CN109921111A - 一种锂离子电池内部温度估测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锂离子电池内部温度估测方法及系统。方法包括：获取锂离子电池的表面温度值；获取当前工作状态下所述锂离子电池的表面温升斜率；所述表面温升斜率为表面温度变化速率；获取所述锂离子电池所处的环境温度值；根据所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值，通过函数估测所述锂离子电池的内部温度。本发明可以降低对电池性能的影响，且降低生产成本。

Description

一种锂离子电池内部温度估测方法及系统

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池内部温度估测方法及系统。

背景技术

现有设备、仪器，甚至汽车都在大量使用锂离子电池供电，随着锂离子电池越来越多的应用，电池包的保护管理和容量管理也变得越来越迫切，对电池包管理过程中温度是一项重要的考量参数，且电池的内部温度才是重点关注的直接参数。然而电池内部温度无法直接测量，很多厂商直接使用电池表面温度作为管理和判断依据，而电池表面温度受外界环境等因素影响较大，不能真实反映电池的真实热状况。若对电池的热管理和热控制不佳，轻者导致电池容量估计不准确，电池使用寿命下降，重者导致严重热逃逸事故甚至火灾、爆炸，而通过直接预测和判断管理电池的内部温度可以使这些管理缺陷得到较好弥补。

电池内部温度的估测，一方面用于温度保护，一方面用于容量计量。温度保护方面，可以根据电池表面温度设定不同于内部温度的阈值，留有足够的余量来保证保护功能的有效性，属于定性应用。而容量计量方面，对于电池内部温度的使用属于定量应用，温度误差会直接反映到容量计量的计算结果上。因此从容量计量角度考虑内部温度的准确预测时十分必要的。

目前传统的监测锂离子电池内部温度的方法一般通过内置传感器，包括内置热电偶，内置热敏荧光粉等。这些方法都需要结合考虑电池结构，在电池制备过程中就内置到电池内部，不仅影响电池的性能，而且给制备造成了一定的麻烦，增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池内部温度估测方法及系统，以降低对电池性能的影响，且降低生产成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种锂离子电池内部温度估测方法，包括：

获取锂离子电池的表面温度值；

获取当前工作状态下所述锂离子电池的表面温升斜率；所述表面温升斜率为表面温度变化速率；

获取所述锂离子电池所处的环境温度值；

根据所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值，通过函数估测所述锂离子电池的内部温度；其中，T_internal为锂离子电池内部温度的估测值，T_surface为锂离子电池的表面温度值，k为表面温升斜率，T_air为环境温度值，α和β为与当前工作状态相关的系数。

可选的，所述根据所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值，通过函数估测所述锂离子电池的内部温度，之前还包括：

通过对所述锂离子电池在常温下进行充放电测试，获得不同放电深度对应的开路电压数据；

获取所述锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系；

通过对所述锂离子电池进行不同环境温度、不同放电倍率的放电测试，获取不同放电深度时所述锂离子电池表面温度和表面温升斜率；

通过满充满放测试获得放电深度对应的实际内阻值；

根据所述实际内阻值、外等效内阻与放电深度和温度的函数关系，估算当前锂离子电池的内部温度值；

根据多组测试数据，确定所述锂离子电池的内部温度值与所述表面温度值、所述环境温度值和所述表面升温斜率之间的近似函数关系为

重复多种环境温度和多种电流放电过程，确定所述近似函数关系中的系数，得到所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值的关系函数

可选的，所述获取所述锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系，具体包括：

对放电途中在不同放电深度位置停止放电，获取去除放电电流瞬间前后的锂离子电池的电压；

根据所述去除放电电流瞬间前后的锂离子电池的电压和放电电流，根据公式R＝(V_later-V_former)/I计算当前放电深度下的对外等效内阻；其中，V_later为去除放电电流瞬间前的锂离子电池的电压，V_former为去除放电电流瞬间后的锂离子电池的电压，I为放电电流；

