[發明專利]一種基于電熱耦合模型的鋰離子電池內部溫度場在線估計方法

有效

• 申請號: 202210274584.6
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114355201B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 林程;陶臻詣;田雨
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/385;G01R31/387;G01K13/00
• 代理公司: 紹興市寅越專利代理事務所(普通合伙) 33285
• 代理人: 胡國平

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種基于電熱耦合模型的鋰離子電池內部溫度場在線估計方法，本發明對電池系統熱模型通過分區域，每個區域單獨等效為一個熱路模型，依次計算所有區域，進而獲得整個電池的溫度場分布，電池熱模型的電池區域劃分可以是一維、二維、三維，分別對應一維熱路模型、二維熱路模型、三維熱路模型，本發明所提供的方法具有維度上的推廣性，應用靈活性較高，適用于各類尺寸的電池，整體計算量相比于有限元模型大幅減少，和電池整體等效模型相比，本方法可以計算電池的溫度場分布。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種基于電熱耦合模型的鋰離子電池內部溫度場在線估計方法。

背景技術

電池在運行時，內部溫度隨時變化，但是由于電池結構密封，傳感器難以進入電池內部測量溫度，因此需要使用相關方法對電池內部溫度進行估計。目前，用于電池內部溫度估計的方法分為三類，分別是有限元模型、經驗模型、等效電路模型。其中有限元模型溫度估計精確，但是計算時間較長；經驗模型需要對實驗數據進行大量分析，對電池的尺寸大小依賴性比較強；等效電路模型計算時間短，但是大多只能估計電池中心溫度，難以對電池溫度場進行分析。

如圖1所示，估計電池內部溫度場可以通過有限元模型進行分析。有限元模型可以把連續的電池離散成有限個單元，并在每一個單元中設定有限個節點，從而將一體的電池看作僅在節點處相連接的一組單元的集合，通過逐個分析每個單元的溫度，進而得到電池內部的溫度場分布，該類方法首先需要電池模型的精確三維模型，然后對其劃分網格單元，設定該模型的邊界條件，最后進行計算，得到電池的溫度場，估計電池溫度場的有限元模型需要電池的精確物理模型，并且需要劃分單元，單元數量越多計算越精確，同時需要的計算時間也越長，不同尺寸的電池進行計算需要重新建模并劃分網格。等效熱路模型可以快速估計電池溫度，但是等效過程經過了大量的簡化，只能通過電池核心溫度描述電池內部溫度，不能描述電池溫度場的分布。

綜上所述，研發一種基于電熱耦合模型的鋰離子電池內部溫度場在線估計方法，仍是電池技術領域中急需解決的關鍵問題。

發明內容

針對現有技術所存在的上述缺點，本發明在于提供一種基于電熱耦合模型的鋰離子電池內部溫度場在線估計方法，本發明對電池系統熱模型通過分區域，每個區域單獨等效為一個熱路模型，依次計算所有區域，進而獲得整個電池的溫度場分布，電池熱模型的電池區域劃分可以是一維、二維、三維，分別對應一維熱路模型、二維熱路模型、三維熱路模型，本發明所提供的方法具有維度上的推廣性，應用靈活性較高，適用于各類尺寸的電池，整體計算量相比于有限元模型大幅減少，和電池整體等效模型相比，本方法可以計算電池的溫度場分布。

為了更好的對本發明進行說明，現對相關術語進行說明：

電池荷電狀態SOC：電池剩余電量占原電量的多少，單位%。

溫度場：物質系統內每個點的溫度集合。

質量比熱容：某種物質1千克質量每升高一攝氏度所需要的熱量。

熱傳導系數：某種一米厚的材料在兩側溫差為一攝氏度時，通過1平方米所能傳遞的熱量。

熱對流系數：當固體表面和流體溫差為一攝氏度時，每平方米面積在1秒內所能傳遞的熱量。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種基于電熱耦合模型的鋰離子電池內部溫度場在線估計方法，包括以下步驟：

（1）計算SOC：建立電池的戴維南電模型，并通過測量電池的充放電電流、電壓，計算電池荷電狀態SOC；

（2）計算產熱：使用Bernardi產熱模型計算電池內部生熱；

（3）計算電池溫度場點陣；

（4）區域間溫度線性插值：計算節點溫度后，節點間的溫度通過線性或非線性插值獲得；