一种电池内部温度实时预测方法
【专利摘要】一种电池内部温度实时预测方法，涉及电池温度实时预测方法。为了解决电池表面温度监测无法体现电池内部实际工作温度的问题。本方法将电池分为内核和外壳，分别建立温度预测模型，通过实验的方法获取电池内部和表面材质比热容、电池内核-外壳以及外壳-外界的热阻参数、电池开路电压曲线、开路电压随温度变化曲线等信息。利用卡尔曼滤波方法对电池内部温度进行实时跟踪和修正，将实时电池表面和环境温度输入预测模型，实时预测电池内部温度。本发明适用于电动汽车和储能系统中电池内部温度的预测。
【专利说明】一种电池内部温度实时预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用电池表面和环境温度进行电池内部温度实时预测的方法。
【背景技术】
[0002] 动力电池在充放电过程中内部发生复杂的电化学反应，由于熵变和内阻的存在， 在使用过程中产生热量。电池性能如容量、寿命、内阻等容易受到电池内核温度的影响，内 核温度也是热失控和内部故障的最直接体现。可是目前实际应用的电池温度监测系统只能 监测到电池表面温度，一般无法在电池内部埋设传感器来监测电池内部温度，这种方法也 会带来安全隐患。而电池内核生热将热量传递到电池外壳存在滞后。电池温度对电池性能 有着极大影响，电池内阻、开路电压、寿命等都会不同程度的受到温度的影响。出于安全性 和可操作性考虑，目前电池温度监测都只是对电池表面或者电池箱环境温度的监测，无法 在每个电池内部埋设传感器从而实现电池内部温度的实时监测。因此这就需要在电池运行 过程中通过监测到的电池表面温度和运行电流以及环境温度预测电池内部温度，保证电池 内部温度在允许范围，预警电池温度过高故障，以提高电池运行的安全性和可靠性。经检索 发现，现有技术中没有提出电池内部温度的预测方法。
【发明内容】
[0003] 本发明针对电池温度监测时无法实时监测到电池内部温度的实际问题，本发明提 供一种电池内部温度实时预测方法，以解决电池表面温度监测无法体现电池内部实际工作 温度的问题，避免表面温度正常而内部过温现象的发生，从而保证电池组可靠稳定运行。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0005] -种电池内部温度实时预测方法，所述方法的实现过程为：
【权利要求】
1. 一种电池内部温度实时预测方法，其特征在于，所述方法的实现过程为： 步骤一、根据电池内核-外壳的热平衡以及电池外壳-外界的热平衡建立电池热平衡 模型： 电池内核-外壳电池热平衡
电池外壳-外界电池热平衡：
其中电池内核和外壳比热容分别为C。和Cs，电池内核与外壳之间的热阻系数为R。，夕卜 壳与外界空气之间的热阻系数为Ru，OCV为电池长期静置时获得的开路电压与SOC对应关 系曲线，Vt为电池端电压；It为电池工作电流，Ttt代表t时刻外界温度，Tc^代表t时刻电 池内核温度，Ts，t代表t时刻电池表面温度； 步骤二、根据步骤一中的式（1)和式（2)分别得到状态方程和观测方程：根据电池内 核-外壳的热平衡列出卡尔曼滤波所需的状态方程，根据电池外壳-外界的热平衡列出观 测方程； 状态方程为：
其中状态方程增益矩阵为At,状态方程控制矩阵为Bt, 定义xt = [T。，J为状态向量，Ww为过程激励噪声，Λt=Is观测方程为：
其中Vt为观测噪声；观测方程增益矩阵为Ct，观测方程控制矩阵为Dt 步骤三：利用卡尔曼滤波估算状态向量Xt，并基于上述状态方程和观测方程中的At， Bt，Ct，Dt进行状态更新： 首先设定所需估计的状态向量初值χ〇,估计协方差初始值P。= 1，并根据电池温度传感 器精度确定激励噪声协方差矩阵Q和观测噪声协方差矩阵R; 给出时间更新方程如下： 向前推算状态变量为 < =+ ? (5) 式中为t_l时刻X的后验估计，为X在t时刻的先验估计，Uh表不t-l时刻的控 制变量； 上标-代表先验，上标+代表后验，公式（6)?（9)中上下标代表与此处相同含意； 向前推算误差协方差为巧+0 (6) 式中，P代表协方差； 给出观测更新方程如下： 计算卡尔曼增益A= +i^1(7) 由观测变量更新估计?-+Κ[.ν,?-Α〃,] (8) 式中，yt为测量值； 更新误差协方差=巧,_尤,(-:巧,· (9) 式中，代表状态向量的实际值与估计值之差； 步骤四：在每一个时刻都根据步骤二进行迭代，求出下一状态的估计值，并利用上一时 刻的测量值进行矫正，每个时刻迭代后输出状态向量Xt= [U作为当前状态下的内部温 度估计结果，实现实时预测电池内部温度。
【文档编号】G06F19/00GK104462847SQ201410811083
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】朱春波, 孙金磊, 胡宸, 杨鹏, 魏国, 宋凯, 逯仁贵 申请人:哈尔滨工业大学