在不同环境温度下进行多次实验，获得锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系。

可选的，所述重复多种环境温度和多种电流放电过程，确定所述近似函数关系中的系数，具体包括：

在不同环境温度下对所述的锂离子电池相同倍率放电，或在相同环境温度下以不同倍率放电；

获得不同放电深度处的测试数据，所述测试数据包括所述锂离子电池的表面温升斜率、表面温度和环境温度；

根据所述测试数据和所述近似函数关系，求解得到所述近似函数关系中系数的最优解。

一种锂离子电池内部温度估测系统，包括：

表面温度值获取模块，用于获取锂离子电池的表面温度值；

表面温升斜率获取模块，用于获取当前工作状态下所述锂离子电池的表面温升斜率；所述表面温升斜率为表面温度变化速率；

环境温度值获取模块，用于获取所述锂离子电池所处的环境温度值；

内部温度估测模块，用于根据所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值，通过函数估测所述锂离子电池的内部温度；其中，T_internal为锂离子电池内部温度的估测值，T_surface为锂离子电池的表面温度值，k为表面温升斜率，T_air为环境温度值，α和β为与当前工作状态相关的系数。

可选的，所述系统还包括：

开路电压数据获取模块，用于通过对所述锂离子电池在常温下进行充放电测试，获得不同放电深度对应的开路电压数据；

对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系获取模块，用于获取所述锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系；

温度测量模块，用于通过对所述锂离子电池进行不同环境温度、不同放电倍率的放电测试，获取不同放电深度时所述锂离子电池表面温度和表面温升斜率；

实际内阻值获取模块，用于通过满充满放测试获得放电深度对应的实际内阻值；

内部温度值估算模块，用于根据所述实际内阻值、外等效内阻与放电深度和温度的函数关系，估算当前锂离子电池的内部温度值；

近似函数关系确定模块，用于根据多组测试数据，确定所述锂离子电池的内部温度值与所述表面温度值、所述环境温度值和所述表面升温斜率之间的近似函数关系为

系数确定模块，用于重复多种环境温度和多种电流放电过程，确定所述近似函数关系中的系数，得到所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值的关系函数

可选的，所述对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系获取模块具体包括：

电压获取单元，用于对放电途中在不同放电深度位置停止放电，获取去除放电电流瞬间前后的锂离子电池的电压；

对外等效电阻计算单元，用于根据所述去除放电电流瞬间前后的锂离子电池的电压和放电电流，根据公式R＝(V_later-V_former)/I计算当前放电深度下的对外等效内阻R；其中，V_later为去除放电电流瞬间前的锂离子电池的电压，V_former为去除放电电流瞬间后的锂离子电池的电压，I为放电电流；

函数关系获取单元，用于在不同环境温度下进行多次实验，获得锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系。

可选的，所述系数确定模块具体包括：

放电控制单元，用于在不同环境温度下对所述的锂离子电池相同倍率放电，或在相同环境温度下以不同倍率放电；

测试数据获取单元，用于获得不同放电深度处的测试数据，所述测试数据包括所述锂离子电池的表面温升斜率、表面温度和环境温度；

最优解求解单元，用于根据所述测试数据和所述近似函数关系，求解得到所述近似函数关系中系数的最优解。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明采用外部温度测量方式对锂离子电池内部的温度进行估测，可以降低对电池性能的影响，且降低生产成本。相较于使用其他方式得到的温度，本发明所得到的锂离子电池内部温度可以很好适应锂离子电池的容量计算，而且获取锂离子电池荷电状态或剩余放电电量的精度大大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明锂离子电池内部温度估测方法的流程示意图；

图2为本发明锂离子电池内部温度估测系统的结构示意图；

图3为本发明具体实施案例中电池的OCV和DOD关系图；

图4为本发明具体实施案例中电池的内阻与DOD的关系图；

图5为本发明具体实施案例中电池的内阻的温度系数与DOD的关系图；

图6为本发明具体实施案例中在放电过程中应用本发明方法得到的温度的对容量计算的结果对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明锂离子电池内部温度估测方法的流程示意图。如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤100：获取锂离子电池的表面温度值。

步骤200：获取当前工作状态下所述锂离子电池的表面温升斜率；所述表面温升斜率为表面温度变化速率。

步骤300：获取所述锂离子电池所处的环境温度值；温度值通过常规的温度测量装置即可获得。

步骤400：根据所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值，通过函数估测所述锂离子电池的内部温度；其中，T_internal为锂离子电池内部温度的估测值，T_surface为锂离子电池的表面温度值，k为表面温升斜率，T_air为环境温度值，α和β为与当前工作状态相关的系数。

