处理数据以表征电池的热行为制造技术

方法、系统和装置，包括在计算机存储介质上编码的计算机程序，用于生成和使用快速电池模型。方法中的一种方法包括获得电池表面内或表面上的一个或多个位置的温度数据，该温度数据包括施加到电池的时变热流输入和由电池生成的时变温度信号。该方法还包括处理温度数据以生成具有一个或多个时间延迟元素和一个或多个参数的连续时间热模型，其中参数值使用温度数据进行拟合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】处理数据以表征电池的热行为优先权声明本申请要求于2016年2月29日提交的序列号为62/301,301的美国专利申请的优先权，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
电池是消费电子和汽车的重要组件。电池寿命的主要因素之一是电池的温度。较高的温度会减少电池的寿命。但是，无法总是避免高温。例如，汽车中电池的温度可以是发动机生成的热量的函数。
技术实现思路
本说明书描述与电池有关的技术。通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在方法中，该方法包括在方面1中获得电池表面内或表面上的一个或多个位置的温度数据的动作，该温度数据包括施加到电池的时变热流输入和由电池生成的时变温度信号。该方法还包括处理温度数据以生成具有一个或多个时间延迟元素和一个或多个参数的连续时间热模型的动作，其中参数值使用温度数据进行拟合。前述和其它实施例可以各自可选地单独或组合地包括以下特征中的一个或多个。根据方面1和3-17的任何组合的方面2，其中连续时间热模型可以被配置为预测多个热流的电池热行为。根据方面1-2和4-17的任何组合的方面3，其中多个热流可以各自施加到电池中的边界条件或体积区域。根据方面1-3和5-17的任何组合的方面4，其中连续时间热模型可以包括时间延迟元素和线性传递函数元素。根据方面1-4和6-17的任何组合的方面5，其中温度信号可以从实验环境或从模拟中获得。根据方面1-5和7-17的任何组合的方面6，其中连续时间热模型可以在平衡时被线性化。根据方面1-6和8-17的任何组合的方面7，其中温度信号可以包括指示一组稳态条件下的电池的温度和热边界条件的数据。根据方面1-7和9-17的任何组合的方面8，其中生成连续流热模型可以包括最小化观察到的测量值与所测量的稳态条件匹配之间的差异。根据方面1-8和10-17的任何组合的方面9，其中温度信号可以包括指示在平衡条件下开始的一组瞬态条件下的电池的温度和热边界条件的数据。根据方面1-9和11-17的任何组合的方面10，其中温度信号可以包括从相同的电池平衡条件开始的多组瞬态测量值。根据方面1-10和12-17的任何组合的方面11，其中时间延迟可以使用具有连续时间模型中的分子和分母的不同阶数的Pade近似来实现。根据方面1-11和13-17的任何组合的方面12，其中温度信号可以使用模拟来生成。根据方面1-12和14-17的任何组合的方面13，其中温度信号可以在车辆中收集。根据方面1-13和15-17的任何组合的方面14，其中温度信号可以使用物理测试台来生成。根据方面1-14和16-17的任何组合的方面15，其中该方法还可以包括确定电池热保护系统是否与模型一致的动作。根据方面1-15和17的任何组合的方面16，其中模拟包括电池和外部散热器之间的热传递。根据方面1-16的任何组合的方面17，其中模拟将电池与所有外部热源和散热器隔离。可以实现本说明书中描述的主题的特定实施例，以便实现以下优点中的一个或多个优点。可以高效地生产电池的电热模型。可以使用比管理和计算更复杂的方程所需的更少的处理能力来使用电子器件监视和控制电池。在附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节。根据描述、附图和权利要求，本主题的其它特征、方面和优点将变得显而易见。附图说明图1图示了用于创建和验证快速电池模型的环境的示例。图2图示了将基函数拟合到模型的示例。图3图示了时间延迟的示例。图4图示了用于三维对象的测试环境的示例测试环境。图5图示了用于生成快速热模型的示例过程。各个附图中相同的标号和名称指示相同的元素。具体实施方式快速、低复杂度的电池热行为模型可以用在电池的设计和操作中。可以使用物理测试、原位操作或3D模拟来生成快速电池模型。例如，图1图示了用于创建和验证快速电池模型的环境的示例。可以在热隔离环境102中测试电池或电池组。可以从物理测试、原位操作或3D模拟中收集数据。可以记录在热隔离环境102中对电池执行的测试的结果。例如，可以测量(一个或多个)阶跃响应。曲线图104图示了所测量的阶跃响应曲线，其中实线表示边界条件，并且虚线表示测量值。所测量的响应可以用于生成模型。简化算法106可以对响应曲线中的每个阶跃执行拟合过程。拟合的阶跃响应可以被转换为方程。并且方程可以用在模型108中。模型108可以用于模拟电池的预期热行为。