CN110008485A - 电池组热模型的建模方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池组热模型的建模方法及系统，其中，方法包括以下步骤：根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到电池组的热特性参数；根据热特性参数对电池组热模型进行建模。该方法具有在保证建模精度的基础上降低建模难度，提高建模速率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种电池组热模型的建模方法及系统。
背景技术
在纯电动或混合动力等新能源车型上，主要采用动力电池作为电能存储装置。动力电池性能受温度影响较大，动力电池组热特性仿真在整车热管理系统开发过程中十分重要。整车热管理系统将电池组作为一个整体，其发热量和在冷却、加热过程中的热特性决定电池组是否可靠，因此，需要建立仿真模型研究电池组的热特性。
相关技术中，对于电池组的热特性仿真研究主要通过建立电芯及电池组的热管理系统的换热管道的模型，通过理论计算的方法，计算电池组的热特性。该方法需要获得大量精确的参数，并进行大量的计算，并不适用整车热管理系统开发过程中的电池组的热特性分析，导致车热管理系统开发过程变得效率低下。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一方面目的在于提出一种电池组热模型的建模方法。该方法可以在保证建模精度的基础上降低建模难度，提高建模速率的优点。
本发明的另一方面目的在于提出一种电池组热模型的建模系统。
为了实现上述目的，本发明的一方面的实施例公开了一种电池组热模型的建模方法，包括以下步骤：根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数；根据所述热特性参数对所述电池组热模型进行建模。
本发明实施例的电池组热模型的建模方法，通过电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到电池组的热特性参数；根据热特性参数对电池组进行建模。该方法具有在保证建模精度的基础上降低建模难度，提高建模速率的优点，并为在线估计动力电池温度提供模型基础。
在一些示例中，所述根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数，包括：根据所述静置冷却/加热过程中的冷却液入水温度和出水温度之间的温度差、冷却液流量和冷却液热容计算冷却液吸收/放出的总热量；根据所述冷却液吸收/放出的总热量计算电池组温度变化一个单位温度时冷却液吸收/放出的热量，并将所述热量作为所述电池组的热容。
在一些示例中，所述根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数，包括：根据所述静置冷却/加热过程中的电芯平均温度、冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应于所述温度差的冷却液吸收/放出的总热量得到电池组平均热交换量，并根据多组静置冷却/加热过程中计算得到的电池组平均热交换量形成热交换量查询表；根据所述静置冷却/加热过程中的电芯最高温度、电芯最低温度和所述冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应于所述温度差的冷却液吸收/放出的总热量得到最高热交换补偿系数和最低热交换补偿系数。
在一些示例中，所述根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数，包括：根据所述充放电过程中的第二电芯温度和所述电池组的热容得到电池组的发热功率；根据所述发热功率、所述充放电过程中的充放电电流及所述充放电过程中的充电电压以及电池组的荷电状态确定对应于所述充放电电流及充电电压以及电池组的荷电状态的发热内阻，并根据对应于所述充放电电流及充电电压以及电池组的荷电状态的发热内阻形成发热内阻查询表。
在一些示例中，所述的电池组热模型的建模方法还包括：对所述电池组进行多组的电池组静置冷却/加热过程，以及对所述电池组进行多组的电池组充放电过程。
本发明的另一方面的实施例公开了一种电池组热模型的建模系统，包括：获取模块，用于根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数；建模模块，用于根据所述热特性参数对所述电池组进行建模。
本发明实施例的电池组热模型的建模系统，通过获取模块获取根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到电池组的热特性参数；利用建模模块根据热特性参数对电池组进行建模。该系统具有在保证建模精度的基础上降低建模难度，提高建模速率的优点，并为在线估计动力电池温度提供模型基础。
