[發明專利]一種鋰離子電池集總熱學參數的辨識方法

有效

• 申請號: 201611071015.2
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN107069131B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 金文斌;阮海軍;孫丙香;姜久春;李雪飛;張維戈;王占國;龔敏明
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;中車長春軌道客車股份有限公司
• 主分類號: H01M10/48
• 分類號: H01M10/48
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 董琪

本發明公開了一種鋰離子電池集總熱學參數的辨識方法，是一種基于集總熱學等效電路和特殊信號激勵的結合數學算法的電池集總熱學參數辨識方法，該方法基于電池熱學等效電路模擬電池的溫升，通過溫度變化實驗得到該環境下的熱學時間常數，根據不同溫度下的阻抗建立阻抗與溫度的函數關系，施加單一頻率與幅值的正弦交流電流確保電池熱學模型具有較高的精度。根據電池溫升模型和阻抗與溫度的函數關系計算電池在特殊激勵下的溫度變化，經過搜索迭代算法逼近實際測試的電池溫度，從而辨識得到電池比熱容和熱阻。該方法不需要復雜的測試設備，如絕熱量熱儀、等溫量熱儀等昂貴的熱學測試設備；并具有辨識鋰離子電池熱學參數簡單可靠和工程易于實現等優點。

技術領域

本發明涉及電池熱學參數測量技術領域，具體說是一種鋰離子電池集總熱學參數的辨識方法，尤指通過正弦電流加熱和空氣冷卻相結合測量鋰離子電池集總熱學參數的方法。

背景技術

能源緊缺和環境污染的雙重壓力助推了電動汽車的快速發展，鋰離子電池(鋰電池)具有單體電壓高、能量密度高、壽命長、無記憶效應和無污染等優點，成為電動汽車動力驅動的首選電池。

鋰離子電池熱學參數的準確辨識是電池熱管理的關鍵，現有的熱學參數辨識方法一般是依靠量熱儀等熱學測試設備，比如絕熱量熱儀，一般是保證在絕熱環境中將電池加熱，根據加熱功率和電池的溫升計算電池比熱容，但測試設備非常昂貴，而且難以在工程上應用，因此在實際車輛上測試比熱容較為困難。

此外電池與環境對流換熱系數一般采用經驗值，但對熱管理帶來很多不確定性，可能導致電池局部溫度過高，因此準確估算電池與環境的熱阻具有非常重要的意義。

因此，開發工程上能夠可靠、準確辨識電池集總熱學參數對電池熱管理、電池熱安全及提高電池的可靠性顯得十分重要。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種鋰離子電池集總熱學參數的辨識方法，能夠改善現有技術中比熱容測試依賴昂貴設備、難以在線測試和導熱電阻難以準確估計等問題。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

一種鋰離子電池集總熱學參數的辨識方法，包括如下步驟：

S1、在外部無電流激勵的情況下，將電池在溫箱內某溫度下靜置一段時間，然后調整溫箱溫度為另一溫度，在溫度變化過程中實時測試電池溫度和環境溫度；

S2、對測試得出的電池溫度和環境溫度作差得到電池溫差，將電池溫差對時間進行微分，得到電池的熱學時間常數，計算公式為

其中，τ_T為熱學時間常數，T_b為電池溫度，T_a為環境溫度；

S3、選取某些溫度點，測試這些溫度點的EIS(電化學阻抗譜)；根據測試得到的EIS，構建電池阻抗與溫度的函數關系，關系式為

其中，R_x(T)為溫度T時的阻抗，E_arx為活化能，單位為kJ/mol，R為摩爾氣體常數，b_rx為比例系數；

S4、對電池施加某頻率某幅值的恒頻恒幅的正弦交流電流激勵，升高電池的溫度，記錄在溫升過程中的電池溫度和環境溫度；

S5、根據阻抗與溫度的函數關系計算電池在溫升過程中各溫度下的實部阻抗，并計算電池在各溫度下的產熱率，計算公式為

其中，為電池在各溫度下的產熱率，I為正弦交流電流峰值，R_e(T)為電池在溫升過程中各溫度下的實部阻抗值；