[發明專利]一種單體電池內部溫度估計方法

有效

• 申請號: 201510216004.8
• 申請日: 2015-04-29
• 公開（公告）號: CN104865534B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 戴海峰;魏學哲;朱建功;孫澤昌
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 翁惠瑜

技術領域

本發明涉及動力電池領域，尤其是涉及一種單體電池內部溫度估計方法，僅采用電流、電壓及表面溫度傳感器的基礎上，實時估計電池內部溫度。

背景技術

動力電池系統作為關鍵的零部件在電動汽車和電力儲能等領域得到越來越多的應用。由于電池自身的特性導致電池在使用過程中需要對其進行合理的成組及管理。常見的動力電池由于具有高溫衰減、高溫熱失控、低溫性能下降等特性，導致電池在使用中需要對其進行合理的溫度控制。為了能較好地實現溫度控制，需要對電池進行溫度監控。

在傳統的應用中，對電池溫度監控一般采用在電池表面安裝溫度傳感器的方法，溫度傳感器可以是熱電阻或熱電偶等。采用該方法可以得到電池表面的溫度。然而，電池在實際工作過程中，由于長期的充放電循環導致電池內部發熱，從而導致電池內外產生溫差，這種現象在大電流的情況下尤其明顯。在某些情況下，電池表面溫度還在合理范圍之內，然而其內部溫度可能已經遠遠超過安全范圍了。因此，僅僅測量電池表面溫度所能提供的溫度信息實際是不夠的。為了能較好地進行電池管理，需要知道電池單體內部的溫度。

一種可能的方法是在電池內部埋設溫度傳感器。然而，在電池內部埋設溫度傳感器會導致電池性能下降，并會影響到電池的壽命及安全性，因此僅適合在實驗室使用，不能在實際應用中推廣。另一種方法就是利用表面溫度檢測來估計電池內部溫度。

中國專利申請CN104462847A公開一種電池內部溫度實時預測方法，將電池分為內核和外殼，分別建立溫度預測模型，通過實驗的方法獲取電池內部和表面材質比熱容、電池內核-外殼以及外殼-外界的熱阻參數、電池開路電壓曲線、開路電壓隨溫度變化曲線等信息。利用卡爾曼濾波方法對電池內部溫度進行實時跟蹤和修正，將實時電池表面和環境溫度輸入預測模型，實時預測電池內部溫度。該方法還存在方法較為復雜、精度不夠等不足。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種單體電池內部溫度估計方法，可以不通過埋設內部溫度傳感器而僅在采用電流、電壓及表面溫度傳感器的基礎上，實時估計電池內部溫度，方法簡單，有效地降低計算量，適用于電動汽車、電力儲能等領域。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種單體電池內部溫度估計方法，包括離線部分和在線部分，所述離線部分包括：

a1)獲得電池單體在不同溫度情況下的內阻特性；

a2)根據所述內阻特性獲取電池內部溫度與電池內阻的標準關系；

所述在線部分包括：

b1)在線檢測當前工作電池的電流、端電壓及表面溫度；

b2)根據所述電流和端電壓在線估計當前工作電池的電池內阻；

b3)根據步驟b2)獲得的電池內阻、步驟b1)獲得的表面溫度及步驟a2)獲得的標準關系估計當前工作電池的內部溫度。

所述不同溫度情況下的內阻特性包括電池單體內外無溫差情況下的內阻特性和電池單體不同內外溫差情況下的內阻特性。

所述標準關系為電池內部溫度與電池內阻的數學表達式或由電池內部溫度與電池內阻組成的表格。

步驟b1)中，所述表面溫度通過在電池單體應用成組時安裝于電池單體表面的溫度檢測傳感器獲得，所述溫度檢測傳感器包括熱電阻或熱電偶。

步驟b2)中，所述電池內阻在線估計方法包括最小二乘法、卡爾曼濾波法、模糊邏輯法或神經網絡法。

步驟b3)中，所述當前工作電池的內部溫度通過查表或數據插值方法獲得。

與傳統電池內部溫度檢測方法不同的是，本發明在檢測電池內部溫度時，采用的是一種軟測量的方法，通過電池內阻特性來實現，因此，屬于無損檢測。與現有技術相比，本發明具有以下優勢：

1)本發明采用無損檢測，在檢測電池單體內部溫度的同時，并不影響電池單體的性能、安全性和壽命；

2)與傳統的有限元計算電池內部溫度的方法相比，本發明所提供的解決方案簡單有效，可以有效地降低計算量，從而適合在線應用，如在電池管理系統中實現；

3)本發明所提供方法由于可以實時估計電池單體內部溫度，因此比傳統的檢測電池表面溫度的方法能提供更多的信息，從而更好地保護和管理電池。

附圖說明

圖1為本發明的工作原理示意圖；

圖2為電池內外無溫差時的內阻特性示意圖；

圖3為電池內外有溫差時的內阻特性示意圖；

圖4為典型電池管理系統硬件結構示意圖；

圖5為典型電池單體等效模型；

圖6為電池內阻在線估計方法原理示意圖；