在一些示例中，所述获取模块用于：获取所述静置冷却/加热过程中的冷却液入水温度和出水温度之间的温度差、冷却液流量和冷却液热容计算冷却液吸收/放出的总热量；获取所述冷却液吸收/放出的总热量计算电池组温度变化一个单位温度时冷却液吸收/放出的热量，并将所述热量作为所述电池组的热容。
在一些示例中，所述获取模块用于：根据所述静置冷却/加热过程中的电芯平均温度、冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应于所述温度差的冷却液吸收/放出的总热量得到电池组平均热交换量，并根据多组静置冷却/加热过程中计算得到的电池组平均热交换量形成热交换量查询表；根据所述静置冷却/加热过程中的电芯最高温度、电芯最低温度和所述冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应于所述温度差的冷却液吸收/放出的总热量得到最高热交换补偿系数和最低热交换补偿系数。
在一些示例中，所述获取模块用于：根据所述充放电过程中的第二电芯温度和所述电池组的热容得到电池组的发热功率；根据所述发热功率、所述充放电过程中的充放电电流及所述充放电过程中的充电电压以及电池组的荷电状态确定对应于所述充放电电流及充电电压以及电池组的荷电状态的发热内阻，并根据对应于所述充放电电流及充电电压以及电池组的荷电状态的发热内阻形成发热内阻查询表。
在一些示例中，所述的电池组热模型的建模系统还包括：过程模块，用于对所述电池组进行多组的电池组静置冷却/加热过程，以及对所述电池组进行多组的电池组充放电过程。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述的或附加的方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的电池组热模型的建模方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的电池组静置冷却/加热实验和电池组充放电实验的流程图；
图3是根据本发明实施例的电池组热模型的建模方法得到电池组的热特性参数流程图；和
图4是根据本发明实施例的电池组热模型的建模系统结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施例的根据本发明一个实施例的电池组热模型的建模方法及系统，其中，首先介绍电池组热模型的建模方法。
图1是根据本发明实施例的电池组热模型的建模方法的流程图。如图1所示，该电池组热模型的建模方法包括以下步骤：
S1：根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到电池组的热特性参数。
在具体示例中，电池组静置冷却/加热过程得到包括但不限于第一电芯温度、冷却液入水温度、出水温度、冷却液流量和冷却液热容。可以由电池组静置冷却/加热实验得到。
结合图2本发明实施例的电池组静置冷却/加热实验和电池组充放电实验的流程图进行实验步骤的说明。电池组静置冷却/加热实验，包括高温静置冷却实验和低温静止加热实验。其中，高温静置冷却实验步骤包括：设置高温环境温度，通入一定温度(低于环境温度)、一定流量的冷却液，当电池组降低至某一温度时，记录下实验数据。同样的，低温静置加热实验步骤包括：设置低温环境温度，通入一定温度(高于环境温度)、一定流量的冷却液，当电池组升高至某一温度时，记录下实验数据。为了获得精确地实验结果，可以在不同环境温度下做多组实验。
例如，将环境温度调整至高温70℃，为了防止电芯受热不均产生实验误差，将电池组静置至与环境温度相同。向电池组通入20℃及一定流量的冷却液，这时冷却液会吸收电芯热量。因为电池组本身不发热，冷却液吸收的热量就是电芯散发的热量。
又如：将环境温度调整至高温10℃，为了防止电芯受热不均产生实验误差，将电池组静置至与环境温度相同。向电池组通入20℃及一定流量的冷却液，这是冷却液会吸收电芯热量。因为电池组本身不发热，冷却液散发的热量就是电芯吸收的热量。
为了获得更准确的实验结果，上述静置冷却/加热实验可以控制变量做多组实验。例如：在电池组静置冷却实验中，可以改变环境温度为60℃、80℃等，其他实验条件不变。又例如，可以进行多组不同冷却液温度和不同冷却液流量的实验。多组实验数据可以采取取平均值的算法使实验数据更加精确，也可以消除异常数据对实验结果的影响。
在具体示例中，电芯规格是相同的，但是由于其位于电池组的位置不同，所以温度也不相同，因此第一电芯温度又包括电芯平均温度、电芯最高温度和电芯最低温度。第一电芯平均温度由电池组中所有电芯温度求平均值得出。冷却液热容是选择的冷却液固有的特性，冷却液入水温度为电池组入水口的温度，即选择的冷却液的初始温度，冷却液出水温度为在电池组出水口测量的冷却液温度。
