[发明专利]一种基于本征正交分解的动力锂电池热模型构建方法

权利要求书

1.一种基于本征正交分解的动力锂电池热模型构建方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤S1：基于锂离子电池的电化学、产热和传热特性，利用激励响应法辨识电化学的相关参数；

步骤S2：在COMSOL中建立液冷电池系统的有限元仿真模型，并在不同工况下进行仿真，提取温度场和流场的仿真结果构成样本的数据空间，在此样本空间中，利用本征正交分解分别提取温度场和流场的POD模态，并筛选特征占比大的相关模态；

步骤S3：结合伽辽金投影，分别对流场和温度场进行降阶，并通过换热系数将二者耦合，得到液冷电池系统的降阶热模型；

步骤S4：通过与有限元模型的仿真结果进行对比,表明降阶热模型具有较高的精度和计算效率,并根据所述热模型对电池温度进行调控。

2.根据权利要求1所述的基于本征正交分解的动力锂电池热模型构建建立方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

步骤S11：根据锂离子电池的电化学工作原理，建立改进的单粒子模型(SP+模型)，用来描述锂离子电池的电化学性能；

步骤S12：对于SP+模型中的参数以方形铝壳三元锂离子电池为研究对象，采用充放电测试仪，通过对电池施加辨识工况，可以得到相关参数；

步骤S13：通过锂离子电池的开路电势E_OCV减去端电压U后与电流相乘计算得到极化热和欧姆热。忽略副反应热。当电池放电时，反应热置为正，当电池充电时，反应热置为负。锂离子电池在充放电过程中单位体积的产热速率q_bat就可以由下式给出。对于本发明所研究的三元锂离子电池，取ε≈0.22mV/K；

步骤S14：锂离子电池向外界传递热量的方式主要有：热传导、热对流和热辐射。由傅里叶传热定律，得出热传导。根据牛顿冷却定律，得出热对流的传热速率与电池和流体之间的温差成正比。一般不考虑热辐射。

3.根据权利要求1所述的基于本征正交分解的动力锂电池热模型构建建立方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

步骤S21：在COMSOL中建立锂离子电池的有限元仿真模型；

步骤S22：对有限元模型进行大量仿真，得到场的相关数据，利用本征正交分解提取能够描述该液体冷电池系统主要场特征的相关模态。

4.根据权利要求3所述的基于电化学机理的动力锂电池热模型构建建立方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：

步骤S221：取M个时间点或M个工况下计算出的或试验测量得到的某物理场的离散点数值，依照m个离散点编号组装成列向量，记第j个样本为U_j＝[U_j(x₁)U_j(x₂)…U_j(x_m)]^T；

步骤S222：将这M个列向量按列组装成样本矩阵U，生成协方差矩阵R＝(U^TU)_M×M；

步骤S223：求矩阵R_M×M的特征值问题Ra＝λa；

步骤S224：将特征值λ按照从大到小进行排序，λ₁≥λ₂≥...≥λ_M，并根据对应的特征向量a求出各自的POD基；

步骤S225：按照精度要求选取L的取值(1≤L≤M)，选取前L个POD基即可符合精度要求；

步骤S226：将不同模态的特征值除以总的特征值后取对数，按照从大到小的顺序进行排列POD,按照模态应包含原物理场至少90％的特征，同时还要保证最后一个模态所占的特征不能超过原物理场总特征的1％的原则，分别选取流场和温度场的POD。

5.根据权利要求1所述的基于本征正交分解的动力锂电池热模型构建建立方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S31：将获取的POD模态视作Galerkin投影的权函数，分别代入到流场的N-S方程和电池的传热方程中去并通过换热系数将二者耦合；

步骤S32：组装成低自由度的线性方程组，通过在线求解这些方程组来快速地计算域内的温度的变化。

6.根据权利要求1所述的基于本征正交分解的动力锂电池热模型构建建立方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

步骤S41：在MATLAB中编写模型代码，分别对流场和电池组表面温度进行计算；

步骤S42：设置在某一动态入口流体流动条件下对比降阶模型和COMSOL中有限元模型的计算效果；

步骤S43：分别在恒定工况和动态工况下对降阶模型的温度场计算效果有效性进行验证；

步骤S44：根据建立的电池热模型，调节电池的工况，使得电池工作在安全温度范围内。