可以将基于模型的模拟的结果与测试结果(或更复杂的模拟的效果)进行比较，如曲线图110所表示的。如果模型108与测试结果足够相似，则模型108可以被集成到不同的电子设备中，包括但不限于：汽车、移动电话和平板电脑。快速电池模型(诸如模型108)可以使用包含与单个时间常数一阶滤波器卷积的时间延迟传递函数的时域阶跃响应的一组受限制的基函数将电池热模型的响应与已知的输入信号匹配并创建低阶动态模型，该低阶动态模型以使热系统的响应与任意输入匹配的最小计算来执行。可以使用凸优化来执行拟合。拟合可以用于为任何一组测量值开发单个模型。图2图示了将基函数拟合到模型的示例。系统可以使用如曲线图204中所示的参考曲线202来构建模型。参考曲线202可以例如从取自实验数据、原位测试或模拟的测量值中获得。通过对每个基函数施加权重，系统可以将来自基函数(例如，基函数206、208、210，如曲线图212中所示)的多条曲线与参考曲线202进行匹配。如曲线图214所示，系统将4.24的权重施加到基函数210，将2.2的权重施加到基函数X08，并且将0的权重施加到基函数206。如曲线图216所示，得到的曲线X18是参考曲线202的近似匹配。图3图示了时间延迟的示例。对象中的热变化可能不立即发生。曲线图302图示了线304a的示例，线304a图示了随着时间的推移对象的温度。缩放到曲线图的区域306a中，曲线图306b示出了在对象的温度开始变化之前线304b具有小的延迟308。这种延迟使得拟合基函数变得困难。代替试图找到基函数来拟合延迟，系统可以在模型中插入延迟使得线304b的其余部分更容易地使用基函数来拟合，。图4图示了用于三维对象的示例测试环境400。测试环境可以是物理的或虚拟的。在该环境400中，可以对对象施加诸如温度和热流的边界条件(例如，温度边界条件T＝0℃402和温度边界条件T＝20℃404)。具有内部热量生成的三维对象的温度遵循热方程：在这个方程中，w是温度，q是内部热量生成，cp是热容，ρ是质量密度，并且α是由以下定义的热扩散率在这个方程中，k是热传导率。为了模拟这些方程，可以使用各种形式的离散化。通常，在方程系数恒定的情况下，离散化将产生线性方程系统。关于连续时间的离散化方案可以通过以下函数来表示：其中ui是对象(例如，电池)中的点的温度，并且K和B是使用有限差分近似来创建的。这些方程对于开发随着时间的推移对象中所有温度的模拟是有用的。但是，该方程系统在计算上可能是昂贵的。在一些应用中，方程3中的所有温度都不是必需的。可以通过使用如方程4中所示的附加方程组来选择感兴趣的这些温度。当需要模拟对象中的温度的子集时，可以使用比方程3和方程4所隐含的计算更少的计算来执行准确的模拟。生成更快、更简单的降阶模型的一个起始点可以是识别方程3和方程4是方程系统，该方程系统是一组线性一阶常微分方程。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过数据处理系统处理温度数据以对电池的热行为进行建模的方法，所述方法包括：获得电池表面内或表面上的一个或多个位置的温度数据，所述温度数据包括施加到所述电池的时变热流输入和由所述电池生成的时变温度信号；以及处理所述温度数据以生成具有一个或多个时间延迟元素和一个或多个参数的连续时间热模型，其中参数值使用所述温度数据进行拟合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.29 US 62/301,3011.一种用于通过数据处理系统处理温度数据以对电池的热行为进行建模的方法，所述方法包括：获得电池表面内或表面上的一个或多个位置的温度数据，所述温度数据包括施加到所述电池的时变热流输入和由所述电池生成的时变温度信号；以及处理所述温度数据以生成具有一个或多个时间延迟元素和一个或多个参数的连续时间热模型，其中参数值使用所述温度数据进行拟合。2.如权利要求1所述的方法，其中所述连续时间热模型被配置为预测多个热流的电池热行为。3.如权利要求2所述的方法，其中多个热流各自施加到所述电池中的边界条件或体积区域。4.如权利要求1所述的方法，其中所述连续时间热模型包括时间延迟元素和线性传递函数元素。5.如权利要求1所述的方法，其中所述温度信号从实验环境或从模拟中获得。6.如权利要求1所述的方法，其中所述连续时间热模型在平衡时被线性化。7.如权利要求1所述的方法，其中所述温度信号包括指示一组稳态条件下的电池的温度和热边界条件的数据。8.如权利要求7所述的方法，其中生成连续流热模型包括最小化观察到的测量值与所测量的稳态条件匹配之间的差异。9.如权利要求1所述的方法，其中所述温度信号包括指示在平衡条件下开始的一组瞬态条件下的电池的温度和热边界条件的数据。10.如权利要求9所述的方法，其中所述温度信号包括从相同的电池平衡条件开始的多组瞬态测量值。11.如权利要求1所述的方法，其中所述时间延迟...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·D·小塔特，
申请(专利权)人：埃克萨公司，
类型：发明
国别省市：美国,US