一种液冷电池模组核心温度在线估计方法技术

本发明专利技术涉及一种液冷电池模组核心温度在线估计方法，属于电池管理技术领域。本发明专利技术的液冷电池模组核心温度在线估计方法建立了电池模组内不同位置电池单体散热情况建立电池核心和表面温度的模型,并采用显示欧拉法对连续时间系统进行离散，利用双卡尔曼滤波算法建立电池热物性参数和核心温度的实时估计模型。本发明专利技术实现了热物性参数与温度状态的协同在线估计，且只需使用少量的电池壳体温度测量值来估计整个电池组的核心温度，降低成本的同时更好地实现电池热管理和监测，提高电池温度估计的准确性，确保电池安全。确保电池安全。确保电池安全。

【技术实现步骤摘要】
一种液冷电池模组核心温度在线估计方法


[0001]本专利技术属于电池管理
，具体涉及一种液冷电池模组核心温度在线估计方法。

技术介绍

[0002]汽车电气化是解决能源和环境问题的有效途径，锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长等优点被广泛用于电动汽车储能系统，但是锂离子电池在充放电过程及异常工况下会产生大量热量，导致电池温度升高和温度分布不均匀，影响电池性能且存在安全隐患，因此电池温度的准确监测对延长电池使用寿命、预防热失控和提升安全性能起着十分关键的作用。如中国专利CN112345945A和CN110888070A均对电池温度的估计方法进行了研究。
[0003]现有技术中获得电池内部温度常用的方式是在电池内部嵌入温度传感器，但这种方式增加了电池故障可能性的同时也增加了成本，因此需要建立电池模型来估计电池内的温度，目前电池热模型从维度上来说可分为一维、二维和三维热模型，从产热机制上可分为通过内部机理和外特性产热，从模型形式分为分布参数和集总参数热模型。其中分布参数模型主要研究温度场的分布，需要使用有限元的方法进行分析，不适于实车在线应用，而基于外特性的集总参数热模型便于实现在线应用，它假定电池内部产热是均匀的、各方向传热是均匀的，因此可将电池内部、表面及周围环境看成质点建立集总参数热模型进行电池核心温度估计。
[0004]现有技术研究主要集中于电池单体的热特性建模，对电池组核心温度估计的研究中，考虑的散热条件单一、忽略了外部环境条件对电池外部热阻的影响，估计获得的温度精度不高
专利技术内容
[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提出一种液冷电池模组核心温度在线估计方法。解决了现有技术中对电池温度估计不准确的问题。
[0006]本专利技术的一种液冷电池模组核心温度在线估计方法，电池模组包括电池组、上冷板和下冷板；电池组包括多个电池单体；上冷板设置于电池组的顶部，下冷板设置于电池组的底部；上冷板和下冷板上均设置有冷却液入口、冷却液出口和冷板流道，冷板流道呈蛇形分别设置于上冷板和下冷板上；冷却液入口和冷却液出口分别设置于冷板流道的两端；冷却液从冷却液入口进入冷板流道，然后从冷却液出口流出；包括如下步骤：
[0007]步骤S1、基于电池模组的热特性参数，建立电池单体集总参数等效热模型；
[0008]步骤S2、将电池单体集总参数等效热模型转换为状态空间方程；
[0009]步骤S3、基于步骤S1中的电池单体集总参数等效热模型和步骤S2中的状态空间方程，利用卡尔曼滤波算法，生成双卡尔曼滤波算法的参数估计器和状态估计器；
[0010]步骤S4、获取电池模组的热特性参数和电池单体的壳体温度测量值，基于步骤S3
生成的双卡尔曼滤波算法的参数估计器和状态估计器，对电池单体的核心及壳体在线温度实时估计；
[0011]步骤S5、设置至少两个温度传感器；至少两个温度传感器采集电池模组中至少两个电池单体壳体的温度；通过至少两个电池单体壳体的温度利用插值计算获得电池模组中每个电池单体壳体的温度；利用每个电池单体壳体的温度基于步骤S1
‑
S4获得电磁模组中每个电池单体核心和壳体的温度的在线实时估计。
[0012]进一步地，步骤S1具体包括：电池单体集总参数等效热模型为：
