[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

摘要

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。

主权项

1.一种锂离子电池系统对流换热过程的温度控制策略，其特征在于，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Tt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，Tt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：步骤2.1：锂离子电池单体二阶等效电路模型有如下方程：t时刻锂离子电池单体总内阻方程为：式中，和为锂离子电池单体极化电压，R₀为锂离子电池单体欧姆内阻，R₁和R₂为锂离子电池单体极化内阻，C₁和C₂为锂离子电池单体极化电容，I为锂离子电池单体工作电流，V_ocv为锂离子电池单体的开路电压，U为锂离子电池单体端电压；步骤2.2：采样周期为τ，τ为t‑1时刻与t时刻的时间间隔，对公式(5)进行离散化处理，可得状态空间方程，如下：式中，状态向量u_t‑₁为t‑1时刻的输入向量，u_t‑1＝I_t‑1，y_t‑1为t‑1时刻的输出向量，y_t‑1＝u_t‑1，t和t‑1分别表示t时刻和t‑1时刻，w_t‑1和v_t‑1分别代表过程t‑1时刻的噪声和测量噪声，w_t‑1和v_t‑1的协方差分别为Q_w和Q_v，Q_w＝E(w×w^T)，Q_v＝E(v×v^T)，步骤2.3：设参数向量θ＝[R₀ C₁ R₁ C₂ R₂ V_ocv]^T，描述该参数的动态特性的方程如下：式中，采用一个随机的微小向量r_t‑1来描述参数θ的时变特性，e_t‑1为估计误差，r_t‑1和e_t‑1的协方差分别为Q_r和Q_e，Q_r＝E(r×r^T)Q_e＝E(e×e^T)，t和t‑1分别表示t时刻和t‑1时刻；步骤3：在状态空间方程的基础上，运用DEKF算法分别估计若干锂离子电池单体在t‑1时刻的总内阻R_t‑1；步骤4：将步骤3中得到的若干锂离子电池单体总内阻R_t‑1分别带入递推公式(4)中，得到t时刻若干锂离子电池单体的温度T_t，与所给定的预设值比较并根据不同比较结果来调整电池冷却系统的冷却强度。