一种计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法技术

本发明专利技术公开了一种计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法，包括以下步骤：S1、基于一维锂离子单体电池模型，建立在加热工况下的锂离子电池导热微分方程；S2、根据边界条件和初始条件，求解锂离子电池导热微分方程，建立表征温度的格林函数模型；S3、对表征温度的格林函数模型进行求解，建立电芯单元各层的温度变化模型；S4、根据锂离子电池的基本属性、待求解的位置和时刻，基于电芯单元各层的温度变化模型，求解得到对应时刻和位置电池内部的温度；本发明专利技术解决了现有电池内部温度计算方法是采用探针或者仿真软件手段来得到电池内部的温度的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法
本专利技术涉及计算电池内部温度
，具体涉及一种计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法。
技术介绍
电池作为新能源汽车中关键的储能部件，已经成为新能源汽车研究领域中的重点。大多数车用电池已经逐步淘汰了体积较大、寿命较短的铅蓄电池、存在重金属泄露风险的镍氢电池。取而代之进入大众视野的，是具有高性能、高能量密度的锂离子电池。锂离子电池性能受环境温度影响很大，在较低温度时，电池不能进行正常的充放电过程，此时内阻增加会导致电池性能下降，续航里程减少。这种情况会使新能源汽车在冬季或者纬度偏北地区的应用大大降低。锂离子电池加热方法主要分为电池外部加热、电池内部加热与外部与内部相结合的三种加热方式。在这三种加热方式下，由于电池内部总是会存在远离或者接近发热点的区域，所以电池内部温度会存在不均衡现象。这也会极大的影响电池性能。大多针对电池内部温度的不均衡性的研究主要集中在通过实验温度探针或者仿真软件手段来得到电池内部的温度。而实际过程中，实验探针只能探求到电池表面温度，不能得到电池内部温度不均的局部温度。同时仿真手式需要进行建立模型，消耗大量时间。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法解决了现有电池内部温度计算方法是采用探针或者仿真软件手段来得到电池内部的温度的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法，包括以下步骤：S1、基于一维锂离子单体电池模型，建立在加热工况下的锂离子电池导热微分方程；S2、根据边界条件和初始条件，求解锂离子电池导热微分方程，建立表征温度的格林函数模型；S3、对表征温度的格林函数模型进行求解，建立电芯单元各层的温度变化模型；S4、根据锂离子电池的基本属性、待求解的位置和时刻，基于电芯单元各层的温度变化模型，求解得到对应时刻和位置电池内部的温度。进一步地：步骤S1中锂离子电池导热微分方程为：其中，α1为第一层材料的热扩散系数，ρ1为第一层材料的密度，cp1为第一层材料的比热容，α2为第二层材料的热扩散系数，ρ2为第二层材料的密度，cp2为第二层材料的比热容，α3为第三层材料的热扩散系数，ρ3为第三层材料的密度，cp3为第三层材料的比热容，x为横坐标，qv1为加热后锂离子电池内部第一层产生的热源，qv2为加热后锂离子电池内部第二层产生的热源，qv3为加热后锂离子电池内部第三层产生的热源，T1为第一层材料的初始温度，T2为第二层材料的初始温度，T3为第三层材料的初始温度，λ1为第一层材料的导热系数，λ2为第二层材料的导热系数，λ3为第三层材料的导热系数，L1为第一层材料的厚度，L2为第二层材料的厚度，L3为第三层材料的厚度，t为时间。进一步地：步骤S2中表征温度的格林函数模型为：其中，Ti(x,t)为表征温度的格林函数模型，Gij(x,t|x',t')为格林函数，xj为第j层材料的横坐标，T0为三层材料的初始温度值，为第一层内部分布热源，为第三层内部分布热源，q1(t)为给定的加热电池前端的热流密度变化，q2(t)为给定的加热电池末端的热流密度变化，ρ为材料的密度，cp1为第一层材料的比热容，δ(·)为狄拉克函数，n为分离常量数量，Γ(·)为时间分离变量，αj为第j层材料的热扩散系数，t为时间，t'为初始时间，λj为第j层材料的导热系数，Nn为中间变量，φin(x)为空间分离变量，φjn(x')为中间变量，其具体函数形式与φ1n(x)、φ2n(x)和φ3n(x)相同，x为沿着电池厚度方向坐标，x'为内热源坐标，L1为第一层材料的厚度，L2为第二层材料的厚度，L3为第三层材料的厚度，βn为分离常量，A2n、B2n、A3n、B3n为由下列方程确定的系数：其中，γ1为第一比例系数，γ2为第二比例系数，γ3为第三比例系数，γ4为第四比例系数，γ5为第五比例系数，γ、H1、H2、h1、h2、K1和K2为定义的中间变量。进一步地：步骤S3中电芯单元各层的温度变化模型包括：第一层温度变化模型、第二层温度变化模型和第三层温度变化模型。进一步地：第一层温度变化模型为：其中，T1(x,t)为第一层温度变化模型，L1为第一层材料的厚度，L2为第二层材料的厚度，L3为第三层材料的厚度，λ1为第一层材料的导热系数，λ2为第二层材料的导热系数，λ3为第三层材料的导热系数，α1为第一层材料的热扩散系数，α2为第二层材料的热扩散系数，α3为第三层材料的热扩散系数，T0为三层材料的初始温度值，n为级数展开项数。进一步地：第二层温度变化模型为：其中，T2(x,t)为第二层温度变化模型，L1为第一层材料的厚度，L2为第二层材料的厚度，L3为第三层材料的厚度，λ1为第一层材料的导热系数，λ2为第二层材料的导热系数，λ3为第三层材料的导热系数，α1为第一层材料的热扩散系数，α2为第二层材料的热扩散系数，α3为第三层材料的热扩散系数，T0为三层材料的初始温度值。进一步地：第三层温度变化模型为：其中，T3(x,t)为第三层温度变化模型，L1为第一层材料的厚度，L2为第二层材料的厚度，L3为第三层材料的厚度，λ1为第一层材料的导热系数，λ2为第二层材料的导热系数，λ3为第三层材料的导热系数，α1为第一层材料的热扩散系数，α2为第二层材料的热扩散系数，α3为第三层材料的热扩散系数，T0为三层材料的初始温度值。上述进一步方案的有益效果为：这些半解析解的构建可以在保证计算精度的前提下减少计算工作量。进一步地：步骤S4中锂离子电池的基本属性包括：电池内各层材料属性、环境初始温度和边界加热热流参数。综上，本专利技术的有益效果为：基于一维锂离子单体电池模型，建立在加热工况下的导热微分方程，再通过结合具体的边界条件及初始条件确定该导热微分方程通解，从而得到表征温度的格林函数中的关键部分，进而在此格林函数上求解得到具有分层结构的电芯单元各层的温度变化表达式。之后将电池内各层材料属性、环境初始温度、边界加热热流参数代入温度变化表达式中，输入需要探求的位置坐标及时刻，得到对应时间点的电池内部某点的温度。附图说明图1为一种计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法的流程图；图2为锂离子电池一维导热模型示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、基于一维锂离子单体电池模型，建立在加热工况下的锂离子电池导热微分方程；/nS2、根据边界条件和初始条件，求解锂离子电池导热微分方程，建立表征温度的格林函数模型；/nS3、对表征温度的格林函数模型进行求解，建立电芯单元各层的温度变化模型；/nS4、根据锂离子电池的基本属性、待求解的位置和时刻，基于电芯单元各层的温度变化模型，求解得到对应时刻和位置电池内部的温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于一维锂离子单体电池模型，建立在加热工况下的锂离子电池导热微分方程；
S2、根据边界条件和初始条件，求解锂离子电池导热微分方程，建立表征温度的格林函数模型；
S3、对表征温度的格林函数模型进行求解，建立电芯单元各层的温度变化模型；
S4、根据锂离子电池的基本属性、待求解的位置和时刻，基于电芯单元各层的温度变化模型，求解得到对应时刻和位置电池内部的温度。