[0013][0014][0015]其中，C
c
为电池单体内部的等效热容；为第i个电池单体核心的温度变化率；Q
i
是第i个电池单体的产热率；T
c，i
为第i个电池单体核心的温度；T
s，i
为第i个电池单体壳体的温度；R
cs，i
为第i个电池单体核心与其壳体之间的等效热阻；C
s
为电池单体壳体的等效热容；为第i个电池单体壳体的温度变化率；T
s，iadjacent
为与第i个电池单体相邻的电池单体壳体的温度；n
s，i
为与第i个电池单体相邻的电池单体的个数；R
ss，i
为第i个电池单体壳体与其相邻电池单体壳体之间的等效热阻；T
a
为电池单体周围空气环境温度；n
a，i
为第i个电池单体壳体与其周围空气环境的接触面数；R
sa，i
为第i个电池单体壳体与其周围空气环境之间的等效热阻；T
p，i
为上冷板中与第i个电池单体对应位置冷却液的温度；T
b，i
为下冷板中与第i个电池单体对应位置冷却液的温度；R
sp，i
为第i个电池单体壳体与其上下冷板之间的等效热阻。
[0016]进一步地，步骤S2具体包括：基于步骤S1中的电池单体集总参数等效热模型，选取T
c，i
和T
s，i
作为状态变量x，第i个电池单体的产热率Q
i
、与第i个电池单体相邻的电池单体壳体的温度T
s，iadjacent
、第i个电池单体周围空气环境温度T
a
和上下冷板中与第i个电池单体对应位置冷却液的温度T
p，i
、T
b，i
作为输入；y为T
s，i
的观测量，将公式(1)、(2)转变为状态空间方程：
[0017][0018]其中：
[0019]u＝[Q
i T
s，iadjacent T
a T
p，i
T
b，i
]T
；
ꢀꢀꢀ
(4)
[0020][0021][0022]C＝[01]；
ꢀꢀꢀ
(7)
[0023]D＝0。
ꢀꢀꢀ
(8)
[0024]进一步地，步骤S3具体包括：
[0025]步骤S31、对步骤S1的电池单体集总参数等效热模型中公式(1)和(2)进行显示欧拉法离散：
[0026][0027][0028][0029]其中，T
c，i
(k+1)为k+1时刻第i个电池单体核心的温度，T
c，i
(k)为k时刻第i个电池单体核心的温度，T
s，i
(k+1)为k+1时刻第i个电池单体壳体的温度，T
s，i
(k)为k时刻第i个电池单体壳体的温度；
△
t为相邻时刻的采样时间间隔；T
s，iadjacent
(k)为k时刻与第i个电池单体相邻的电池单体壳体的温度，T
a
(k)为k时刻电池单体周围空气环境温度，T
p，i
(k)为k时刻上冷板中与第i个电池单体对应位置冷却液的温度，T
b，i
(k)为k时刻下冷板中与第i个电池单体对应位置冷却液的温度；R
cs，i
(k)为k时刻第i个电池单体核心与其壳体之间的等效热阻；R
ss，i
(k)为k时刻第i个电池单体壳体与其相邻电池单体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液冷电池模组核心温度在线估计方法，电池模组包括电池组、上冷板和下冷板；电池组包括多个电池单体；上冷板设置于电池组的顶部，下冷板设置于电池组的底部；上冷板和下冷板上均设置有冷却液入口、冷却液出口和冷板流道，冷板流道呈蛇形分别设置于上冷板和下冷板上；冷却液入口和冷却液出口分别设置于冷板流道的两端；冷却液从冷却液入口进入冷板流道，然后从冷却液出口流出；其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、基于电池模组的热特性参数，建立电池单体集总参数等效热模型；步骤S2、将电池单体集总参数等效热模型转换为状态空间方程；步骤S3、基于步骤S1中的电池单体集总参数等效热模型和步骤S2中的状态空间方程，利用卡尔曼滤波算法，生成双卡尔曼滤波算法的参数估计器和状态估计器；步骤S4、获取电池模组的热特性参数和电池单体的壳体温度测量值，基于步骤S3生成的双卡尔曼滤波算法的参数估计器和状态估计器，对电池单体的核心及壳体在线温度实时估计；步骤S5、设置至少两个温度传感器；至少两个温度传感器采集电池模组中至少两个电池单体壳体的温度；通过至少两个电池单体壳体的温度利用插值计算获得电池模组中每个电池单体壳体的温度；利用每个电池单体壳体的温度基于步骤S1
