一种锂离子电池的内部三维温度场在线重构的方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池的内部三维温度场在线重构的方法，属于电池技术领域，包括以下步骤：S1：根据电池的输入电压与电流，在线辨识电池的内部平均内阻；S2：利用电池的输入电流与电压，完成当前时刻的SOC的估计；S3：基于S1与S2中的内阻与SOC估计结果，估计电池核心的平均温度；S4：以电池表面测试温度以及S3中估计的电池平均温度为输入，确定电池内部三维温度场基本的重构函数，并完成电池内部三维温度场的重构。本发明专利技术具有精度高，鲁棒性好，所涉及算法占用计算资源少的优点。涉及算法占用计算资源少的优点。涉及算法占用计算资源少的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池的内部三维温度场在线重构的方法


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种锂离子电池的内部三维温度场在线重构的方法。

技术介绍

[0002]锂离子动力电池当前广泛应用在电气化交通中，作为电动汽车的主要动力源，锂离子电池具有较长的使用寿命以及较高的能量密度。近年来，为了满足电动汽车的续航历程的需求，锂离子动力电池的能量密度正在逐年提高。但是增加的能量密度使得电池在使用过程中的温升日益明显，也使得电池的热安全问题日益凸显。对于大型锂离子电池，温升的过程还伴随着热量在内部的堆积，在大倍率放电过后，电池内部温度与表面温度之间的差距将会十分明显。因此，仅通过监测电池表面温度，无法准确描述电池当前的温度状态。为了增加电池在运行过程中的热安全性，需要建立一种可以实时监测电池内部温度的方法。
[0003]目前主要有两种实时获取电池内部温度的方法，其一是模型驱动的电池内部温度的计算，其二是数据驱动的电池内部温度的修正。其中模型驱动的计算方法，主要将电池的产热模型加载至电池的热网络模型或者三维CFD模型上，对电池整体的温度场进行整体计算。该方法可以获取详细的电池温度分布，在所有热物性参数，边界条件以及初始条件等都设置正确的情况下，该方法的计算精度也较高。但是因为该方法，对于计算条件的精确度要求较高，而且需要的计算资源较多，使得该方法并不适用于在电池运行过程中对电池温度场进行实时计算。基于数据驱动的电池内部温度修正方法可以满足对于电池内部温度实时估计的要求，选取合适的观测变量可以实现电池内部核心温度的在线计算。目前主要通过建立电池温度与内阻或者阻抗的关系，通过电池实时辨识的内阻与阻抗来修正电池的温度，或者通过电池的表面温度以及电池温度从核心至表面的温度变化的解析式间接修正电池核心温度。但是，目前的电池内部温度的实时修正方法，仅适用于电池的内部平均温度的估计，在温度分布的分辨率上略有不足。
[0004]基于以上内部温度估计方法的缺陷，亟需一种可以精确地在线估计电池内部温度分布的方法，该方法应该具有占用计算资源少，计算精度高，鲁棒性好的特点，同时对于电池内部温度的不均匀分布具有一定的分辨能力。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池的内部三维温度场在线重构的方法，在没有设置电池内部热电偶的情况下，实时估计电池的内部三维温度分布。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种锂离子电池的内部三维温度场在线重构的方法，包括以下步骤：
[0008]S1：根据电池的输入电压与电流，在线辨识电池的内部平均内阻；
[0009]S2：利用电池的输入电流与电压，完成当前时刻的SOC的估计；
[0010]S3：基于S1与S2中的内阻与SOC估计结果，估计电池核心的平均温度；
[0011]S4：以电池表面测试温度以及S3中估计的电池平均温度为输入，确定电池内部三维温度场基本的重构函数，并完成电池内部三维温度场的重构。
[0012]进一步，所述步骤S1具体包括以下步骤：
[0013]S11：输入电池当前时刻t的电流与电压计算电池的系统矩阵
[0014][0015]其中，I(t)表示t时刻的电池电流，V
t
(t)表示t时刻的电池电压，至表示带观测变量中系统残差的系数矩阵，n
d
是人为设置的参数，表示向前取n
d
个时间点的残差值；
[0016]S12：将上一时刻的待观测矩阵带入到当前时刻的系统矩阵内，得出当前时刻的端电压 V
t
(t)计算值：
[0017][0018]其中，表示系统矩阵，w(t)表示系统估计误差，θ(t)表示待观测矩阵，具体形式如下：
[0019][0020]其中，OCV是电池的开路电压，R
o
是电池的欧姆内阻，R
1p
是电池的极化内阻，C
1p
是电池的极化电容，c
t
‑1(t)至表示电池带观测矩阵中的残差项；
[0021]S13：设置遗忘因子，计算当前时刻的协方差矩阵P(t)：
[0022][0023]其中，λ表示遗忘因子，P(t
‑
1)表示上一时刻的协方差矩阵；
[0024]S14：计算电池当前时刻的带辨识矩阵
[0025][0026]进一步，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0027]S21：建立电池的一阶RC电路模型，输入电池的电压与电流，完成电池当前时刻SOC 的初验估计，构建由端电压观测电池SOC的后验方程，同时完成先验估计的协方差矩阵的计算
[0028][0029][0030][0031]其中，表示t时刻的初验矩阵[SOC，U
p
]T
，其中U
p
为极化电压，表示t
‑
1时刻被修正的后验SOC，I
t
‑1表示t
‑
1时刻的电池电流，A
t
与B
t
表示SOC先验估计的矩阵，具体形式如下：