2.根据权利要求1所述的计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法，其特征在于，所述步骤S1中锂离子电池导热微分方程为：












其中，α1为第一层材料的热扩散系数，ρ1为第一层材料的密度，cp1为第一层材料的比热容，α2为第二层材料的热扩散系数，ρ2为第二层材料的密度，cp2为第二层材料的比热容，α3为第三层材料的热扩散系数，ρ3为第三层材料的密度，cp3为第三层材料的比热容，x为横坐标，qv1为加热后锂离子电池内部第一层产生的热源，qv2为加热后锂离子电池内部第二层产生的热源，qv3为加热后锂离子电池内部第三层产生的热源，T1为第一层材料的初始温度，T2为第二层材料的初始温度，T3为第三层材料的初始温度，λ1为第一层材料的导热系数，λ2为第二层材料的导热系数，λ3为第三层材料的导热系数，L1为第一层材料的厚度，L2为第二层材料的厚度，L3为第三层材料的厚度，t为时间。


3.根据权利要求1所述的计算低温加热工况下锂离子电池内部温度的方法，其特征在于，所述步骤S2中表征温度的格林函数模型为：



























其中，Ti(x,t)为表征温度的格林函数模型，Gij(x,t|x',t')为格林函数，xj为第j层材料的横坐标，T0为三层材料的初始温度值，为第一层内部分布热源，为第三层内部分布热源，q1(t)为给定的加热电池前端的热流密度变化，q2(t)为给定的加热电池末端的热流密度变化，ρ为材料的密度，cp1为第一层材料的比热容，δ(·)为狄拉克函数，n为分离常量数量，Γ(·)为时间分离变量，αj为第j层材料的热扩散系数，t为时间，t'为初始时间，λj为第j层材料的导热系数，Nn为中间变量，φin(x)为空间分离变量，φjn(x')为中间变量，其具体函数形式与φ1n(x)、φ2n(x)和φ3n(x)相同，x为沿着电池厚度方向坐标，x'为内热源坐标，L1为第一层材料的厚度，L2为第二层材料的厚度，L3为第三层材料的厚度，βn为分离常量，A2n...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡广地，叶梦琪，胡坚耀，黄铁雄，郭峰，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51