‑
S4获得电磁模组中每个电池单体核心和壳体的温度的在线实时估计。2.根据权利要求1所述的一种液冷电池模组核心温度在线估计方法，其特征在于，步骤S1具体包括：电池单体集总参数等效热模型为：S1具体包括：电池单体集总参数等效热模型为：其中，C
c
为电池单体内部的等效热容；为第i个电池单体核心的温度变化率；Q
i
是第i个电池单体的产热率；T
c，i
为第i个电池单体核心的温度；T
s，i
为第i个电池单体壳体的温度；R
cs，i
为第i个电池单体核心与其壳体之间的等效热阻；C
s
为电池单体壳体的等效热容；为第i个电池单体壳体的温度变化率；T
s，iadjacent
为与第i个电池单体相邻的电池单体壳体的温度；n
s，i
为与第i个电池单体相邻的电池单体的个数；R
ss，i
为第i个电池单体壳体与其相邻电池单体壳体之间的等效热阻；T
a
为电池单体周围空气环境温度；n
a，i
为第i个电池单体壳体与其周围空气环境的接触面数；R
sa，i
为第i个电池单体壳体与其周围空气环境之间的等效热阻；T
p，i
为上冷板中与第i个电池单体对应位置冷却液的温度；T
b，i
为下冷板中与第i个电池单体对应位置冷却液的温度；R
sp，i
为第i个电池单体壳体与其上下冷板之间的等效热阻。3.根据权利要求2所述的一种液冷电池模组核心温度在线估计方法，其特征在于，步骤S2具体包括：基于步骤S1中的电池单体集总参数等效热模型，选取T
c，i
和T
s，i
作为状态变量x，第i个电池单体的产热率Q
i
、与第i个电池单体相邻的电池单体壳体的温度T
s，iadjacent
、第i个电池单体周围空气环境温度T
a
和上下冷板中与第i个电池单体对应位置冷却液的温度T
p，i
、T
b，i
作为输入；y为T
s，i
的观测量，将公式(1)、(2)转变为状态空间方程：
其中：u＝[Q
i T
s，iadjacent T
a T
p，i
T
b，i
]
T
；
ꢀꢀꢀꢀ
(4)(4)C＝[01]；
ꢀꢀꢀ
(7)D＝0。
ꢀꢀꢀꢀ
(8)4.根据权利要求3所述的一种液冷电池模组核心温度在线估计方法，其特征在于，步骤S3具体包括：步骤S31、对步骤S1的电池单体集总参数等效热模型中公式(1)和(2)进行显示欧拉法离散：散：其中，T
c，i
(k+1)为k+1时刻第i个电池单体核心的温度，T
c，i
(k)为k时刻第i个电池单体核心的温度，T
s，i
(k+1)为k+1时刻第i个电池单体壳体的温度，T
s，i
(k)为k时刻第i个电池单体壳体的温度；
△
t为相邻时刻的采样时间间隔；T
s，iadjacent
(k)为k时刻与第i个电池单体相邻的电池单体壳体的温度，T
a
(k)为k时刻电池单体周围空气环境温度，T
p，i
(k)为k时刻上冷板中与第i个电池单体对应位置冷却液的温度，T
b，i
(k)为k时刻下冷板中与第i个电池单体对应位置冷却液的温度；R
cs，i
(k)为k时刻第i个电池单体核心与其壳体之间的等效热阻；R
ss，i
(k)为k时刻第i个电池单体壳体与其相邻电池单体壳体之间的等效热阻；R
sa，i
(k)为k时刻第i个电池单体壳体与其周围空气环境之间的等效热阻；R
sp，i
(k)为k时刻第i个电池单体壳体与其上下冷板之间的等效热阻；步骤S32、生成参数估计器和状态估计器：生成参数估计器的具体步骤为：对公式(10)进行差分：T
s，i
(k+1)＝K(k)1T
s，i
(k)+K(k)2T
c，i
(k)+K(k)3T
s，iadjacent
(k)+K(k)4T
a
(k)+K(k)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世春，舒唯，程晗超，张正杰，林家源，周新岸，闫啸宇，曹耀光，陈飞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：