对确定锂离子电池的表面温度值、表面温升斜率和环境温度值的函数的过程进行具体说明：

步骤1：常温下，对锂离子电池进行充放电测试，获取不同放电深度(DOD)对应的开路电压(OCV)数据。OCV对不同温度的变化做忽略处理。

步骤2：测量获取该类型电池放电过程的对外等效电阻R和DOD的关系，以及R和温度之间的关系即温度系数。

步骤3：对锂离子电池进行不同环境温度、不同放电倍率的放电测试，获取不同DOD时电池表面温度和表面温升斜率的值。

步骤4：通过满充满放实验，精确获取放电深度对应的实际内阻值，并由此内阻值和事先测试的内阻温度系数推算电池内部温度大小。

步骤5：根据多组实验数据中的电池内部温度、电池表面温度、电池表面温升斜率，利用软件寻找近似函数关系。

步骤6：重复多种环境温度和多种电流放电，拟合优化上述函数关系中的待定系数。

步骤7：得到锂离子电池的表面温度值、表面温升斜率和环境温度值的关系函数

步骤1中的一个优选方案为，选择2组相同电池在常温下同时进行以下充放电实验：

实验一：1)0.05C满充至电池达到充电电压，充电电流小于5mA，静置1小时后以0.05C放电至电池说明书中放电截止电压(cut offVoltage)，达到此电压后静置1小时后，继续以0.02C放电再次达到此电压后，记录整个放电过程放出的总电量记为Q_max。

实验二：1)0.5C满充后静置5小时，2)0.05C放电半小时静置5小时，3)重复步骤2)直到放空。记录每个步骤的电池端电压、电流、温度数据。可选地，测试电池放电后静置24小时甚至更长时间与静置5小时后端电压的关系。以上测试全部完成后计算每个步骤的DOD＝Passedcharge/Q_max，并记录每个DOD对应的电压(静置5小时后的电压+静置5小时与静置24小时的电压差)作为当前电池的开路电压。由此得到DOD与OCV的对应关系。

步骤2的优选方案为，在散热较好的环境中，对放电途中在不同DOD位置停止放电，记录去除放电电流瞬间前后的电池端电压和放电电流，并公式R＝(V_later-V_former)/I计算当前放电深度下的对外等效内阻，其中，V_later为去除放电电流瞬间前的锂离子电池的电压，V_former为去除放电电流瞬间后的锂离子电池的电压，I为放电电流。将R与DOD建立对应表格。同时在不同环境温度下重复试验，获取R的温度系数。

步骤3优选方案为，选择不同电流的放电截止点作为计算位置，因为在容量统计中放电截止点是考量的主要位置。试验可优选地以0℃、10℃、20℃、40℃四种环境温度做满充满放实验，放电时可优选地以脉冲电流进行，电流间隔(无电流时间)足够长以保证电池散热充分至接近环境温度，在放电至电池截止电压时根据方程(1)计算此时电池的内阻。

V＝OCV(DOD)+I·R(DOD,T_{int ernal}) (1)

式(1)中V为电池的端电压，此时为放电截止电压，OCV为此时电池开路电压，由放电停止后静置5小时后的端电压得到，I为放电电流。因此可以计算得到此时内阻R，

式(2)中参数含义同式(1)，而内阻R和DOD以及温度有关，此时可根据步骤1、2测试得到的数据，计算此时DOD对应下的内阻R’，

R'＝F(DOD,T) (3)

