一種電池在線溫度估計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電池在線溫度估計方法。屬于電池系統(tǒng)溫度實時監(jiān)控領域。
【背景技術】
[0002] 動力電池是電動汽車的關鍵部件，是電動汽車的動力來源，電池系統(tǒng)性能直接影 響電動汽車動力性能和續(xù)駛里程。而動力電池由于內部復雜的電化學反應容易受到外界環(huán) 境溫度的影響，在低溫環(huán)境下大電流充放電對電池會造成不可恢復的性能損失，在高溫環(huán) 境下電池老化加速，電池壽命縮短。為了保證電池系統(tǒng)使用安全，減少溫度帶來的電池性能 損失，需要對電池系統(tǒng)溫度進行實時預測。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明是為了解決現有的電池系統(tǒng)受溫度影響存在壽命低和安全性低的問題?，F 提供一種電池在線溫度估計方法。
[0004] 一種電池在線溫度估計方法，它包括以下步驟：
[0005] 步驟一：利用待估計的電池的一階等效電路模型在充放電使用過程中對電池狀態(tài) 參數進行在線估計，獲得電池在t-i時刻電池的開路電壓V t0it 1;
[0006] 步驟二：利用待估計的電池在使用過程中電池溫度變化與電池生熱和電池散熱條 件的關系，建立電池熱平衡模型：
[0008] 式中，m為電池質量，Cp為電池熱容量，T ,為t時刻電池平均溫度，P & t為t時刻電 池生熱功率，Pdit為t時刻電池散熱功率；
公式二，I# t時刻電池工作電流，V QCT,t為t 時刻電池的開路電壓，隊為t時刻電池工作電壓，I表示電池的溫度對開路電壓的影響 因子；
[0010] pd,t= hA(T t-Ta，t)公式三，h為熱傳導系數，A為電池表面積，Ta， t為t時刻環(huán)境溫 度；
[0011] 步驟三：根據公式一、公式二和公式三，用t-i時刻估計t時刻，獲得平衡方程：
公式四，
[0013] 式中，Ut i為t-i時刻電池工作電壓，I t t-i時刻電池工作電流，vQCT,t t-i 時刻電池的開路電壓，Tait t-i時刻環(huán)境溫度；
[0014] 步驟四：根據步驟一獲得的電池的開路電壓Vl^t i，結合公式四，確定電池在t時 刻在線溫度Tt，t = N，N為大于1的正整數。
[0015] 根據一種電池在線溫度估計方法，所述步驟一中，利用電池一階等效電路模型在 充放電使用過程中對電池狀態(tài)參數進行在線估計，獲得電池在t-Ι時刻的電池的開路電壓 Vocv, t i的過程包括：
[0016] 步驟一一、電池一階等效電路模型為：
[0018] 式中，為電池極化電壓；R。為電池歐姆內阻；Rp為電池極化內阻；I為電池工作 電流；Vi3ct為電池的開路電壓；U為電池端電壓，
[0019] 對電池一階等效電路模型進行離散化，得到的方程組為：
[0021] 式中，狀態(tài)向量Xtl= (VQCT,ti R。Rp τ IP)T，Ip為流過電池熱容量Cp的電流，τ =RpCP;u t i為t-1時刻的輸入向量，u t i= I t 1;下標t-1和t分別代表t-1時刻和t時 亥lj，wt i和V t i分別代表過程噪聲和測量噪聲，w t i和V t i的協(xié)方差分別為P JP Q w，At i和 Btl均為系數矩陣，Utl=CtXtl+Dtu tl+Vtl，Ct=(lItlIp+RpXERpXFRp)，D t=R0，
[0022] 步驟一二、依據卡爾曼濾波的算法對公式六進行迭代，獲得t-Ι時刻的狀態(tài)向量 XtI= (V OCTlt 1;R Jp; τ ;Ip)，從而獲得電池的開路電壓V〇CT,tl;
[0023] 步驟一二一：當t = 1時，設定狀態(tài)向量X的初始向量，確定過程噪聲的協(xié)方差Pv 和測量噪聲的協(xié)方差Qw的初始值；
[0024] 步驟一二二：根據狀態(tài)向量Xt i、過程噪聲的協(xié)方差Pv和測量噪聲的協(xié)方差Q w，獲 得狀態(tài)向量X在t時刻先驗估計C :
[0026] 式中，A為t-ι時刻X的后驗估計；
[0027] 步驟一二三：根據獲得的先驗估計<，確定過程噪聲的協(xié)方差^在t時刻f向量 的先驗誤差協(xié)方差Α,?為：
[0028] 步驟一二四：根據獲得的先驗誤差協(xié)方差G，獲得卡爾曼增益
[0029] 式中，式中，Cf為Ct的轉置矩陣，
