[发明专利]基于卡尔曼滤波的锂离子电池组的核心温度估计方法

说明书

一种基于卡尔曼滤波的锂离子电池的核心温度估计方法，属于控制技术领域。本发明的目的是首先将电池核心、表面、空气分别看作一个质点建立估计电池核心温度的电池组热模型，然后对未知的热阻、热容等参数进行辨识，最后基于卡尔曼滤波对电动汽车动力电池核心温度进行实时准确估计来提高电池的性能，并防止锂离子电池热失控现象的基于卡尔曼滤波的锂离子电池的核心温度估计方法。本发明可以辨识四个未知的参数来提高参数的准确性，最后来用于估计。通过将流体动力学和热传递的许多细节问题集中到热阻、热容等参数中，基本上将原始问题简化为传热问题，这样可以实时观察电池核心温度和表面温度的变化趋势。

技术领域

本发明属于控制技术领域。

背景技术

面对当前日益严峻的能源危机，电动汽车作为一种高效、清洁的新能源汽车得到了不断的发展。动力电池是电动汽车的核心部件，在充放电过程中会产生大量的热，当电池核心温度高于动力电池最佳的工作范围时会对电池容量产生影响，过高的温度在电池内部堆积容易发生热失控引起爆炸。由于在实车上无法实时监测电池核心温度，所以需要对动力电池核心温度进行实时估计，将有利于提高电池的性能并可以预防热失控以及对动力电池安全问题的研究都具有重要的意义。

对于锂离子电池生热问题的研究，首先需要建立电池热模型。目前电池热模型按照维度可分为集中质量热模型、一维热模型、二维热模型和三维热模型等。

集中质量热模型是将电池视为一个质点，适用于对锂离子电池性能的研究，模型计算简单，但是通过集中质量热模型的仿真只能得到电池平均温度情况而无法体现电池整体的温度分布情况。由于没有考虑到电池核心温度和表面温度的不一致性，无法全面体现电池的生热行为。

一维模型是将电池向径向或垂向进行投影，研究锂离子电池在径向或轴向投影上的温度分布情况。

二维和三维热模型研究电池的温度场分布，模型是高阶的偏微分方程组，求解的时候比较复杂，需要通过有限元软件来求解，所以不适用于控制器的设计。

集中质量热模型获得的是电池的平均温度，一维、二维、三维模型主要研究电池的温度场的分布，都没有对电池核心温度进行实时估计。所以为了对电池核心温度实时估计，需要将电池核心、表面、空气分别看作一个质点，然后建立用于估计核心温度的单体电池热模型。

现有技术中研究的锂离子电池热问题建立的是单体电池模型，由于实车中电池包中动力电池都是以成组的形式存在的，所以建立锂离子电池组热模型对电池的核心温度进行实时估计来提高电池的性能，并预防热失控。

发明内容

本发明的目的是首先将电池核心、表面、空气分别看作一个质点建立估计电池核心温度的电池组热模型，然后对未知的热阻、热容等参数进行辨识，最后基于卡尔曼滤波对电动汽车动力电池核心温度进行实时准确估计来提高电池的性能，并防止锂离子电池热失控现象的基于卡尔曼滤波的锂离子电池的核心温度估计方法。

本发明的步骤是：

一、估计核心温度的电池组热模型的建立：

(1)建立电池组热模型之前，需要作出以下假设：

a、假设模块中的所有单体电池具有相同的参数(C_c，C_s，C_f，R_c，R_u和R_e)；

b、假设一行电池组的热行为可以代表模块中的其他行；

c、忽略电池之间通过接头和导线传导的热量；

d、忽略焦耳热和可逆熵热的损失，只考虑电流负载产生的焦耳热；

(2)根据能量守恒定律，针对电池核心、表面、空气建立电池组热模型如下：