式(3)中，F表示步骤1、2测试得到的内阻与DOD和温度T的关系，这种关系我们之前以表格形式建立。

两种方式计算得到的内阻R应该相等，所以联立式(2)(3)，R＝R’，即可计算得到该内阻对应的内部温度T_internal。

同时，在放电过程中可以实时记录电池所处的环境温度T_air，电池的表面温度T_surface和表面温度温升斜率k＝dT_surface/dt等相关参数。

为了验证计算的准确性，在不同环境温度下，不同放电倍率时，分别重复上述实验和计算，获取一系列相对应的T_air，T_internal，T_surface和k。

根据多组实验时间，进行数据拟合寻找近似规律，总结出式(4)的经验公式：

式(4)中，T_internal表示当前电池内部温度；T_surface表示当前电池表面温度；k表示表面温升斜率即表面温度变化率，单位为℃/s，由该位置附近0.5摄氏度范围内的数据计算得到。α,β为待定系数，可根据不同类型电池进行调整，取值由更多测试数据拟合确定；

通过多组测试数据对α,β优化的目的是权衡不同测试环境的计算误差，获取一组使之最大限度适应不同测试环境的最优解α₀,β₀作为最终确定(4)式的系数。(4)式将是电池内部温度估算的主要途径。

在联立方程(2)(3)，R＝R’求解过程中，电池内部温度暂时未知，以环境温度替代，可以尽量以减小放电持续时间或优化通风散热环境来减小环境温度和电池内部温度的差异。即使有差异，在式(4)表达形式确定之后，重新估算电池内部温度，然后将参数进一步迭代修正，确定式(4)的最终系数α₀,β₀。

式(4)确定之后，所有该电池放电过程均可通过电池的表面温度、表面温升斜率以及环境温度确定电池的内部温度。本发明方法所得到的电池内部温度和实际电池内部温度误差无需直接评估，可直接评估本发明方法得到的内部温度应用于电池容量计算所得到的容量结果，经评估，相较于使用其他方式得到的温度，本发明方法所得到的电池内部温度可以很好适应电池的容量计算使获取电池荷电状态或剩余放电电量的精度大大提高。

本发明不仅提供了一种温度预测的方法，而且在于说明这种方法的应用途径。市场多见的电池容量计算的方法中所使用的温度均为电池表面温度甚至直接使用环境温度。本发明旨在说明提供另一种温度用于电池容量计算，这种温度我们定义为电池内部温度，由前文所述的方法得到，但实际上，如果有仪器设备可以真的得到电池内部温度的话，本发明给出的温度值并不一定是电池真内部温度值。但这不妨碍我们把这里公式计算出的结果称为电池内部温度值，因为使用该值去做电池的容量计算会得到更加准确的电池容量估计结果。

也就是说，使用本发明方法得到的温度值，用于电池容量计算，会得到较好的容量估计结果，可达3％以内误差。否则使用其他方式给出的值，并不能得到较好的容量计算结果，例如市场常用的电池表面温度值，这种直接使用电池表面温度去计算电池容量的结果误差一般只能控制在8％之内。

图2为本发明锂离子电池内部温度估测系统的结构示意图。如图2所示，所述系统包括：

表面温度值获取模块201，用于获取锂离子电池的表面温度值；

表面温升斜率获取模块202，用于获取当前工作状态下所述锂离子电池的表面温升斜率；所述表面温升斜率为表面温度变化速率；

环境温度值获取模块203，用于获取所述锂离子电池所处的环境温度值；

内部温度估测模块204，用于根据所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值，通过函数估测所述锂离子电池的内部温度；其中，T_internal为锂离子电池内部温度的估测值，T_surface为锂离子电池的表面温度值，k为表面温升斜率，T_air为环境温度值，α和β为与当前工作状态相关的系数。

所述系统还包括：

开路电压数据获取模块，用于通过对所述锂离子电池在常温下进行充放电测试，获得不同放电深度对应的开路电压数据；

对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系获取模块，用于获取所述锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系；

温度测量模块，用于通过对所述锂离子电池进行不同环境温度、不同放电倍率的放电测试，获取不同放电深度时所述锂离子电池表面温度和表面温升斜率；

实际内阻值获取模块，用于通过满充满放测试获得放电深度对应的实际内阻值；

内部温度值估算模块，用于根据所述实际内阻值、外等效内阻与放电深度和温度的函数关系，估算当前锂离子电池的内部温度值；

近似函数关系确定模块，用于根据多组测试数据，确定所述锂离子电池的内部温度值与所述表面温度值、所述环境温度值和所述表面升温斜率之间的近似函数关系为

系数确定模块，用于重复多种环境温度和多种电流放电过程，确定所述近似函数关系中的系数，得到所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值的关系函数

