[发明专利]一种锂离子电池系统对流换热过程的温度控制策略

说明书

本发明公开了一种锂离子电池系统对流换热过程的温度控制策略，包括如下步骤：根据能量守恒及电池散热方程，推导出t时刻温度T_t的递推公式；根据锂离子电池单体二阶等效电路模型建立状态空间方程；在状态空间方程的基础上，运用DEKF算法估计若干锂离子电池单体在t‑1时刻的内阻；将得到的内阻带入递推公式，得到若干锂离子电池单体于t时刻温度T_t，并进行排序，与预设值比较，根据不同比较结果改变对锂离子电池系统的相应冷却强度，该策略能够改善温度控制迟滞性从而避免锂离子电池系统对流换热过程中工作温度超过正常范围及过度冷却。

技术领域

本发明涉及锂离子电池系统温度管理领域，涉及一种控制策略，特别适用于冷却方式为风冷或液冷的电动汽车的电池的温度控制，具体地讲，涉及一种锂离子电池系统对流换热过程的温度控制策略。

背景技术

近年来，各国对于节能环保越来越重视，电动汽车因其清洁高效的特点逐渐成为替代传统内燃机汽车的首选，作为电动汽车的动力来源，动力锂离子电池直接影响着电动汽车的性能和行驶里程。温度对动力电池的性能，安全性和寿命有重要影响。如果锂离子电池长时间在高温环境下工作，不仅电池的充放电效率会大大降低，而且电池寿命也会明显缩短，严重时可能会危及人身安全。与此同时锂离子电池运行需要适宜的温度，过度冷却不仅影响电池的正常运行，还会增加能耗。目前散热系统主要根据电池表面的温度传感器反馈，具有一定的迟滞性。

因此，如何提供一种能够改善温度控制迟滞性进而避免锂离子电池系统工作温度超过正常范围时可能影响性能与安全的锂离子电池系统对流换热过程的温度控制策略便成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

为了能够改善温度控制迟滞性进而避免锂离子电池系统工作温度超过正常范围时可能影响电池性能与安全，本发明提出了一种锂离子电池系统对流换热过程的温度控制策略。

包括如下步骤：

步骤1：根据能量守恒及电池散热方程，推导出t时刻锂离子电池系统中若干锂离子电池单体的温度T_t的递推公式，如下：

步骤1.1：锂离子电池单体的生热、散热过程是一个典型的有时变内热源的非稳态导热过程，其能量守恒方程为：

式中，m_P为锂离子电池单体的质量，c_p为锂离子电池单体的比热容，T_t为t时刻锂离子电池单体的温度，为t时刻锂离子电池单体生热功率，为t时刻锂离子电池单体散热功率；

步骤1.2：不考虑热辐射及相变产热，锂离子电池单体生热功率的方程为：

式中，I_t为t时刻锂离子电池单体工作电流，R_t为t时刻锂离子电池单体总内阻，为温度影响系数；

步骤1.3：锂离子电池单体散热方式为对流换热，锂离子电池单体散热功率的方程为：

式中，h为锂离子电池单体与流体换热系数，A为锂离子电池单体散热面积,T_a,t为t时刻的环境温度；

步骤1.4：联立公式(1)、公式(2)与公式(3)，用t-1时刻估计t时刻，得到t时刻温度T_t的递推公式，如下：

式中，I_t-1为t-1时刻锂离子电池单体工作电流，R_t-1为t-1时刻锂离子电池单体总内阻，T_a,t-1为t-1时刻环境温度；

步骤2：根据锂离子电池单体二阶等效电路模型建立状态空间方程，如下：