一种电池温度预测方法及装置制造方法及图纸

阅读:15 留言:0更新日期:2017-06-14 23:59
本发明专利技术提供了一种电池温度预测方法及装置,该预测方法包括:根据测量的不同荷电状态和不同温度下的所述电池的交流阻抗,以及采集的交流阻抗谱确定全荷电状态下阻抗相位角的频率区间;根据在所述的频率区间绘制的不同温度下该频率区间内的阻抗相位角变化曲线,确定特征相位角;拟合绘制的所述特征相位角和温度间的关系曲线,得到电池温度预测模型;用所述电池温度预测模型预测电池温度。本发明专利技术提供的测试方法操作简便、测量精确度高。

【技术实现步骤摘要】
一种电池温度预测方法及装置
本专利技术涉及电池
,具体涉及一种电池温度预测方法及装置。
技术介绍
随着手机、笔记本电脑等移动电子产品的广泛普及和清洁能源电动汽车的快速发展,储能电池得到了大量的应用。作为其动力的电池的使用寿命、安全性等性能受到了人们高度的关注。安全性是电池的一个重要性能,它是保证电池正常使用的前提条件。在长期使用过程中,电池内部反应和本身内阻的存在,其内部会产生大量热量,电池温度会明显升高,而电池的结构又相对封闭,内部热量无法及时散去,继续使用时容易造成安全隐患。另外,电池的外部使用条件也是造成电池出现安全问题的因素之一,环境温度过高过低、大倍率充放电电流以及过充过放等都会加速电池性能衰退,降低电池使用的安全性。为了避免电池的高危使用,需要找到一个合适的参量来衡量电池当前使用的安全指标,电池的温度可在一定程度上反映电池的安全状况,对电池安全使用具有重要参考价值。电池温度与电池内部热量交换有关,且电池内部热量交换过程非常复杂,无法直接将温度与热量联系起来。但热量的累积必定会造成电池内部温度的上升,电池内部反应加快,电池的稳定性降低。因此,根据电池的温度来反应电池的安全状态,具有一定的合理性。对于电池温度的测量方法目前有间接测量法。间接测量法是通过交流阻抗、充放电循环测试等其它手段对与电池温度相关的内阻、电压以及容量等参数的测量,通过这些数据间的关系推导出电池的温度,此法无须直接接触电池表面。间接测量无须对电池测温表面直接接触,但测量结果必须通过转化获知电池内部温度。因此,需要提供一种电池温度的间接测量的技术方案来简化测量步骤,提高测量精确度。
技术实现思路
本专利技术提供一种电池温度预测方法,所述方法包括如下步骤:步骤1:根据测量的不同荷电状态和不同温度下的所述电池的交流阻抗,以及采集的交流阻抗谱确定全荷电状态下阻抗相位角的频率区间;步骤2:根据在所述的频率区间绘制的不同温度下该频率区间内的阻抗相位角的变化曲线,确定特征相位角;步骤3:拟合绘制的所述特征相位角和温度间的关系曲线,得到电池温度预测模型,进而通过所述电池温度预测模型预测电池温度。所述步骤1所述全荷电状态下阻抗相位角的优选频率区间的确定包括如下步骤:步骤1‐1:根据采集的交流阻抗谱,计算不同温度下的0%~100%荷电状态下的交流阻抗谱中阻抗相位角的标准差σ、方差δ和离散系数κ;步骤1‐2:根据离散型数据分布特点,确定阻抗相位角的频率区间为:σ小于0.5、δ小于0.25且κ介于±0.1之间的频率区间。所述离散系数κ按下式计算:κ=σ/λ。所述步骤2中所述特征相位角的确定包括:计算同一频率不同温度的相位角之差的平方和,根据均值差的平方和最小原理,选出最优特征频率,以最优特征频率的阻抗相位角为电池温度预测的特征相位角。所述同一频率不同温度的相位角之差的平方和按下述函数模型F(θ)计算:F(θ)=∑(θi-θj)2其中θi,θj为同一频率下相邻两温度的相位角值。所述步骤3的所述温度预测模型为:θ=k·T+b,其中,θ为特征相位角,k为特征相位角和温度间的关系曲线的斜率,b为特征相位角和温度间的关系曲线的截距,T为电池温度。。所述步骤1之前还包括:采用交流阻抗测试仪测量不同荷电状态SOC和不同温度下的待测电池的交流阻抗。一种电池温度预测装置,所述装置包括:区间选择模块,用于选取全荷电状态下阻抗相位角重合性好的频率区间;特征相位角模块,用于选取特征相位角;温度预测模块,用于绘制特征相位角和温度间的关系曲线图,并拟合曲线的数据,得到电池温度预测模型,进而通过所述电池温度预测模型预测电池温度。所述区间选择模块,测量不同荷电状态和不同温度下的待测电池的交流阻抗,并采集交流阻抗谱,根据采集的交流阻抗谱,计算不同温度下的0%~100%荷电状态下交流阻抗谱中阻抗相位角的标准差σ、方差δ和离散系数κ,根据离散型数据分布特点,确定阻抗相位角频率区间为:σ小于0.5、δ小于0.25、κ介于±0.1之间的频率区间。。所述特征相位角模块,用于在不同温度下在选取的阻抗相位角频率区间绘制阻抗相位角在不同温度下的阻抗相位角变化曲线图;根据所述变化曲线图用函数模型F(θ)=∑(θi-θj)2计算同一频率不同温度间相位角之差的平方和,其中θi,θj为同一频率下相邻两温度的相位角值;根据均值差的平方和最小原理,选出最优特征频率,以最优特征频率的阻抗相位角为电池温度预测的特征相位角。所述温度预测模块的所述温度预测模型为:θ=k·T+b,其中,θ为特征相位角,k为特征相位角和温度间的关系曲线的斜率,b为特征相位角和温度间的关系曲线的截距,T为电池温度。与最接近的现有技术比,本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果:(1)本专利技术提供的技术方案,通过对电池交流阻抗的测试和不同温度、荷电状态条件下交流阻抗谱的综合分析,首次将电池的阻抗相位角与电池温度联系起来,提出了一种基于阻抗相位角的电池温度预测方法,为电池温度的预测提供了一种新的途径,丰富了电池温度的预测手段。(2)本专利技术提供的技术方案,以交流阻抗技术为基础提出的,理论知识发展成熟,实施过程较为简便,具有很高可操作性。(3)本专利技术提供的技术方案,建立电池阻抗相位角与温度的关系模型,有效地排除电池的SOC对其阻抗相位角的影响,从而使电池温度预测变得更加快捷和精确。附图说明图1为本专利技术实施例一种电池温度预测方法的流程图;图2为本专利技术计算所测电池不同温度的0%~100%SOC全荷电状态下阻抗相位角的标准差σ;图3为本专利技术计算所测电池不同温度的0%~100%SOC全荷电状态下阻抗相位角的方差δ;图4为本专利技术计算所测电池不同温度的0%~100%SOC全荷电状态下阻抗相位角的离散系数κ;图5为本专利技术电池在不同荷电状态下优选频率区间的阻抗相位角曲线;图6为本专利技术所电池在不同温度状态下优选频率区间的阻抗相位角曲线;图7为本专利技术所电池在不同温度间阻抗相位角差值的平方和曲线;图8为本专利技术电池特征阻抗相位角与温度关系曲线及其拟合曲线。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步具体的描述。但本专利技术的实施方式不限于此。电池的温度是电池的一项重要参数,它不仅对电池的容量、内阻和寿命等性能具有一定的影响,同时还对电池的安全性发出挑战。电池在长期使用过程中,会发生老化现象,电池内部热量逐渐累积,造成温度升高,超过一定范围时电池性能会急剧下降,电池会发生失效甚至出现严重的安全事故。因此,为了防止电池由于温度失控造成的安全事故的发生,对电池温度进行有效精确的测量就显得尤为重要。本专利技术提出了一种以电池阻抗相位角来对应预测电池温度的方法,创新性的将电池的阻抗相位角与电池温度联系起来,提出了一种较为简便的电池温度测量的新途径,对电池技术的发展具有重要参考价值。考虑到电池的电极材料的多样性,造成电池的交流阻抗谱也多种多样,为了是叙述更加清晰,本实例以使用最为广泛的18650型磷酸铁锂动力电池为例进行说明,电池的标称容量为1.35Ah,正极材料为磷酸铁锂,负极材料为石墨。如图1所示,一种基于阻抗相位角的电池温度预测方法,包含以下几个步骤;步骤1:利用交流阻抗测试仪测量不同荷电状态SOC(0%~100%)和不同温度(‐20℃~40℃)下的待测电池的交流阻抗,并采集交本文档来自技高网
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一种电池温度预测方法及装置