所述对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系获取模块具体包括：

电压获取单元，用于对放电途中在不同放电深度位置停止放电，获取去除放电电流瞬间前后的锂离子电池的电压；

对外等效电阻计算单元，用于根据所述去除放电电流瞬间前后的锂离子电池的电压和放电电流，根据公式R＝(V_later-V_former)/I计算当前放电深度下的对外等效内阻R；其中，V_later为去除放电电流瞬间前的锂离子电池的电压，V_former为去除放电电流瞬间后的锂离子电池的电压，I为放电电流；

函数关系获取单元，用于在不同环境温度下进行多次实验，获得锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系。

所述系数确定模块具体包括：

放电控制单元，用于在不同环境温度下对所述的锂离子电池相同倍率放电，或在相同环境温度下以不同倍率放电；

测试数据获取单元，用于获得不同放电深度处的测试数据，所述测试数据包括所述锂离子电池的表面温升斜率、表面温度和环境温度；

最优解求解单元，用于根据所述测试数据和所述近似函数关系，求解得到所述近似函数关系中系数的最优解。

下面结合一个具体实施案例进一步说明本发明的方案。

选择一款锂离子电池，为市场常见的18650系列中的一款，该电池满充电压为4.2V，放空电压为2.5V，标称容量为2700mAh，使用温度范围是-20℃～60℃，标准充电电流为0.5C。

常温20℃下进行如下实验：1)0.05C满充至电池达到充电电压，充电电流小于5mA，静置1小时后以0.05C放电至电池说明书中放电截止电压(cut off Voltage)，达到此电压后静置1小时后，继续以0.02C放电再次达到此电压后，记录整个放电过程放出的总电量记为Q_max，该电池Q_max为2850mAh。

常温20℃下进行另一组实验：1)0.5C满充后静置5小时，2)0.05C放电10分钟到半小时静置5小时，3)重复步骤2)直到放空。记录每个步骤的电池端电压、电流、温度数据。测试电池放电后静置24小时甚至更长时间与静置5小时后端电压的关系。以上测试全部完成后计算每个步骤的DOD＝Passedcharge/Q_max，Passedcharge表示放电过程中累计放电电量，并记录每个DOD对应的电压(静置5小时后的电压+静置5小时与静置24小时的电压差，下文称作V_5h+δV)作为当前电池的开路电压。由此得到DOD与OCV的对应关系，见图3，图3为本发明具体实施案例中电池的OCV和DOD关系图。若选择电池说明书中有已知类似数据可省去此步骤。

在通风散热较好的环境中，对电池进行脉冲放电，选择合适的脉冲周期和占空比并认为在此基础上放电过程中，电池表面温度和内部温度相等，放电途中在不同DOD位置停止放电，记录去除放电电流瞬间前后的电池端电压，和放电电流，并由此计算此时等效内阻R＝(V_later-V_former)/I，将R与DOD建立对应表格。同时在不同环境温度下重复试验，获取R的温度系数。该电池内阻R与DOD对应关系及其温度系数，称之为DOD-R表和DOD-R温度系数表，见附图4和图5所示，图4为本发明具体实施案例中电池的内阻与DOD的关系图；图5为本发明具体实施案例中电池的内阻的温度系数与DOD的关系图。

常温20℃中，对电池进行1C放电，放电5min，休息15min，以此循环直到放空，记录此过程中环境温度T_air、电池表面温度T_surface的变化，电池表面温度变化斜率k(电池表面温度变化0.5℃前后的两个(温度，时间)坐标点计算得到，k＝ΔT/Δt)。重点关注放电截止电压处的测试参数(T_air、T_surface，k)。电池放空后静置5小时，根据5小时后的电池端电压和δV的值估算得到电池放空后OCV_end；

OCV_end＝V_5h+δV＝3081mV+12mV＝3093mV

其中OCV_end表示放电停止后的开路电压，V_5h表示放电停止静置5小时后的电池端电压，δV即静置5小时与静置24小时的电池端电压的差。

根据OCV_end＝3093mV在DOD-OCV表中查找得到其位于坐标(3051,95.75％)和(3214,92.86％)之间，线性插值后得到3093mV对应的DOD＝95.1％，记为DOD_end。

