一种电池在线温度估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电池在线温度估计方法。属于电池系统温度实时监控领域。
【背景技术】
[0002] 动力电池是电动汽车的关键部件，是电动汽车的动力来源，电池系统性能直接影 响电动汽车动力性能和续驶里程。而动力电池由于内部复杂的电化学反应容易受到外界环 境温度的影响，在低温环境下大电流充放电对电池会造成不可恢复的性能损失，在高温环 境下电池老化加速，电池寿命缩短。为了保证电池系统使用安全，减少温度带来的电池性能 损失，需要对电池系统温度进行实时预测。
【发明内容】
[0003] 本发明是为了解决现有的电池系统受温度影响存在寿命低和安全性低的问题。现 提供一种电池在线温度估计方法。
[0004] 一种电池在线温度估计方法，它包括以下步骤：
[0005] 步骤一：利用待估计的电池的一阶等效电路模型在充放电使用过程中对电池状态 参数进行在线估计，获得电池在t-i时刻电池的开路电压V t0it 1;
[0006] 步骤二：利用待估计的电池在使用过程中电池温度变化与电池生热和电池散热条 件的关系，建立电池热平衡模型：
[0008] 式中，m为电池质量，Cp为电池热容量，T ,为t时刻电池平均温度，P & t为t时刻电 池生热功率，Pdit为t时刻电池散热功率；
公式二，I# t时刻电池工作电流，V QCT,t为t 时刻电池的开路电压，队为t时刻电池工作电压，I表示电池的温度对开路电压的影响 因子；
[0010] pd,t= hA(T t-Ta，t)公式三，h为热传导系数，A为电池表面积，Ta， t为t时刻环境温 度；
[0011] 步骤三：根据公式一、公式二和公式三，用t-i时刻估计t时刻，获得平衡方程：
公式四，
[0013] 式中，Ut i为t-i时刻电池工作电压，I t t-i时刻电池工作电流，vQCT,t t-i 时刻电池的开路电压，Tait t-i时刻环境温度；
[0014] 步骤四：根据步骤一获得的电池的开路电压Vl^t i，结合公式四，确定电池在t时 刻在线温度Tt，t = N，N为大于1的正整数。
[0015] 根据一种电池在线温度估计方法，所述步骤一中，利用电池一阶等效电路模型在 充放电使用过程中对电池状态参数进行在线估计，获得电池在t-Ι时刻的电池的开路电压 Vocv, t i的过程包括：
[0016] 步骤一一、电池一阶等效电路模型为：
[0018] 式中，为电池极化电压；R。为电池欧姆内阻；Rp为电池极化内阻；I为电池工作 电流；Vi3ct为电池的开路电压；U为电池端电压，
[0019] 对电池一阶等效电路模型进行离散化，得到的方程组为：
[0021] 式中，状态向量Xtl= (VQCT,ti R。Rp τ IP)T，Ip为流过电池热容量Cp的电流，τ =RpCP;u t i为t-1时刻的输入向量，u t i= I t 1;下标t-1和t分别代表t-1时刻和t时 亥lj，wt i和V t i分别代表过程噪声和测量噪声，w t i和V t i的协方差分别为P JP Q w，At i和 Btl均为系数矩阵，Utl=CtXtl+Dtu tl+Vtl，Ct=(lItlIp+RpXERpXFRp)，D t=R0，
[0022] 步骤一二、依据卡尔曼滤波的算法对公式六进行迭代，获得t-Ι时刻的状态向量 XtI= (V OCTlt 1;R Jp; τ ;Ip)，从而获得电池的开路电压V〇CT,tl;
[0023] 步骤一二一：当t = 1时，设定状态向量X的初始向量，确定过程噪声的协方差Pv 和测量噪声的协方差Qw的初始值；
[0024] 步骤一二二：根据状态向量Xt i、过程噪声的协方差Pv和测量噪声的协方差Q w，获 得状态向量X在t时刻先验估计C :
[0026] 式中，A为t-ι时刻X的后验估计；
[0027] 步骤一二三：根据获得的先验估计<，确定过程噪声的协方差^在t时刻f向量 的先验误差协方差Α,?为：
[0028] 步骤一二四：根据获得的先验误差协方差G，获得卡尔曼增益
[0029] 式中，式中，Cf为Ct的转置矩阵，
[0030] 步骤一二五：根据先验估计C和获得的卡尔曼增益，确定状态向量\在t时刻后 验估计釔I
[0032] 式中，yt为测量值，y t等于U t，~为t时刻的输入向量；
