基于RFID无线射频技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统100，用于测量电动汽车动力电池组箱内温度场，并将温度场数据信号传输于电池管理系统200进行分析，继而向与电池管理系统200连接的温度调节执行器发出相应的调节动作信号，包括：无线测温终端阵列10、收发天线20、无线阅读器30、无线监控器40以及计算机50。

无线测温终端阵列10，具有多个无线测温终端单体101，所述无线测温终端单体多点、柔性、阵列式地安装在所述电池组箱内的电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处，用于实时测量电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处的温度，并发出温度场数据信号。

图2(a)是本发明实施例中的温度场测试系统的测量方形单体电池温度场时无线测温终端阵列布置示意图，图2(b)是本发明实施例中的温度场测试系统的测量圆柱形单体电池温度场时无线测温终端阵列布置示意图，图2(c)是本发明实施例中的温度场测试系统的测量电池组温度场时无线测温终端阵列布置示意图。

如图2(a)-图2(c)所示，无线测温终端单体101以几何线性或圆周阵列方式排列镶嵌在软绝缘载体膜102上。

软绝缘载体膜102的边侧设置有用于将软绝缘载体膜102固定在待测温物体表面的锁扣103。

软绝缘载体膜102与电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁之间通过导热硅胶粘结，用于减小导热热阻，提高测温精度。

无线测温终端单体101具有用于收集射频能量的射频能量收集单元、用于收集和发送射频能量的无线射频收发单元、用于处理通信协议的通信协议处理器、用于储存温度场数据的数据存储器、用于测量温度的温度传感器以及用于接收和传输信号的天线。

无线测温终端单体101可以具有用于提供能量的电源单元，当无线测温终端单体101不具备用于提供能量的电源单元时，通过收发天线20发送无线电磁波来提供能量。

无线测温终端阵列10可以采用国家标准规定的18650、26650、26700、32700、32134等圆柱型电池单体或几何尺寸为20mm×65mm×138mm和27mm×135mm×192mm等型号的方型电池单体，以及由上述单体组成的电池组或电池包进行多点温度场测量。

若无线测温终端单体101为无源单体，收发天线20还要发送一定功率的电磁波为无线测温终端单体101供能，若无线测温终端单体101为有源单体，收发天线20则无需为无线测温单体供能。

刚性陶瓷绝缘封装的无线测温终端单体101为底面积不超过100mm²，厚度不超过5mm的长方体形的高度集成模块或圆柱体形的高度集成模块。

相邻两个无线测温终端单体101之间的距离不小于10mm。

收发天线20，与无线测温终端阵列10通过无线信号通信连接，用于接收温度场数据信号。

收发天线20放置于电池组箱的内部。

无线阅读器30，通过无线信号与收发天20线通信连接，用于读入温度场数据信号并进行解码，而后进行传输。

无线阅读器30可以与收发天线20一起放置于电池组箱的内部，也可以将无线阅读器30放置于电池组箱的外部。

无线监控器40，通过无线信号与无线阅读器30通信连接，用于接收温度场数据信号，具有用于将温度数值显示读出的显示器。

无线监控器40还可以连接到各类车用或储能系统总线上，从而实现与电池管理系统200及其其他检测装置的数据连接，用于将温度场数据信号传输于电池管理系统200进行分析。

无线信号采用WIFI、GPRS或蓝牙等无线数据传输方式。

计算机50，通过串口与无线监控器40连接，具有用于将实时温度数值和各测温点历史温度数值曲线显示在显示器中的温度采集单元。

串口采用RS232或RS485等类型串口。

本实施例的基于RFID无线射频技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统测量不同部位的温度场的无线测温终端阵列的布置方式如下：

1、在圆柱形或软包式电池表面进行测温时，所需的无线测温终端阵列10由采用涂覆绝缘层的柔性薄膜的无线测温终端单体101组成；在方形电池表面进行测温时，所需的无线测温终端阵列10多采用外表面为刚性陶瓷绝缘体的无线测温终端单体101所组成。通过使用导热硅胶将无线测温终端阵列10贴附在受测温表面，并通过锁定固定锁扣103加以固定。无线测温终端阵列10安装完成后，通过连接和调试无限阅读器30和收发天线20，对无线测温终端阵列10中各无线测温终端单体101进行激活后，便开始进行对无线测温终端单体101的测温数据采集。

2、在测量电池箱内热流通道结构的温度时，选择特征位置布置无线测温终端阵列10，一般在热流通道拐角处等狭窄区域内测温时，所使用的无线测温终端阵列10多为涂覆绝缘层的柔性薄膜无线测温终端单体101所组成；在测量平坦、开阔的热流道温度时，所使用的无线测温终端阵列10多为采用外表面为刚性陶瓷绝缘体的无线测温终端单体101所组成。选定适用的无线测温终端阵列10后，将其通过导热硅胶粘结固定在热流通道内壁上。

本实施例的基于RFID无线射频技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统的工作过程如下：

本实施例的基于RFID无线射频技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统100中，在进行测温时将无线测温终端阵列10贴附安装在电池单体、电池组的表面80和电极连接片90处；收发天线20和无线阅读器30相连接后，可同时放在电池箱体内，也可将无线阅读器30单独放在电池箱体外部。当无线测温终端单体为无源单体时，收发天线20通过发射一定功率的无线电磁波为无源的无线测温终端阵列10供能，无线测温终端单体101中的射频能量收集单元收集获得电能后，启动温度传感器等各集成单元开始工作，使所测得温度场数据信号实时上传到无线阅读器30中，无线阅读器30进行数据解码、传输等一系列工作，无线阅读器30再将处理后的温度场数据信号传送到无线监控器40中，无线监控器40可单独接收无线阅读器30信号，并将温度数值显示在显示器上，也可将无线监控器40与计算机50经RS232/485等串口相连接，或者经总线连接至电池管理系统200，计算机50的温度采集单元可将实时温度数值和各测温点历史温度曲线显示在显示器中。

