[发明专利]一种锂离子电池集总热学参数的辨识方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池集总热学参数的辨识方法，是一种基于集总热学等效电路和特殊信号激励的结合数学算法的电池集总热学参数辨识方法，该方法基于电池热学等效电路模拟电池的温升，通过温度变化实验得到该环境下的热学时间常数，根据不同温度下的阻抗建立阻抗与温度的函数关系，施加单一频率与幅值的正弦交流电流确保电池热学模型具有较高的精度。根据电池温升模型和阻抗与温度的函数关系计算电池在特殊激励下的温度变化，经过搜索迭代算法逼近实际测试的电池温度，从而辨识得到电池比热容和热阻。该方法不需要复杂的测试设备，如绝热量热仪、等温量热仪等昂贵的热学测试设备；并具有辨识锂离子电池热学参数简单可靠和工程易于实现等优点。

技术领域

本发明涉及电池热学参数测量技术领域，具体说是一种锂离子电池集总热学参数的辨识方法，尤指通过正弦电流加热和空气冷却相结合测量锂离子电池集总热学参数的方法。

背景技术

能源紧缺和环境污染的双重压力助推了电动汽车的快速发展，锂离子电池(锂电池)具有单体电压高、能量密度高、寿命长、无记忆效应和无污染等优点，成为电动汽车动力驱动的首选电池。

锂离子电池热学参数的准确辨识是电池热管理的关键，现有的热学参数辨识方法一般是依靠量热仪等热学测试设备，比如绝热量热仪，一般是保证在绝热环境中将电池加热，根据加热功率和电池的温升计算电池比热容，但测试设备非常昂贵，而且难以在工程上应用，因此在实际车辆上测试比热容较为困难。

此外电池与环境对流换热系数一般采用经验值，但对热管理带来很多不确定性，可能导致电池局部温度过高，因此准确估算电池与环境的热阻具有非常重要的意义。

因此，开发工程上能够可靠、准确辨识电池集总热学参数对电池热管理、电池热安全及提高电池的可靠性显得十分重要。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种锂离子电池集总热学参数的辨识方法，能够改善现有技术中比热容测试依赖昂贵设备、难以在线测试和导热电阻难以准确估计等问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种锂离子电池集总热学参数的辨识方法，包括如下步骤：

S1、在外部无电流激励的情况下，将电池在温箱内某温度下静置一段时间，然后调整温箱温度为另一温度，在温度变化过程中实时测试电池温度和环境温度；

S2、对测试得出的电池温度和环境温度作差得到电池温差，将电池温差对时间进行微分，得到电池的热学时间常数，计算公式为

其中，τ_T为热学时间常数，T_b为电池温度，T_a为环境温度；

S3、选取某些温度点，测试这些温度点的EIS(电化学阻抗谱)；根据测试得到的EIS，构建电池阻抗与温度的函数关系，关系式为

其中，R_x(T)为温度T时的阻抗，E_arx为活化能，单位为kJ/mol，R为摩尔气体常数，b_rx为比例系数；

S4、对电池施加某频率某幅值的恒频恒幅的正弦交流电流激励，升高电池的温度，记录在温升过程中的电池温度和环境温度；

S5、根据阻抗与温度的函数关系计算电池在温升过程中各温度下的实部阻抗，并计算电池在各温度下的产热率，计算公式为

其中，为电池在各温度下的产热率，I为正弦交流电流峰值，R_e(T)为电池在温升过程中各温度下的实部阻抗值；