[發明專利]一種鋰離子電池系統對流換熱過程的溫度控制策略

在審

• 申請號: 201910441964.2
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN110265745A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 楊世春;華旸;范智偉;周新岸;周思達;閆嘯宇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/625;H01M10/633;G01K13/00;G01K17/06;G01R31/382;G01R31/389
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 周曉娜;李亮印

1.一種鋰離子電池系統對流換熱過程的溫度控制策略，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：根據能量守恒及電池散熱方程，推導出t時刻鋰離子電池系統中若干鋰離子電池單體的溫度Tt的遞推公式，如下：

步驟1.1：鋰離子電池單體的生熱、散熱過程是一個典型的有時變內熱源的非穩態導熱過程，其能量守恒方程為：

式中，m_P為鋰離子電池單體的質量，c_p為鋰離子電池單體的比熱容，Tt為t時刻鋰離子電池單體的溫度，為t時刻鋰離子電池單體生熱功率，為t時刻鋰離子電池單體散熱功率；

步驟1.2：不考慮熱輻射及相變產熱，鋰離子電池單體生熱功率的方程為：

式中，I_t為t時刻鋰離子電池單體工作電流，R_t為t時刻鋰離子電池單體總內阻，為溫度影響系數；

步驟1.3：鋰離子電池單體散熱方式為對流換熱，鋰離子電池單體散熱功率的方程為：

式中，h為鋰離子電池單體與流體換熱系數，A為鋰離子電池單體散熱面積，T_a，t為t時刻的環境溫度；

步驟1.4：聯立公式(1)、公式(2)與公式(3)，用t-1時刻估計t時刻，得到t時刻溫度T_t的遞推公式，如下：

式中，I_t-1為t-1時刻鋰離子電池單體工作電流，R_t-1為t-1時刻鋰離子電池單體總內阻，T_a，t-1為t-1時刻環境溫度；

步驟2：根據鋰離子電池單體二階等效電路模型建立狀態空間方程，如下：

步驟2.1：鋰離子電池單體二階等效電路模型有如下方程：

t時刻鋰離子電池單體總內阻方程為：

式中，和為鋰離子電池單體極化電壓，R₀為鋰離子電池單體歐姆內阻，R₁和R₂為鋰離子電池單體極化內阻，C₁和C₂為鋰離子電池單體極化電容，I為鋰離子電池單體工作電流，V_ocv為鋰離子電池單體的開路電壓，U為鋰離子電池單體端電壓；

步驟2.2：采樣周期為τ，τ為t-1時刻與t時刻的時間間隔，對公式(5)進行離散化處理，可得狀態空間方程，如下：

式中，狀態向量u_t-₁為t-1時刻的輸入向量，u_t-1＝I_t-1，y_t-1為t-1時刻的輸出向量，y_t-1＝u_t-1，t和t-1分別表示t時刻和t-1時刻，w_t-1和v_t-1分別代表過程t-1時刻的噪聲和測量噪聲，w_t-1和v_t-1的協方差分別為Q_w和Q_v，Q_w＝E(w×w^T)，Q_v＝E(v×v^T)，

步驟2.3：設參數向量θ＝[R₀ C₁ R₁ C₂ R₂ V_ocv]^T，描述該參數的動態特性的方程如下：

式中，采用一個隨機的微小向量r_t-1來描述參數θ的時變特性，e_t-1為估計誤差，r_t-1和e_t-1的協方差分別為Q_r和Q_e，Q_r＝E(r×r^T)Q_e＝E(e×e^T)，t和t-1分別表示t時刻和t-1時刻；

步驟3：在狀態空間方程的基礎上，運用DEKF算法分別估計若干鋰離子電池單體在t-1時刻的總內阻R_t-1；

步驟4：將步驟3中得到的若干鋰離子電池單體總內阻R_t-1分別帶入遞推公式(4)中，得到t時刻若干鋰離子電池單體的溫度T_t，與所給定的預設值比較并根據不同比較結果來調整電池冷卻系統的冷卻強度。