一种锂离子电池内部温度的估算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动汽车的电池温度采集领域，特别涉及一种锂离子电池内部温度的估算方法。
【背景技术】
[0002]在电动汽车电池使用过程中，准确的估计电池温度对保证电池正常工作起重要作用。例如，BMS(电池管理系统)的SOC (荷电状态)的计算中，需要根据电池温度来得知相应温度下的电池容量、库伦效率等电池参数；电池故障诊断中要根据电池温度来判断电池是否在规定的温度范围内工作，防止电池温度过高或过低。
[0003]目前电池温度一般通过温度传感器进行测量来采集，主要包括以下两种:一种是采用电池表面温度传感器所测量的温度；另一种在锂离子电池制备过程中，将温度传感器探头封装于电池内部，来实现电池内部实时温度测量。
[0004]其中，锂离子电池温度测量时将温度传感器置于电池表面，利用温度传感器的采集值作为电池温度。这种方法得到的是电池表面温度，而不是电池内部温度，与电池内部温度具有较大误差。而在锂离子电池制备过程中，将温度传感器探头封装于电池内部，来实现电池内部实时温度测量。这种锂离子电池还未普及，被广泛采用的仍然是普通的不带温度传感器探头的锂离子电池。
[0005]为了解决以上问题，本发明做了有益改进。
【发明内容】
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]本发明的目的是提供一种能够提供更加可靠的锂离子电池温度值，并且适用范围广泛的锂离子电池内部温度的估算方法。
[0008](二)技术方案
[0009]本发明是通过以下技术方案实现的:一种锂离子电池内部温度的估算方法，通过以下计算模型计算电池模块的内部温度:
[0010]Td (k) =Td (k-1) +(W1-W2)ZC;
[0011]其中，Td(k)为电池模块在k时刻的内部温度估计值。C;Td(k_l)为电池模块内部在k-ι时刻的温度估计值。C 为电池模块损失的能量J ;w2为电池模块空气流变化热量J ；C为电池模块的比热容J/(kg*°C);电池模块内部的温度估计值Td(k)的初始值采用温度传感器的温度测量值。
[0012]其中，所述电池模块损失的能量W1的计算方法如下:
[0013]W1= (U-Uocv)
[0014]具体地，Uocv为利用开路电压-荷电状态查值表得到的荷电状态对应的开路电压V ;U为电池模块的端电压V ；1为电池模块的电流A，t为电池模块温度计算任务周期。
[0015]进一步，所述电池模块空气流变化热量W2的计算方法如下:
[0016]W2= (Ttjut-Td (k) ) *m*Cair*t
[0017]其中，m为电池模块空气流质量kg，C&为空气的比热容J/ Ckg.V )，;Τ_为电池模块出风口温度传感器测得的温度。C，Td(k)为在上一个任务周期电池模块内部的温度估计值。C ;t为电池模块温度计算任务周期。
[0018]再进一步，还通过以下计算模型进行闭环反馈计算，得到电池模块内部的温度估计值:
[0019]Tcg (k) =Tcg (k-1) + (Td (k) -Tcg (k-1)) /Q ；
[0020]Td (k) =Td (k-1) +(W^ff2)/^k1 (Tcg-Tce)；
[0021]Tcg (k) =Tcg (k_l) +(Td (k)-Tcg (k_l))/Q-k2 (Tcg-Tce)；
[0022]其中，TcJk)为电池温度传感器k时刻的温度估计值。C ；Tcg(k-l)为电池温度传感器在k-ι时刻的温度估计值。C；Td(k)-Tcg(k-1)为电池模块内部的温度估计值和电池温度传感器的温度估计值的差值；Q为温度传感器的时间常数；τ。。为电池温度传感器的温度测量值。C Ag为电池温度传感器的温度估计值。C 和k2均为反馈增益，且均为标定量。
[0023]优选地，所述Ii1和k2的取值范围均为0.03?0.1。
[0024]优选地，所述电池温度传感器的温度测量值Tee的测量步骤如下:采用至少三个电池温度传感器，分别对所述电池模块的进气口、出气口和电池模块表面三个位置进行测量而得到所述三个位置的温度测量值，然后取该三个位置的温度测量值的平均值作为电池温度传感器的温度测量值Τεε。
[0025]优选地，所述电池温度传感器的温度测量值Tee的测量步骤中，通过三个电池温度传感器分别在所述电池模块的进气口、出气口和电池模块表面三个位置一一对应地进行测量而得到所述三个位置的温度测量值。