在上述示例中，温度的测量可由安装在相应位置的温度传感器测量。
在具体示例中，电池组充放电过程得到包括但不限于第二电芯温度、充放电电流及充电电压。可以由电池组充放电实验得到。
结合图2本发明实施例的电池组静置冷却/加热实验和电池组充放电实验的流程图，电池组放电实验包括不同温度的充电实验和不同温度的放电实验。其中，不同温度的放电实验包括：将电池组充电至100％SOC后静置在某一环境温度下，在电池组温度与环境温度相同后，电池组通过一定电流恒放电至截止电压，此时采集实验数据。相似地，不同温度的充电实验包括：将电池组放电至5％SOC后静置在某一环境温度下，在电池组温度与环境温度相同后，电池组以一定电流恒流充电至充电截止，再以截止电压恒压充电至截止电流，此时采集实验数据。为了获得精确地实验结果，可以在不同环境温度下做多组实验。
例如：将电池组充电至SOC为100％后静置在30℃环境温度下，在电池组温度与环境温度相同后，电池组通过一定电流放电至SOC为5％，此时采集实验数据。
又如：将电池组放电至SOC为5％后静置在30℃环境温度下，在电池组温度与环境温度相同后，以一定电流恒流充电至充电截止，再以截止电压恒压充电至100％SOC，此时采集实验数据。
为了获得精确地实验结果，可以在不同环境温度下做多组实验。例如：将电池组充电至SOC为100％后静置在30℃/40℃/50℃的环境温度下，在电池组温度与环境温度相同后，电池组通过一定电流放电至SOC为5％，此时采集实验数据。相同的，可以保持环境温度一致，通过改变放电至某一荷电状态来进行多组实验，例如：将电池组充电至SOC为100％后静置在30℃环境温度下，在电池组温度与环境温度相同后，电池组通过一定电流放电至SOC为15％/10％/5％，此时采集实验数据。多组实验数据可以采取取平均值的算法使实验数据更加精确，也可以消除异常数据对实验数据的影响。
在上述实验中，若电芯最高温度、电芯最低温度和电芯平均温度之间的差值在一定范围内，即认为电池组内电芯一致性较好，这时电芯平均温度为电池的第二电芯温度。此外，充放电电流为电池充放电时是有的电流大小，充电电压为选择的充电电压。
根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到电池组的热特性参数。其中热特性参数包括但不限于电池组的热容、发热内阻及热交换量。结合图3根据本发明实施例的电池组热模型的建模方法得到电池组的热特性参数流程图详细介绍计算流程：
在步骤S31中，计算电池组热容。
在具体示例中，根据上述电池组静置冷却/加热过程得到的冷却液入水温度和出水温度之间的温度差、冷却液流量和冷却液热容来计算冷却液吸收/放出的总热量。根据冷却液吸收/放出的热量计算电池组温度变化一个单位温度时冷却液吸收/放出的热量，即为电池组的热容。
在步骤S32中，计算电池组平均交换热量，建立热交换量查询表和热交换补偿系数。
在具体示例中，根据电芯平均温度、冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应温度差的冷却液吸收/放出的总热量计算得到电池组平均热交换量，然后根据多组电池组静置冷却/加热实验数据，计算得到电池组平均热交换量，整合成热交换量查询表；同时根据电芯最高温度、电芯最低温度以及冷却液入水温度和出水温度之间的温度差，以及对应温度差的冷却液吸收/放出的总热量计算得到最高热交换补偿系数和最低热交换补偿系数。
在步骤S33中，计算电池组发热内阻，建立发热内阻查询表。
在具体示例中，根据上述电池组充放电实验得到的二电芯温度、充放电电流及充电电压和电池组的热容计算得到电池组的发热功率，电池组的发热功率P＝I2×R，其中I为冲放电电流，R为电芯发热内阻；根据发热功率、充放电电流、充电电压以及电池组的荷电状态计算得到对应的发热内阻，并根据多组电池组充放电实验对应参数的发热内阻整合成发热内阻查询表。
至此，该电池组的热特性参数：电池组的热容、发热内阻及热交换量，全部得到。当然，上述热特性参数可以根据多对应组实验获得的多组数据取平均值得到，这样可以使数据更加精确，且能消除异常数据对实验结果的影响。
S2：根据热特性参数对电池组热模型进行建模。
根据上述得到的电池组的热特性参数建立电池组热模型。在具体示例中，该模型为：
Tbatt_ave＝T0_ave+(P吸/散-I2R热)/Cp×dt
Tbatt_max＝T0_max+(ηmaxP吸/散-I2R热)/Cp×dt
Tbatt_min＝T0_max+(ηminP吸/散-I2R热)/Cp×dt
其中，T0_ave、T0_max、T0_max分别为上一时刻电池组内电芯平均温度、最高温度和最低温度；P吸/散为电池组与冷却液之间的热交换量，通过电芯平均温度与冷却液入口温度的差值，查询热交换量查询表获得；I为电池组充放电电流；R热为电池组发热内阻，通过查询发热内阻查询表获得；Cp为电池组热容；dt为仿真时间步长；ηmax、ηmin分别为电池组与冷却液之间的热交换量的最高和最低补偿系数。
