[發(fā)明專利]用于電池管理系統(tǒng)的鋰離子電池內(nèi)部溫度實時預(yù)估方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210471912.1
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114912260A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張小強;李培超;羅鵬飛;汪亞輝;余潤洲
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31293
• 代理人: 姜曉艷

本發(fā)明屬于電池管理的技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于電池管理系統(tǒng)的鋰離子電池內(nèi)部溫度實時預(yù)估方法，其特征在于：在不同的工況下，利用電化學(xué)熱耦合模型計算鋰離子電池在不同時間下的表面溫度和內(nèi)部溫度，然后利用數(shù)據(jù)擬合方法，獲得表面溫度和內(nèi)部溫度的差值與時間的關(guān)系式，最后將所述關(guān)系式導(dǎo)入電池管理系統(tǒng)，結(jié)合測量得到的表面溫度，實時預(yù)估鋰離子電池的內(nèi)部溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池管理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電池管理系統(tǒng)的鋰離子電池內(nèi)部溫度實時預(yù)估方法。

背景技術(shù)

離子電池作為使用最廣泛的電化學(xué)儲能裝置，其需求日益增加的同時也面臨巨大的挑戰(zhàn)。以往的研究表明，溫度對鋰離子電池的性能，壽命和安全性至關(guān)重要，一方面，在低溫環(huán)境下電池性能會降低，過低的溫度還會促進鋰枝晶、內(nèi)部短路等一系列安全問題；另一方面，鋰離子電池在高溫下容量衰退速度變快，溫度過高時還會導(dǎo)致固體電解質(zhì)界面膜(SEI)的破壞，電解質(zhì)的分解，甚至引起災(zāi)難性的熱失控。

目前，許多研究通過一系列的測量技術(shù)監(jiān)測并分析了鋰離子電池的自生熱行為，并且發(fā)現(xiàn)電池工作過程中存在溫度不均勻的現(xiàn)象。Zhang等人(DOI:10.1016/j.jpowsour.2013.04.117)通過熱電偶測量得到，厚度只有7mm的軟包電池，工作時電池內(nèi)外的溫差達到了1.1℃；Zhang等人(DOI:10.1149/2.0051410jes)通過微型熱電偶測量了圓柱電池沿徑向存在較大的溫度梯度；Fleming等人(DOI:10.1016/j.ohx.2018.04.001)使用光纖傳感器測量得到，放電期間電池的內(nèi)外溫差可達6℃；Yang等人(DOI:10.1007/s10409-021-01103-0)使用嵌入式無線傳感器測量了圓柱電池的內(nèi)部溫度，并且認為電池內(nèi)部溫度能更好的反應(yīng)電池的健康狀況。普遍的經(jīng)驗是測量技術(shù)對電池核心位置的原位熱行為捕獲較為困難，目前電池管理系統(tǒng)中溫度信號的輸入一般是電池或電池組的表面溫度，但是電池核心處缺乏直接的散熱通道，特別是圓柱電池，其徑向?qū)嵯禂?shù)很低(約為1W m^-2K^-1左右)，在電池核心處往往造成熱量累積，因此電池最高溫度一般出現(xiàn)在內(nèi)部核心區(qū)域。由于局部反應(yīng)電流、荷電狀態(tài)(SOC)和溫度之間復(fù)雜的相互作用，鋰離子電池內(nèi)部的空間溫度分布可能會加劇電流密度的不均勻分布，造成不均勻的充放電特征。在極端情況下，例如意外短路或過充電，內(nèi)部會產(chǎn)生大量熱量，監(jiān)測表面溫度可能會嚴重低估電池的內(nèi)部溫度。因此，急需提供一種能夠?qū)崟r估算電池內(nèi)部溫度的方法，解決電池內(nèi)部溫度實時獲取困難等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種用于電池管理系統(tǒng)的鋰離子電池內(nèi)部溫度實時預(yù)估方法，通過建立電化學(xué)熱耦合模型，可以更經(jīng)濟、更方便的研究電池工作過程中的電化學(xué)過程和熱行為的相互作用，進而獲取在放電過程中不同時間點對應(yīng)電池的中心溫度、表面溫度，然后利用數(shù)據(jù)擬合方法，獲取中心溫度、表面溫度的差值與時間的關(guān)系式，將其導(dǎo)入電池管理系統(tǒng)，再結(jié)合測量得到的表面溫度，就可以實時預(yù)估電池的中心溫度，從而可以更加準確地檢測電池的溫度變化，避免溫度過高引起電池起火等意外狀況，有效提高電池的安全性能，擴大電池的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種用于電池管理系統(tǒng)的鋰離子電池內(nèi)部溫度實時預(yù)估方法，在不同的工況下，利用電化學(xué)熱耦合模型計算鋰離子電池在不同時間下的表面溫度和內(nèi)部溫度，然后利用數(shù)據(jù)擬合方法，獲得表面溫度和內(nèi)部溫度的差值與時間的關(guān)系式，最后將所述關(guān)系式導(dǎo)入電池管理系統(tǒng)，結(jié)合測量得到的表面溫度，實時預(yù)估鋰離子電池的內(nèi)部溫度。

進一步，所述電化學(xué)熱耦合模型設(shè)置為采用一維電化學(xué)模型和三維熱模型耦合得到的初始模型，再對初始模型進行修正后得到的最終耦合模型。

進一步，所述一維電化學(xué)模型設(shè)置為P2D模型，所述三維熱模型設(shè)置為