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原文传递一种动力电池温度预测系统及方法

专利名称：	一种动力电池温度预测系统及方法
摘要：	本发明属于动力电池领域，具体涉及一种动力电池温度预测系统及方法。本发明的动力电池温度预测系统，包括采集模块和温度预测模块，通过充放电过程中锂离子嵌脱反应的通量、电池容量衰减量以及低温加热充电的时间等多目标函数确定关键温度参数进行温度预测。本发明的方法提高了电池温度预测精度，降低温度对电池性能的不利影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	中国第一汽车股份有限公司
发明人：	荣常如;任毅;窦智;孙焕丽;王书洋;王雯婷;许立超;刘轶鑫;赵子亮;姜涛;孟祥宇
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910123752.X
公开号：	CN109987000A
代理机构：	长春吉大专利代理有限责任公司
代理人：	崔斌
分类号：	B60L58/24(2019.01);B;B60;B60L;B60L58
申请人地址：	130011 吉林省长春市长春汽车经济技术开发区东风大街8899号
主权项：	1.一种动力电池温度预测系统，其特征在于，该系统包括采集模块以及与其通讯连接的温度预测模块；所述的采集模块中的采样芯片将电压检测电路、电流传感器和温度传感器采集的电池最高温度Tmax、电池最低温度Tmin和电流值I，输入至温度预测模块；所述的温度预测模块的运算芯片根据实时温度和SOC计算内阻R及反应热系数k，作为温度预测方程的输入量预测k时刻电池温度Tk，并将得到的温度预测值Tk输入至电池热管理系统，整车控制器根据电池热管理系统输入的温度预测值Tk对电池进行加热和散热管理。 2.根据权利要求1所述的一种动力电池温度预测系统的预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、温度传感器分别布置在温度分布云图对应的电池模组最高温度点和最低温度点位置，传感器将采集到的最高温度Tmax和最低温度Tmin传输给电池管理系统BMS；电池管理系统BMS将所有传感器采集到的电池最高温度Tmax和最低温度Tmin传输给温度输入模块，温度输入模块将最低温度Tmin中的最小值，与温度输入设定值Tm比较，当Tmin＜Tm时，温度输入模块将传感器采集的最低温度Tmin中的最小值或预测的最低温度Tk，min输入至温度预测模块、电流输入模块、内阻输入模块和反应热系数模块；当Tmin≥Tm，温度输入模块将最高温度Tmax中的最大值或预测的最高温度Tk，max输入至至温度预测模块、电流输入模块、内阻输入模块和反应热系数模块；其中，温度输入设定值Tm为温度控制目标，通过目标函数计算得到Tm值；电池充放电过程中锂离子嵌脱反应产生通量J、电池容量衰减量Qde以及低温加热充电的时间t为温度相关函数，以增加锂离子嵌脱反应产生通量J，降低电池充放电过程中容量衰减量Qde，以及低温加热充电的时间t建立目标函数，约束条件T≤Thde，Thde为电池边加热边充电时加热退出的临界温度；所述的电池充放电过程中锂离子嵌脱反应产生通量J＝f(i0,αn,αp,η,T)，αp与αn为正负极传递系数，η为过电势，i0为交换电流密度，i0＝f(κn,κp,αn,αp,cs,max,cs,surf,cl)，κn，κp是正负极电化学反应速率常数，cs,max为固相锂离子最大浓度，cs,surf固相表面锂离子浓度，cl液相锂离子浓度；所述的电池充放电过程中容量衰减量Qde＝f(T,t,I,Ahthr,Ea)；所述的低温加热充电的时间t＝f(T,I)；目标函数(1)、(2)和(3)归一化，附加不同的权重系数ω1，ω2，ω3得到总目标函数取极小值时对应的温度，此时温度即为温度设定值Tm；其中，权重ω1+ω2+ω3＝1；步骤二、当温度输入模块输入至电流输入模块的电池最低温度值Tmin＜Tm时，根据车辆运行状态，判断电池的充放电状态；具体方法如下： 21)充电时，根据通过充电装置与电池管理系统BMS的通讯交互，判定充电模式，当处于直流充电模式时，温度输入模块输入至电流输入模块的电池最低温度值Tmin与电池加热临界温度Thd0比较，当Tmin＜Thd0，加热开启，充电不开启，输入至温度预测模块的电流值为0；温度输入模块输入至电流输入模块的电池最低温度值Tmin与电池加热临界温度Thd0及电池加热退出的临界温度Thde比较，当Thd0≤Tmin＜Thde，加热开启，充电开启，Tmin＝Thde时，加热关闭，根据充电策略估算输入至温度预测模块k时刻的电流Ik；温度输入模块输入至电流输入模块的电池最低温度值Tmin与电池不加热充电临界温度Thdm及电池边加热边充电时加热退出的临界温度Thde比较，当Thdm≤Tmin≤Thde，加热不开启，充电开启，根据充电策略估算输入至温度预测模块k时刻的电流Ik； 22)当处于交流充电模式时，温度输入模块输入至电流输入模块的电池最低温度值Tmin与电池加热临界温度Tha0比较，当Tmin＜Tha0，加热开启，充电不开启，输入至温度预测模块的电流值为0；当Tmin≥Tha0，加热关闭，充电开启，根据充电策略估算输入至温度预测模块k时刻的电流Ik； 