实施例的作用与效果

本实施例的基于RFID无线射频技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，因为采用的无线测温终端阵列具有的无线测温终端单体的尺寸较小，没有复杂的连接导线，所以可以实现在电池单体、电池组表面和电极连接片处进行高密度布置测温点。因为温度信号的传输和测温模块的供能均采用无线传输方式，所以，大大简化了数据传输，也使得测温数据能更加真实地反映电池表面和热流空间的温度场特征。因此，本实施例的基于RFID无线射频技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统结构简单，所需设备少，且设备之间采用无线连接使得进行测温操作时步骤简明快捷，并保证了动力电池组的各单体均匀性，延长了工作寿命，还可以更加方便、快捷地布置测温点，可以根据需要柔性、有针对性地布置测温点，同时，可在不改变动力电池箱体内部结构以及运行工况的前提下，对动力电池箱体内单体电池表面及热流通道温度场进行精确的测量，从而准确得知温度场的变化。另外，对车用动力电池组温度场的实时、准确测量是保证各储能装置安全、稳定、高效运行的必要措施，也可作为动力电池热管理中的电池箱体结构设计的依据。

本实施例的基于RFID无线射频技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，因为无线测温终端单体的外表面封装采用的是不导电的刚性陶瓷绝缘体或柔性薄膜，所以，在测试过程中不会因为跌落而造成电池正负极短路。

本实施例的基于RFID无线射频技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，因为采用的收发天线放置于电池组箱内，缩短了与无线测温终端单体的数据信号传输与能量传递的距离，所以，减少了电磁波传输过程的衰减度，增强了数据传输的穿透能力，从而可适用于在强电磁干扰环境下使用。

本实施例的基于RFID无线射频技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，因为无线测温终端单体与电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁之间还采用导热硅胶粘结，所以能够减小热阻，提高测温精度。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

本实施例还可以用于其他储能装置的内部组件表面和空间的温度场测量，例如超级电容等。

Claims (9)

1.一种基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，用于测量电动汽车动力电池组箱内温度场，将温度场数据信号传输于电池管理系统进行分析，继而向与所述电池管理系统连接的温度调节执行器发出相应的调节动作信号，其特征在于，包括：

无线测温终端阵列，具有多个无线测温终端单体，所述无线测温终端单体多点、柔性、阵列式地安装在所述电池组箱内的电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处，用于实时测量所述电池单体、所述电池组表面、所述电极连接片及所述各热流通道的所述内外壁处的温度，并发出温度场数据信号；

收发天线，与所述无线测温终端阵列通过无线信号通信连接，用于接收所述温度场数据信号；

无线阅读器，通过所述无线信号与所述收发天线通信连接，用于读入所述温度场数据信号并进行解码，而后进行传输；

无线监控器，通过所述无线信号与所述无线阅读器通信连接，用于接收所述温度场数据信号，具有用于将温度数值显示读出的显示器；以及

计算机，通过串口与所述无线监控器连接，具有用于将实时温度数值和各测温点历史温度数值曲线显示在显示器中的温度采集单元，

其中，所述多个无线测温终端单体以几何线性或圆周阵列方式排列镶嵌在软绝缘载体膜上，

所述无线测温终端单体具有用于收集射频能量的射频能量收集单元、用于发送所述射频能量的无线射频收发单元、用于处理通信协议的通信协议处理器、用于储存所述温度场数据的数据存储器、用于测量温度的温度传感器以及用于接收和传输信号的天线，

所述无线监控器还通过总线与所述电池管理系统连接，用于将所述温度场数据信号传输于所述电池管理系统进行分析。

2.根据权利要求1所述的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：

其中，所述收发天线放置于所述电池组箱的内部，

所述无线阅读器与所述收发天线一起放置于所述电池组箱的内部或所述无线阅读器放置于所述电池组箱的外部。

3.根据权利要求1所述的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：

其中，所述无线测温终端单体的外表面封装为刚性陶瓷绝缘体或柔性绝缘薄膜。

4.根据权利要求1所述的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：

其中，所述无线测温终端单体具有用于提供能量的电源单元。

5.根据权利要求1所述的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：

其中，当所述无线测温终端单体不具备用于提供能量的电源单元时，通过所述收发天线发送无线电磁波来提供能量。

6.根据权利要求1所述的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：

其中，刚性陶瓷绝缘封装的所述无线测温终端单体为底面积不超过100mm²，厚度不超过5mm的长方体形的高度集成模块或圆柱体形的高度集成模块。

7.根据权利要求1所述的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：

其中，相邻两个所述无线测温终端单体之间的距离不小于10mm。

8.根据权利要求1所述的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：

其中，所述软绝缘载体膜与所述电池单体、所述电池组表面、所述电极连接片及所述各热流通道的内外壁之间还通过导热硅胶粘结。

9.根据权利要求1所述的基于RFID技术的多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：

其中，所述软绝缘载体膜的边侧设置有用于将所述软绝缘载体膜固定在待测温物体表面的锁扣。

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