[0030] 步驟一二五：根據先驗估計C和獲得的卡爾曼增益，確定狀態(tài)向量\在t時刻后 驗估計釔I
[0032] 式中，yt為測量值，y t等于U t，~為t時刻的輸入向量；
[0033] 步驟一二六：根據獲得的后驗估計聲更新過程噪聲的協(xié)方差^在1時刻$向量的 后驗誤差協(xié)方差嗅為：
[0035] 進而確定Pv的值；
[0036] 式中，下標# 「'代表狀態(tài)向量的實際值先驗估計值炎之差；
[0037] 步驟一二七：判斷t是否等于N時刻，若是，則獲得t-Ι時刻的狀態(tài)向量xt i，從而 獲得電池在t-i時刻的電池的開路電壓Vl^t 1;若否，t = t+Ι，轉入步驟一二二。
[0038] 本發(fā)明的有益效果為：建立電池一階RC模型，通過設置初始值結合卡爾曼濾波的 算法進行迭代，獲得電池在t-i時刻的工作電壓U t i，再結合電池溫度方程，實現實時在線 估計電池溫度，采用該方法實施估計電池溫度，提高了電池系統(tǒng)的壽命和安全性。
【附圖說明】
[0039] 圖1為電池的一階等效電路模型圖；
[0040] 圖2為電池的開路電壓V。《隨時間的變化的曲線圖；
[0041] 圖3為電池歐姆內阻R。隨時間的變化的曲線圖；
[0042] 圖4為電池極化內阻Rp隨時間的變化的曲線圖；
[0043] 圖5為RpCp隨時間的變化的曲線圖；
[0044] 圖6為流過電池熱容量Cp的電流I P隨時間的變化的曲線圖；
[0045] 圖7為電池在線溫度的實際值與估計值隨時間變化的的曲線比較圖，附圖標記1 為估計值曲線，附圖標記2為實際值曲線。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0046] 一：參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的一種電池在 線溫度估計方法，它包括以下步驟：
[0047] 步驟一：利用待估計的電池的一階等效電路模型在充放電使用過程中對電池狀態(tài) 參數進行在線估計，獲得電池在t-i時刻的電池的開路電壓V l3evit 1;
[0048] 步驟二：利用待估計的電池在使用過程中電池溫度變化與電池生熱和電池散熱條 件的關系，建立電池熱平衡模型：
[0050] 式中，m為電池質量，Cp為電池熱容量，T ,為t時刻電池平均溫度，P & t為t時刻電 池生熱功率，Pdit為t時刻電池散熱功率；
公式二，ΙΛ t時刻電池工作電流，V QCT,t為t 時刻電池的開路電壓，隊為t時刻電池工作電壓，
表示電池的溫度對開路電壓的影響 因子；
[0052] P4t= hA(T t_Ta，t)公式三，h為熱傳導系數，A為電池表面積，Ta， t為t時刻環(huán)境溫 度；
[0053] 步驟三：根據公式一、公式二和公式三，用t-Ι時刻估計t時刻，獲得平衡方程：
公式四，
[0055] 步驟四：根據步驟一獲得的電池的開路電壓Vl^t i，結合公式四，確定電池在t時 刻在線溫度Tt，t = N，N為大于1的正整數。
【具體實施方式】 [0056] 二：參照圖2至7具體說明本實施方式，本實施方式是對具體實施 方式一所述的一種電池在線溫度估計方法作進一步說明，本實施方式中，所述步驟一中，利 用電池一階等效電路模型在充放電使用過程中對電池狀態(tài)參數進行在線估計，獲得電池在 t_l時刻的電池的開路電壓Vl^t i的過程包括：
[0057] 步驟--、電池一階等效電路模型為：
[0059] 式中，f7S為電池極化電壓；R。為電池歐姆內阻；Rp為電池極化內阻；I為電池工作 電流；Vi3ct為電池的開路電壓；U為電池端電壓，
[0060] 對電池一階等效電路模型進行離散化，得到的方程組為：
[0062] 式中，狀態(tài)向量Xtl= (VQCT,ti R。Rp τ IP)T，Ip為流過電池熱容量Cp的電流，τ =RpCP;u t i為t-1時刻的輸入向量，u t i= I t 1;下標t-1和t分別代表t-1時刻和t時 亥lj，wt i和V t i分別代表過程噪聲和測量噪聲，w t i和V t i的協(xié)方差分別為P JP Q w，At i和 Btl均為系數矩陣，Utl=CtXtl+Dtu tl+Vtl，Ct=(lItlIp+RpXERpXFRp)，D t=R0，
[0063] 步驟一二、依據卡爾曼濾波的算法對公式六進行迭代，獲得t-Ι時刻的狀態(tài)向量 XtI= (V OCTlt 1;R Jp; τ ;Ip)，從而獲得電池的開路電