根据DODend和放电达到截止电压后多放出的电量δQ计算放电截止位置处的DOD_term。计算方式如下：

根据DOD_term＝94.87％在DOD-OCV表中查找得到其位于区间(3051,95.75％)和(3214,92.86％)之间，线性插值计算得到放电截止位置处的开路电压OCV_term＝3104.6mV。

根据OCVterm和式(2)计算放电截止处的内阻，

根据DOD_term和R-DOD表和温度系数表查找插值确认此处内阻在温度T₀＝27.3℃时得到的阻值298mΩ与R_term接近。温度系数换算温度的方法可由建立温度系数时计算方法确定。因此由此确认温度27.3℃为DOD_term对应处的电池内部温度。

在其他环境温度或放电电流下，重复计算上述过程，可以获取不同的电池内部温度值T₁,T₂,…,T_n。将T₀,T₁,T₂,…,T_n各自对应的T_air、T_surface和k，获取数据列于表格内，见表1，并据此寻找各参数之间的关系。

表1

经反复尝试得到一组关系，如式(4)，暂定式中参数为α＝16，β＝0.1；按照此关系，将电池内阻求解温度系数的计算步骤中的内部温度替换为式(4)计算结果(初次计算认为电池内部温度和电池表面温度相等)后，重复上述结算过程，重新得到一组温度关系如表2。

表2

本次计算后，上述两个表格差别不大(温度计算值之差不超过0.3℃)，从侧面反映实验过程中的散热条件和电流生热控制较好，没有使电池内部温度和表面温度相差较多。因为其数据相差不大，所以无需继续更多一次的修正和计算，根据图6数据，拟合到(4)中，得到参数α＝16，β＝0.03，为了简化计算，我们直接对β取0处理，将式(4)简化为式(5)，经验证式(5)在图6的所有测试情况中，计算误差可接受。

至此，我们已将电池内部温度估计表达式得到，下面我们从容量估计角度验证此式的正确性，或者说验证此式得到的电池内部温度对容量相关计算的准确性。

接下来我们对电池进行完整充放电循环，0.5C满充，静置2小时，1C放空，静置5小时，在放电过程中，我们时时按照式(5)估算电池内部温度，由此计算得到本次放电过程电池的荷电状态(SOC)，同时我们在同一次放电过程中，仅用电池表面温度计算得到的荷电状态用于对比。其结果如图6所示，图6为本发明具体实施案例中在放电过程中应用本发明方法得到的温度的对容量计算的结果对比图，由图可见，本发明方法估算得到的电池内部温度很好地适应了电池的容量计算，SOC误差从未使用本发明时的5％以上减小到不到1％。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种锂离子电池内部温度估测方法，其特征在于，包括：

获取锂离子电池的表面温度值；

获取当前工作状态下所述锂离子电池的表面温升斜率；所述表面温升斜率为表面温度变化速率；

获取所述锂离子电池所处的环境温度值；

根据所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值，通过函数估测所述锂离子电池的内部温度；其中，T_internal为锂离子电池内部温度的估测值，T_surface为锂离子电池的表面温度值，k为表面温升斜率，T_air为环境温度值，α和β为与当前工作状态相关的系数。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池内部温度估测方法，其特征在于，所述根据所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值，通过函数估测所述锂离子电池的内部温度，之前还包括：

通过对所述锂离子电池在常温下进行充放电测试，获得不同放电深度对应的开路电压数据；

获取所述锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系；

通过对所述锂离子电池进行不同环境温度、不同放电倍率的放电测试，获取不同放电深度时所述锂离子电池表面温度和表面温升斜率；

通过满充满放测试获得放电深度对应的实际内阻值；

根据所述实际内阻值、外等效内阻与放电深度和温度的函数关系，估算当前锂离子电池的内部温度值；

根据多组测试数据，确定所述锂离子电池的内部温度值与所述表面温度值、所述环境温度值和所述表面升温斜率之间的近似函数关系为

重复多种环境温度和多种电流放电过程，确定所述近似函数关系中的系数，得到所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值的关系函数

