一種電池內部溫度實時預測方法
2023-12-09 06:22:51
一種電池內部溫度實時預測方法
【專利摘要】一種電池內部溫度實時預測方法，涉及電池溫度實時預測方法。為了解決電池表面溫度監測無法體現電池內部實際工作溫度的問題。本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。本發明適用於電動汽車和儲能系統中電池內部溫度的預測。
【專利說明】一種電池內部溫度實時預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種利用電池表面和環境溫度進行電池內部溫度實時預測的方法。
【背景技術】
[0002] 動力電池在充放電過程中內部發生複雜的電化學反應，由於熵變和內阻的存在， 在使用過程中產生熱量。電池性能如容量、壽命、內阻等容易受到電池內核溫度的影響，內 核溫度也是熱失控和內部故障的最直接體現。可是目前實際應用的電池溫度監測系統只能 監測到電池表面溫度，一般無法在電池內部埋設傳感器來監測電池內部溫度，這種方法也 會帶來安全隱患。而電池內核生熱將熱量傳遞到電池外殼存在滯後。電池溫度對電池性能 有著極大影響，電池內阻、開路電壓、壽命等都會不同程度的受到溫度的影響。出於安全性 和可操作性考慮，目前電池溫度監測都只是對電池表面或者電池箱環境溫度的監測，無法 在每個電池內部埋設傳感器從而實現電池內部溫度的實時監測。因此這就需要在電池運行 過程中通過監測到的電池表面溫度和運行電流以及環境溫度預測電池內部溫度，保證電池 內部溫度在允許範圍，預警電池溫度過高故障，以提高電池運行的安全性和可靠性。經檢索 發現，現有技術中沒有提出電池內部溫度的預測方法。
【發明內容】
[0003] 本發明針對電池溫度監測時無法實時監測到電池內部溫度的實際問題，本發明提 供一種電池內部溫度實時預測方法，以解決電池表面溫度監測無法體現電池內部實際工作 溫度的問題，避免表面溫度正常而內部過溫現象的發生，從而保證電池組可靠穩定運行。
[0004] 本發明為解決上述技術問題採取的技術方案是：
[0005] -種電池內部溫度實時預測方法，所述方法的實現過程為：
【權利要求】
1. 一種電池內部溫度實時預測方法，其特徵在於，所述方法的實現過程為： 步驟一、根據電池內核-外殼的熱平衡以及電池外殼-外界的熱平衡建立電池熱平衡 模型： 電池內核-外殼電池熱平衡
電池外殼-外界電池熱平衡：
其中電池內核和外殼比熱容分別為C。和Cs，電池內核與外殼之間的熱阻係數為R。，夕卜 殼與外界空氣之間的熱阻係數為Ru，OCV為電池長期靜置時獲得的開路電壓與SOC對應關 系曲線，Vt為電池端電壓；It為電池工作電流，Ttt代表t時刻外界溫度，Tc^代表t時刻電 池內核溫度，Ts，t代表t時刻電池表面溫度； 步驟二、根據步驟一中的式（1)和式（2)分別得到狀態方程和觀測方程：根據電池內 核-外殼的熱平衡列出卡爾曼濾波所需的狀態方程，根據電池外殼-外界的熱平衡列出觀 測方程； 狀態方程為：
其中狀態方程增益矩陣為At,狀態方程控制矩陣為Bt, 定義xt = [T。，J為狀態向量，Ww為過程激勵噪聲，Λt=Is觀測方程為：
其中Vt為觀測噪聲；觀測方程增益矩陣為Ct，觀測方程控制矩陣為Dt 步驟三：利用卡爾曼濾波估算狀態向量Xt，並基於上述狀態方程和觀測方程中的At， Bt，Ct，Dt進行狀態更新： 首先設定所需估計的狀態向量初值χ〇,估計協方差初始值P。= 1，並根據電池溫度傳感 器精度確定激勵噪聲協方差矩陣Q和觀測噪聲協方差矩陣R; 給出時間更新方程如下： 向前推算狀態變量為 < =+ ? (5) 式中為t_l時刻X的後驗估計，為X在t時刻的先驗估計，Uh表不t-l時刻的控 制變量； 上標-代表先驗，上標+代表後驗，公式（6)?（9)中上下標代表與此處相同含意； 向前推算誤差協方差為巧+0 (6) 式中，P代表協方差； 給出觀測更新方程如下： 計算卡爾曼增益A= +i^1(7) 由觀測變量更新估計?-+Κ[.ν,?-Α〃,] (8) 式中，yt為測量值； 更新誤差協方差=巧,_尤,(-:巧,· (9) 式中，代表狀態向量的實際值與估計值之差； 步驟四：在每一個時刻都根據步驟二進行迭代，求出下一狀態的估計值，並利用上一時 刻的測量值進行矯正，每個時刻迭代後輸出狀態向量Xt= [U作為當前狀態下的內部溫 度估計結果，實現實時預測電池內部溫度。
【文檔編號】G06F19/00GK104462847SQ201410811083
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月23日 優先權日:2014年12月23日
【發明者】朱春波, 孫金磊, 胡宸, 楊鵬, 魏國, 宋凱, 逯仁貴 申請人:哈爾濱工業大學