【技术保护点】
一种电池温度预测方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤1:根据测量的不同荷电状态和不同温度下的所述电池的交流阻抗,以及采集的交流阻抗谱确定全荷电状态下阻抗相位角的频率区间;步骤2:根据在所述的频率区间绘制的不同温度下该频率区间内的阻抗相位角的变化曲线,确定特征相位角;步骤3:拟合绘制的所述特征相位角和温度间的关系曲线,得到电池温度预测模型,用所述电池温度预测模型预测电池温度。

【技术特征摘要】
1.一种电池温度预测方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤1:根据测量的不同荷电状态和不同温度下的所述电池的交流阻抗,以及采集的交流阻抗谱确定全荷电状态下阻抗相位角的频率区间;步骤2:根据在所述的频率区间绘制的不同温度下该频率区间内的阻抗相位角的变化曲线,确定特征相位角;步骤3:拟合绘制的所述特征相位角和温度间的关系曲线,得到电池温度预测模型,用所述电池温度预测模型预测电池温度。2.如权利要求1所述的电池温度预测方法,其特征在于,所述步骤1所述全荷电状态下阻抗相位角频率区间的确定包括下述步骤:步骤1‐1:根据采集的交流阻抗谱,计算不同温度下的0%~100%荷电状态下的交流阻抗谱中阻抗相位角的标准差σ、方差δ和离散系数κ;步骤1‐2:根据离散型数据分布特点,确定阻抗相位角的频率区间为:σ小于0.5、δ小于0.25、κ介于±0.1之间的频率区间。3.如权利要求2所述的电池温度预测方法,其特征在于,所述离散系数κ按下式计算:κ=σ/λ。4.如权利要求1所述的电池温度预测方法,其特征在于,所述步骤2中所述特征相位角的确定包括:计算同一频率不同温度的相位角之差的平方和,根据均值差的平方和最小原理,选出最优特征频率,以最优特征频率的阻抗相位角为电池温度预测的特征相位角。5.如权利要求4所述的电池温度预测方法,其特征在于,所述同一频率不同温度的相位角之差的平方和按下述函数模型F(θ)计算:F(θ)=∑(θi-θj)2其中θi,θj为同一频率下相邻两温度的相位角值。6.如权利要求1所述的电池温度预测方法,其特征在于,所述步骤3所述的温度预测模型为:θ=k·T+b,其中,θ为特征相位角,k为特征相位角和温度间的关系曲线的斜率,b为特征相位角...

【专利技术属性】
技术研发人员:高飞杨凯唐进范茂松刘皓张明杰耿萌萌尹秀娟
申请(专利权)人:中国电力科学研究院国家电网公司
类型:发明
编号:201710059618
国别省市:北京,11

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