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原文传递方形锂离子电池内部热物性参数辨识方法

专利名称：	方形锂离子电池内部热物性参数辨识方法
摘要：	方形锂离子电池内部热物性参数辨识方法，涉及锂离子电池领域。本发明是为了解决现有的电池热物性参数辨识方法中直接获取传热模型方程解析解的方法都是对电池整体参数进行辨识，并不能对电池内部的热物性进行辨识的问题。根据电池外壳及内部质量、外壳定压比热容、加热功率和电池的温度随加热时间变化关系，获得电池内部的定压比热容；根据传热过程、比热容和边界条件，得到电池内部的纵向导热系数；利用每个电池外壳上的两个热电偶分别获取两个温度，并利用纵向导热系数和传热模型，获得锂离子电池外壳内侧同一厚度上两个温度点的温度；利用该两个温度点及边界条件，根据传热模型获得电池内部材料横向导热系数。用于辨识电池内部热物性参数。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	黑龙江;23
申请人：	哈尔滨工业大学
发明人：	吕超;夏博妍;绳亿;张爽
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-04T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910273102.3
公开号：	CN109900734A
代理机构：	哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：	高倩
分类号：	G01N25/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
主权项：	1.方形锂离子电池内部热物性参数辨识方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、将方形加热片(2)置于两块同种型号的方形锂离子电池中间，并在所述两块电池外壳的中心位置各放置一个热电偶来检测温度，将方形加热片(2)、两块方形锂离子电池和两个热电偶置于绝热环境下，从而将传热过程简化成沿电池厚度方向的一维导热过程；步骤二、根据两块方形锂离子电池外壳的质量、该电池外壳的定压比热容、电池的内部质量、电池的加热功率和电池的温度随加热时间变化关系，获得电池内部的定压比热容CP2；步骤三、根据锂离子电池内部及上下侧壳体的传热过程、所述的比热容CP2和锂离子电池上下侧壳体及内部的边界条件，得到锂离子电池内部的纵向导热系数kthr2；步骤四、用圆形加热片(6)替换步骤一中的方形加热片(2)，并在每块电池外壳上再放置一个热电偶来检测温度；步骤五、利用步骤四中每个电池外壳上的两个热电偶分别获取两个温度，并利用锂离子电池内部的纵向导热系数kthr2和传热模型，获得锂离子电池外壳内侧同一厚度上两个温度点的温度；步骤六、利用锂离子电池内侧同一厚度上两个温度点的温度及边界条件，根据传热模型获得电池内部材料横向导热系数kin。 2.根据权利要求1所述方形锂离子电池内部热物性参数辨识方法，其特征在于，步骤二中，获得电池内部的定压比热容CP2的具体过程为：在两块电池外壳的中心位置各放置一个热电偶来检测电池外壳的温度变化，根据一个锂离子电池两侧外壳和内部质量m和温度随加热时间变化关系：获得定压比热容CP，式中，Q为吸收或放出的热量，ΔT为温度的变化量；考虑电池外壳与内部的热参数不同，则有公式：式中，m1与m3分别是锂离子电池两侧外壳的质量，m2是锂离子电池内部的质量，CP1与CP3分别是锂离子电池两侧外壳的定压比热容，CP2为需要辨识的电池内部的定压比热容，将公式2等式右侧分子分母同时除以时间的变化量Δt，并考虑采用加热片给两块锂离子电池同时加热，则整理得到需要辨识的电池内部的定压比热容CP2为：式中，P为方形加热片(2)的加热功率。 3.根据权利要求1所述方形锂离子电池内部热物性参数辨识方法，其特征在于，步骤一中的方形加热片(2)的尺寸与锂离子电池接触面尺寸相同。 4.根据权利要求2或3所述方形锂离子电池内部热物性参数辨识方法，其特征在于，步骤三中，锂离子电池内部及上下侧壳体的传热过程为：锂离子电池整体传热模型为：式中，ρ为密度，kin为横向导热系数，即为沿x轴方向的导热系数，kthr为其纵向导热系数，即为沿y轴方向的导热系数，由于采用与电池侧面尺寸相一致的方形加热片(2)对电池进行加热，忽略边缘效应时将传热过程简化成沿电池厚度方向的一维导热过程，相当于屏蔽了横向的导热系数，所以，将公式4简化为：考虑近似为常数，等于dT/dt，则公式5化简为二阶常微分方程，为：式中，B和C为常数，kthr为电池整体的纵向导热系数，锂离子电池的内部与外壳根据公式6的传热方程，得到锂离子电池内部及上下侧壳体的传热过程为：式中，T1(y)为一个锂离子电池下侧壳体的传热过程，T2(y)为一个锂离子电池内部的传热过程，T3(y)为一个锂离子电池上侧壳体的传热过程，kthr1与kthr3分别是电池两侧外壳材料的纵向导热系数，kthr2为需要辨识的电池内部的纵向导热系数，h1为电池下侧外壳的厚度，h2为电池下侧外壳与内部的厚度，h3为电池内部与两侧外壳的总厚度，B1、C1、B2、C2、B3和C3均为常数。 5.根据权利要求4所述方形锂离子电池内部热物性参数辨识方法，其特征在于，根据锂离子电池内部及上下侧壳体的传热过程、所述的比热容CP2和锂离子电池上下侧壳体及内部的边界条件，得到锂离子电池内部的纵向导热系数kthr2具体为：从0到t时刻全部热量用于电池加热，得到方程：式中，T0为电池的初始平均温度，t为加热时间，锂离子电池上下侧壳体及内部的边界条件为：根据热流密度连续性条件，得到电池外壳上下表面与内部的边界条件为：根据电池外壳上下表面与内部的边界温度相同，得到边界条件为：在边界y＝h3处为绝热环境，得到边界条件为：边界温度已知，得到边界条件为：式中，Tsurf为电池表面的温度，将公式7中的T(y)带入公式8，对带入后的公式8从0到h3整个传热过程进行积分，然后将公式7中的T1(y)、T2(y)与T3(y)分别代入公式9至公式14中，然后联立公式8至公式14，得到在不同温度点辨识出来的锂离子电池内部的纵向导热系数kthr2，将不同温度点得出的纵向导热系数kthr2取平均值，得到锂离子电池内部的纵向导热系数kthr2。 6.根据权利要求4所述方形锂离子电池内部热物性参数辨识方法，其特征在于，步骤五中，获得锂离子电池外壳内侧同一厚度上两个温度点的温度的具体过程为：将外壳外侧的两个温度点带入到公式14中，再结合公式6和公式13，得到公式6中的未知系数B和C，进而得到锂离子电池外壳内侧同一厚度上两个温度点的温度。 7.根据权利要求6所述方形锂离子电池内部热物性参数辨识方法，其特征在于，步骤六中，利用锂离子电池内侧同一厚度上两个温度点的温度及边界条件，根据传热模型获得电池内部材料横向导热系数kin的具体过程为：将公式4中的锂离子电池整体传热模型化简成横向传热模型：将公式15进行积分整理，得到公式：式中，B4和C4为常数，由于电池外侧均为绝热环境，边界条件为：式中，l2为电池侧面宽度的一半长度，根据公式16、公式17和锂离子电池外壳内侧同一厚度上两个温度点的温度，得到在不同温度点辨识出来的横向导热系数，将不同点得出的横向导热系数取平均值，得到锂离子电池内部的横向导热系数kin。
所属类别：	发明专利