23)放电时，温度输入模块输入至电流输入模块的电池最低温度值Tmin与电池放电加热临界温度Th0比较，当Tmin＜Th0，加热开启，基于运行工况预测输入至温度预测模块的k时刻的电流Ik，初始时刻传感器采集的电流值作为输入至温度预测模块的电流初始值I0；当Tmin≥Th0，加热退出，基于运行工况预测输入至温度预测模块的k时刻的电流Ik，初始时刻传感器采集的电流值作为输入至温度预测模块的电流初始值I0；当温度输入模块输入至电流输入模块的电池最小温度值Tmin≥Tm时，根据车辆运行状态，判断电池的充放电状态；具体如下： 24)充电时，温度输入模块输入至电流输入模块的最高温度值Tmax与电池充电散热临界温度Tcc0比较，当Tmax＜Tcc0，散热不开启，基于运行工况预测输入至温度预测模块k时刻的电流Ik，初始时刻传感器采集的电流值作为输入至温度预测模块的电流初始值I0；温度输入模块输入至电流输入模块的最高温度值Tmax与电池充电散热临界温度Tcc0比较，当Tmax≥Tcc0，散热开启，基于运行工况预测输入至温度预测模块k时刻的电流Ik，初始时刻传感器采集的电流值作为输入至温度预测模块的电流初始值I0；温度输入模块输入至电流输入模块的最高温度值Tmax与电池充电散热退出临界温度Tcce比较，当Tmax＜Tcce，散热关闭，基于运行工况预测输入至温度预测模块k时刻的电流Ik，初始时刻传感器采集的电流值作为输入至温度预测模块的电流初始值I0； 25)放电时，温度输入模块输入至电流输入模块的最高温度值Tmax与电池放电散热临界温度Tcd0比较，当Tmax＜Tcd0，散热不开启，基于运行工况预测输入至温度预测模块k时刻的电流Ik，初始时刻传感器采集的电流值作为输入至温度预测模块的电流初始值I0；当Tmax≥Tcd0，散热开启，基于运行工况预测输入至温度预测模块的k时刻的电流Ik，初始时刻传感器采集的电流值作为输入至温度预测模块的电流初始值I0；温度输入模块输入至电流输入模块的最高温度值Tmax与电池放电散热退出临界温度Tcde比较，当Tmax＜Tcde，散热关闭，基于运行工况预测输入至温度预测模块的k时刻的电流Ik，初始时刻传感器采集的电流值作为输入至温度预测模块的电流初始值I0；步骤三、根据温度输入模块的温度输入设定值Tm、电池加热临界温度Thd0、电池边加热边充电时加热退出的临界温度Thde、电池不加热充电临界温度Thdm、电池加热临界温度Tha0、电池放电加热临界温度Th0、电池充电散热临界温度Tcc0、电池充电散热退出临界温度Tcce、电池放电散热临界温度Tcd0、电池放电散热退出临界温度Tcde，确定内阻输入模块的内阻温度区间为-20～45℃，计算不同SOC时的内阻值R，根据温度输入模块的温度输入值和电池管理系统的SOC输入值，将内阻值R输入至温度预测模块；步骤四、根据温度输入模块的温度输入设定值Tm、电池加热临界温度Thd0、电池边加热边充电时加热退出的临界温度Thde、电池不加热充电临界温度Thdm、电池加热临界温度Tha0、电池放电加热临界温度Th0、电池充电散热临界温度Tcc0、电池充电散热退出临界温度Tcce、电池放电散热临界温度Tcd0、电池放电散热退出临界温度Tcde，确定反应热系数输入模块的温度区间为-20～45℃，计算不同SOC时的反应热系数k，根据温度输入模块的温度输入值和电池管理系统的SOC输入值，将反应热系数k输入至温度预测模块；步骤五、温度输入模块输入至温度预测模块的温度Tmax或Tmin，电流输入模块输入至温度预测模块的k时刻的电流Ik，内阻输入模块输入至温度预测模块的内阻值R，反应热系数模块输入至温度预测模块的反应热系数k，以及电池管理系统BMS输入至温度预测模块的SOC值，作为温度预测模块的输入量，通过电池温度预测的状态方程和观测方程，预测k时刻的电池温度Tk；电池温度预测的状态方程，电池温度预测的观测方程， Tmk＝DTk71+vk-1 其中， D＝[0 0 1] 式中，ω6-1为状态噪声，vk-1为观测噪声，h为对流换热系数，A为热交换面积，m为电池质量，Tk-1为k-1时刻的电池预测温度，q为单位时间内电池产热量，Tc为冷却介质温度，Cp为电池比热容。步骤六、温度预测模块将预测温度Tk输入至热管理模块进行温度控制，以及以温度为输入变量的控制器调用。 3.根据权利要求2所述的一种动力电池温度预测系统的预测方法，其特征在于，步骤二中所述的基于运行工况预测输入至温度预测模块的k时刻的电流Ik包括基于历史运行工况预测k时刻的电流Ik，和基于未来运行工况预测k时刻的电流Ik，基于运行工况临近时刻预测k时刻的电流Ik。 4.根据权利要求2所述的一种动力电池温度预测系统的预测方法，其特征在于，步骤二中所述的电池加热临界温度Thd0为-20～10℃；所述的电池边加热边充电时加热退出的临界温度Thde为10～30℃；所述的电池不加热充电临界温度所述的Thdm为-20～20℃；所述的电池加热临界温度Tha0为-20～10℃，所述的电池放电加热临界温度Th0为-10～20℃，所述的电池充电散热临界温度Tcc0为30～45℃，所述的电池充电散热退出临界温度Tcce为32～45℃，所述的电池放电散热临界温度Tcd0为20～45℃，所述的电池放电散热退出临界温度Tcde为15～45℃。
所属类别：	发明专利