[0033] 步骤一二六：根据获得的后验估计聲更新过程噪声的协方差^在1时刻$向量的 后验误差协方差嗅为：
[0035] 进而确定Pv的值；
[0036] 式中，下标# 「'代表状态向量的实际值先验估计值炎之差；
[0037] 步骤一二七：判断t是否等于N时刻，若是，则获得t-Ι时刻的状态向量xt i，从而 获得电池在t-i时刻的电池的开路电压Vl^t 1;若否，t = t+Ι，转入步骤一二二。
[0038] 本发明的有益效果为：建立电池一阶RC模型，通过设置初始值结合卡尔曼滤波的 算法进行迭代，获得电池在t-i时刻的工作电压U t i，再结合电池温度方程，实现实时在线 估计电池温度，采用该方法实施估计电池温度，提高了电池系统的寿命和安全性。
【附图说明】
[0039] 图1为电池的一阶等效电路模型图；
[0040] 图2为电池的开路电压V。《随时间的变化的曲线图；
[0041] 图3为电池欧姆内阻R。随时间的变化的曲线图；
[0042] 图4为电池极化内阻Rp随时间的变化的曲线图；
[0043] 图5为RpCp随时间的变化的曲线图；
[0044] 图6为流过电池热容量Cp的电流I P随时间的变化的曲线图；
[0045] 图7为电池在线温度的实际值与估计值随时间变化的的曲线比较图，附图标记1 为估计值曲线，附图标记2为实际值曲线。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0046] 一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种电池在 线温度估计方法，它包括以下步骤：
[0047] 步骤一：利用待估计的电池的一阶等效电路模型在充放电使用过程中对电池状态 参数进行在线估计，获得电池在t-i时刻的电池的开路电压V l3evit 1;
[0048] 步骤二：利用待估计的电池在使用过程中电池温度变化与电池生热和电池散热条 件的关系，建立电池热平衡模型：
[0050] 式中，m为电池质量，Cp为电池热容量，T ,为t时刻电池平均温度，P & t为t时刻电 池生热功率，Pdit为t时刻电池散热功率；
公式二，ΙΛ t时刻电池工作电流，V QCT,t为t 时刻电池的开路电压，队为t时刻电池工作电压，
表示电池的温度对开路电压的影响 因子；
[0052] P4t= hA(T t_Ta，t)公式三，h为热传导系数，A为电池表面积，Ta， t为t时刻环境温 度；
[0053] 步骤三：根据公式一、公式二和公式三，用t-Ι时刻估计t时刻，获得平衡方程：
公式四，
[0055] 步骤四：根据步骤一获得的电池的开路电压Vl^t i，结合公式四，确定电池在t时 刻在线温度Tt，t = N，N为大于1的正整数。
【具体实施方式】 [0056] 二：参照图2至7具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施 方式一所述的一种电池在线温度估计方法作进一步说明，本实施方式中，所述步骤一中，利 用电池一阶等效电路模型在充放电使用过程中对电池状态参数进行在线估计，获得电池在 t_l时刻的电池的开路电压Vl^t i的过程包括：
[0057] 步骤--、电池一阶等效电路模型为：
[0059] 式中，f7S为电池极化电压；R。为电池欧姆内阻；Rp为电池极化内阻；I为电池工作 电流；Vi3ct为电池的开路电压；U为电池端电压，
[0060] 对电池一阶等效电路模型进行离散化，得到的方程组为：
[0062] 式中，状态向量Xtl= (VQCT,ti R。Rp τ IP)T，Ip为流过电池热容量Cp的电流，τ =RpCP;u t i为t-1时刻的输入向量，u t i= I t 1;下标t-1和t分别代表t-1时刻和t时 亥lj，wt i和V t i分别代表过程噪声和测量噪声，w t i和V t i的协方差分别为P JP Q w，At i和 Btl均为系数矩阵，Utl=CtXtl+Dtu tl+Vtl，Ct=(lItlIp+RpXERpXFRp)，D t=R0，
[0063] 步骤一二、依据卡尔曼滤波的算法对公式六进行迭代，获得t-Ι时刻的状态向量 XtI= (V OCTlt 1;R Jp; τ ;Ip)，从而获得电池的开路电