[0026](三)有益效果
[0027]与现有技术和产品相比，本发明有如下优点:
[0028]本发明通过电池内部温度建模，对电池模块内部的温度进行估算,从而准确的反映电池模块内部温度，为BMS的状态计算及故障诊断提供更加可靠的电池温度值，从而提高电池包的可靠性和安全性。
【附图说明】
[0029]图1是本发明的锂离子电池内部温度估算方法的方框示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做一个详细的说明。
[0031]如图1所示，本实施例提供一种锂离子电池内部温度的估算方法，适用于电池冷却方式为采用风扇对电池进行冷却的车载电池包。该估算方法通过以下计算模型计算电池模块的内部温度:
[0032]Td (k) =Td (k-1)+ (W1-W2VC;
[0033]其中，Td(k)为电池模块在k时刻的内部温度估计值。C ;Td (k-Ι)为电池模块在k-1时刻的内部温度估计值。C5W1为电池模块损失的能量J ;w2为电池模块空气流变化热量J ；c为电池模块的比热容J/ (kg.°C )；
[0034]其中，电池模块内部温度估计值Td的初始值采用温度传感器的温度测量值。本发明通过电池模块内部温度建模，对电池模块内部温度进行估算，从而准确的反映电池模块内部温度，为BMS的状态计算及故障诊断提供更加可靠的电池温度值，从而提高电池包的可靠性和安全性。
[0035]所述电池模块损失的能量W1可通过多种方法得出。但是本发明优选采用的实施方式如下:
[0036]计算电池模块损失的能量，即用于电池模块温度升高的能量。车载电池的能量除了提供给电动车外，有一部分转化成了电池的热量，即电能转化为热能，使电池温度升高。从电池管理系统(Battery Management System, BMS)中获取电池模块的电池的电荷状态(State Of Charge, SOC)值，利用0CV-S0C (开路电压-电池的电荷状态)查值表得到SOC值对应的开路电压，记作Uocv。将电池模块的端电压记作U,用电池模块开路电压Uocv减去电池模块端电压，得到的电压与模块电流I相乘即为电池模块损失功率，进而可以得到在一个温度计算任务周期内电池模块损失的能量，记为W1 ；
[0037]所述电池模块损失的能量W1计算方法:
[0038]W1= (U-Uocv) *I*t
[0039]其中，Uocv为利用开路电压-荷电状态查值表得到的荷电状态对应的开路电压V ;U为电池模块的端电压V ；1为电池模块的电流A，t为电池模块温度计算任务周期。
[0040]同样地，所述电池模块空气流变化热量W2也可采用多种方式获得。优选地，本实施例采用的电池模块空气流变化热量W2的计算方法如下:
[0041]除了电池模块本身由于电能转换为热能使电池温度升高外，电池温度还会由于进入电池模块的空气流热量发生变化而改变。电池冷却方式为风冷的情况下，空气流从电池模块进气口到出气口的过程中，空气热量变化会引起电池温度改变。将电池模块的空气流质量记为m，空气的比热容记为C&，将电池模块出风口温度传感器测得的温度记为Twt，在上一个电池温度计算任务周期内电池内部温度估计值记为Td(k)；
[0042]电池模块空气流变化热量W2的计算公式如下:
[0043]W2= (Tout-Td (k) ) *m*Cair*t
[0044]其中，m为电池模块空气流质量kg，C&为空气的比热容J/ Ckg.V )，;Τ_为电池模块出风口温度传感器测得的温度。C，Td(k)为在上一个任务周期电池模块内部温度的估计值。C ;t为电池模块温度计算任务周期。
[0045]进一步，还可通过以下计算模型进行闭环反馈计算，得到精确的电池模块内部的温度估计值:
[0046]Tcg (k) =Tcg (k-1) + (Td (k) -Tcg (k-1)) /Q ；
[0047]其中，TcJk)为电池温度传感器k时刻的温度估计值。C ；Tcg(k-l)为电池温度传感器在k-ι时刻的温度估计值。C；Td(k)-Tcg(k-1)为电池模块内部的温度估计值和电池温度传感器的温度估计值的差值；Q为温度传感器的时间常数。其中，不同的温度传感器时间常数Q数值不同，本发明中温度传感器的时间常数可采用35 ；
[0048]Td (k) =Td (k-1) +(W^ff2)/^k1 (Tcg-Tce)；
[0049]Tcg (k) =Tcg (k_l) +(Td (k)-Tcg (k_l))/Q-k2 (T