[0032][0033][0034]其中τ1表示时间常数即R
1p
C
1p
。另外，表示电池的估计电压，C
t
与D
t
表示为
[0035][0036][0037]表示t时刻未修正的协方差矩阵，表示t
‑
1时刻的修正后的协方差矩阵，R
w，t
表示算法的估计误差；
[0038]S22：设计系统的正定矩阵S用于选择待估计参数矩阵中的目标估计参数
[0039][0040]其中，L
t
表示待修正矩阵的参数选择矩阵，用于选取实际需要观测的目标参数，这里可取[1，1]T
；
[0041]S23：计算滤波器的增益矩阵K
t
，计算公式如下
[0042][0043]其中，I表示单位矩阵，θ是为估计需要而设置的常数，表示估计误差；
[0044]S24：与S23中的增益矩阵耦合计算得出电池的SOC的后验估计
[0045][0046]其中，表示t时刻的初验矩阵[SOC，U
p
]T
；
[0047]S25：更新电池系统误差的协方差矩阵
[0048][0049]其中，表示t时刻的修正后的协方差矩阵；
[0050]S26：通过自适应的方法更新电池的系统误差与估计误差
[0051][0052][0053][0054][0055]其中，e
t
表示电压估计值与实际值之间的误差，n表示选择共n个时间点的数据进行误差的更新，R
w，t+1
表示更新后的系统误差，R
v，t+1
表示更新后的估计误差。
[0056]进一步，所述步骤S3具体包括以下步骤：
[0057本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的内部三维温度场在线重构的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：根据电池的输入电压与电流，在线辨识电池的内部平均内阻；S2：利用电池的输入电流与电压，完成当前时刻的SOC的估计；S3：基于S1与S2中的内阻与SOC估计结果，估计电池核心的平均温度；S4：以电池表面测试温度以及S3中估计的电池平均温度为输入，确定电池内部三维温度场基本的重构函数，并完成电池内部三维温度场的重构。2.根据权利要求1所述的锂离子电池的内部三维温度场在线重构的方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：S11：输入电池当前时刻t的电流与电压计算电池的系统矩阵S11：输入电池当前时刻t的电流与电压计算电池的系统矩阵其中，I(t)表示t时刻的电池电流，V
t
(t)表示t时刻的电池电压，至表示带观测变量中系统残差的系数矩阵，n
d
是人为设置的参数，表示向前取n
d
个时间点的残差值；S12：将上一时刻的待观测矩阵带入到当前时刻的系统矩阵内，得出当前时刻的端电压V
t
(t)计算值：其中，表示系统矩阵，w(t)表示系统估计误差，θ(t)表示待观测矩阵，具体形式如下：其中，OCV是电池的开路电压，R
o
是电池的欧姆内阻，R
1p
是电池的极化内阻，C
1p
是电池的极化电容，c
t
‑1(t)至表示电池带观测矩阵中的残差项；S13：设置遗忘因子，计算当前时刻的协方差矩阵P(t)：其中，λ表示遗忘因子，P(t
‑
1)表示上一时刻的协方差矩阵；S14：计算电池当前时刻的带辨识矩阵S14：计算电池当前时刻的带辨识矩阵3.根据权利要求2所述的锂离子电池的内部三维温度场在线重构的方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：S21：建立电池的一阶RC电路模型，输入电池的电压与电流，完成电池当前时刻SOC的初验估计，构建由端电压观测电池SOC的后验方程，同时完成先验估计的协方差矩阵的计算验估计，构建由端电压观测电池SOC的后验方程，同时完成先验估计的协方差矩阵的计算验估计，构建由端电压观测电池SOC的后验方程，同时完成先验估计的协方差矩阵的计算
其中，表示t时刻的初验矩阵[SOC,U
p
]
T
，其中U
p
为极化电压，表示t
‑
1时刻被修正的后验SOC，I
t
‑1表示t
‑
1时刻的电池电流，A
t
与B
t
表示SOC先验估计的矩阵，具体形式如下：表示SOC先验估计的矩阵，具体形式如下：其中τ1表示时间常数即R
1p
C
1p
，表示电池的估计电压，C
t
与D
t
表示为表示为表示为表示t时刻未修正的协方差矩阵，表示t
‑
1时刻的修正后的协方差矩阵，R
w,t
表示算法的估计误差；S22：设计系统的正定矩阵S用于选择待估计参数矩阵中的目标估计参数其中，L
t
表示待修正矩阵的参数选择矩阵，用于选取实际需要观测的目标参数，这里可取[1,1]
T
；S23：计算滤波器的增益矩阵K
t
，计算公式如下其中，I表示单位矩阵，θ是为估计需要而设置的常数，表示估计误差；S24：与S23中的增益矩阵耦合计算得出电池的SOC的后验估计其中，表示t时刻的初验矩阵[SOC,U
p
]
T
；S25：更新电池系统误差的协方差矩阵其中，表示t时刻的修正后的协方差矩阵；S26：通过自适应的方法更新电池的系统误差与估计误差S26：通过自适应的方法更新电池的系统误差与估计误差S26：通过自适应的方法更新电池的系统误差与估计误差
其中，e
t
表示电压估计值与实际值之间的误差，n表示选择共n个时间点的数据进行误差的更新，R
w，t+1
表示更新后的系统误差，R
v，t+1
表示更新后的估计误差。4.根据权利要求3所述的锂离子电池的内部三维温度场在线重构的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢翌，李伟，胡晓松，张扬军，陈斌，钱煜平，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：