3.根据权利要求2所述的锂离子电池内部温度估测方法，其特征在于，所述获取所述锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系，具体包括：

对放电途中在不同放电深度位置停止放电，获取去除放电电流瞬间前后的锂离子电池的电压；

根据所述去除放电电流瞬间前后的锂离子电池的电压和放电电流，根据公式R＝(V_later-V_former)/I计算当前放电深度下的对外等效内阻；其中，V_later为去除放电电流瞬间前的锂离子电池的电压，V_former为去除放电电流瞬间后的锂离子电池的电压，I为放电电流；

在不同环境温度下进行多次实验，获得锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池内部温度估测方法，其特征在于，所述重复多种环境温度和多种电流放电过程，确定所述近似函数关系中的系数，具体包括：

在不同环境温度下对所述的锂离子电池相同倍率放电，或在相同环境温度下以不同倍率放电；

获得不同放电深度处的测试数据，所述测试数据包括所述锂离子电池的表面温升斜率、表面温度和环境温度；

根据所述测试数据和所述近似函数关系，求解得到所述近似函数关系中系数的最优解。

5.一种锂离子电池内部温度估测系统，其特征在于，包括：

表面温度值获取模块，用于获取锂离子电池的表面温度值；

表面温升斜率获取模块，用于获取当前工作状态下所述锂离子电池的表面温升斜率；所述表面温升斜率为表面温度变化速率；

环境温度值获取模块，用于获取所述锂离子电池所处的环境温度值；

内部温度估测模块，用于根据所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值，通过函数估测所述锂离子电池的内部温度；其中，T_internal为锂离子电池内部温度的估测值，T_surface为锂离子电池的表面温度值，k为表面温升斜率，T_air为环境温度值，α和β为与当前工作状态相关的系数。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池内部温度估测系统，其特征在于，所述系统还包括：

开路电压数据获取模块，用于通过对所述锂离子电池在常温下进行充放电测试，获得不同放电深度对应的开路电压数据；

对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系获取模块，用于获取所述锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系；

温度测量模块，用于通过对所述锂离子电池进行不同环境温度、不同放电倍率的放电测试，获取不同放电深度时所述锂离子电池表面温度和表面温升斜率；

实际内阻值获取模块，用于通过满充满放测试获得放电深度对应的实际内阻值；

内部温度值估算模块，用于根据所述实际内阻值、外等效内阻与放电深度和温度的函数关系，估算当前锂离子电池的内部温度值；

近似函数关系确定模块，用于根据多组测试数据，确定所述锂离子电池的内部温度值与所述表面温度值、所述环境温度值和所述表面升温斜率之间的近似函数关系为

系数确定模块，用于重复多种环境温度和多种电流放电过程，确定所述近似函数关系中的系数，得到所述锂离子电池的表面温度值、所述表面温升斜率和所述环境温度值的关系函数

7.根据权利要求6所述的锂离子电池内部温度估测系统，其特征在于，所述对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系获取模块具体包括：

电压获取单元，用于对放电途中在不同放电深度位置停止放电，获取去除放电电流瞬间前后的锂离子电池的电压；

对外等效电阻计算单元，用于根据所述去除放电电流瞬间前后的锂离子电池的电压和放电电流，根据公式R＝(V_later-V_former)/I计算当前放电深度下的对外等效内阻R；其中，V_later为去除放电电流瞬间前的锂离子电池的电压，V_former为去除放电电流瞬间后的锂离子电池的电压，I为放电电流；

函数关系获取单元，用于在不同环境温度下进行多次实验，获得锂离子电池放电过程中，对外等效内阻与放电深度和温度的函数关系。

8.根据权利要求6所述的锂离子电池内部温度估测系统，其特征在于，所述系数确定模块具体包括：

放电控制单元，用于在不同环境温度下对所述的锂离子电池相同倍率放电，或在相同环境温度下以不同倍率放电；

测试数据获取单元，用于获得不同放电深度处的测试数据，所述测试数据包括所述锂离子电池的表面温升斜率、表面温度和环境温度；

最优解求解单元，用于根据所述测试数据和所述近似函数关系，求解得到所述近似函数关系中系数的最优解。