本发明实施例的电池组热模型的建模方法，通过静置冷却/加热实验和电池组充放电实验获取相应实验数据，根据实验数据计算出电池组的热容、发热内阻及热交换量热特性参数，根据热特性参数建立电池组热模型。该方法具有在保证建模精度的基础上降低建模难度，提高建模速率的优点，并为在线估计动力电池温度提供模型基础。
图4为本发明根据本发明实施例的电池组热模型的建模系统结构示意图，如图4所示，本发明电池组热模型的建模系统10包括：获取模块101和建模模块102。下面详细解释各个模块的功能作用：
获取模块101，用于根据静置冷却/加热过程中的冷却液入水温度和出水温度之间的温度差、冷却液流量和冷却液热容计算冷却液吸收/放出的总热量；根据冷却液吸收/放出的总热量计算电池组温度变化一个单位温度时冷却液吸收/放出的热量，并将热量作为电池组的热容。根据静置冷却/加热过程中的电芯平均温度、冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应于温度差的冷却液吸收/放出的总热量得到电池组平均热交换量，并根据多组静置冷却/加热过程中计算得到的电池组平均热交换量形成热交换量查询表；根据静置冷却/加热过程中的电芯最高温度、电芯最低温度和冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应于温度差的冷却液吸收/放出的总热量得到最高热交换补偿系数和最低热交换补偿系数。
在具体示例中，获取模块101还用于根据充放电过程中的第二电芯温度和电池组的热容得到电池组的发热功率；根据发热功率、充放电过程中的充放电电流及充放电过程中的充电电压以及电池组的荷电状态确定对应于充放电电流及充电电压以及电池组的荷电状态的发热内阻，并根据对应于充放电电流及充电电压以及电池组的荷电状态的发热内阻形成发热内阻查询表。
在具体示例中，该系统还包括过程模块，获取模块101获得的热参数为通过多组电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程获得的多组数据。
建模模块102用于根据热特性参数对电池组热模型进行建模。
需要说明的是，前述对电池组热模型的建模方法实施例的解释说明也适用于该电池组热模型的建模系统的实施例，此处不再赘述。
本发明实施例的电池组热模型的建模系统，通过获取模块获取根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到电池组的热特性参数；利用建模模块根据热特性参数对电池组进行建模。该系统具有在保证建模精度的基础上降低建模难度，提高建模速率的优点，并为在线估计动力电池温度提供模型基础。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种电池组模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数；
根据所述热特性参数对所述电池组进行建模。
2.根据权利要求1所述的电池组的建模方法，其特征在于，所述根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数，包括：
根据所述静置冷却/加热过程中的冷却液入水温度和出水温度之间的温度差、冷却液流量和冷却液热容计算冷却液吸收/放出的总热量；
根据所述冷却液吸收/放出的总热量计算电池组温度变化一个单位温度时冷却液吸收/放出的热量，并将所述热量作为所述电池组的热容。
3.根据权利要求1或2所述的电池组热模型的建模方法，其特征在于，所述根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数，包括：
根据所述静置冷却/加热过程中的电芯平均温度、冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应于所述温度差的冷却液吸收/放出的总热量得到电池组平均热交换量，并根据多组静置冷却/加热过程中计算得到的电池组平均热交换量形成热交换量查询表；
根据所述静置冷却/加热过程中的电芯最高温度、电芯最低温度和所述冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应于所述温度差的冷却液吸收/放出的总热量得到最高热交换补偿系数和最低热交换补偿系数。
4.根据权利要求1所述的电池组热模型的建模方法，其特征在于，所述根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数，包括：
根据所述充放电过程中的第二电芯温度和所述电池组的热容得到电池组的发热功率；
根据所述发热功率、所述充放电过程中的充放电电流及所述充放电过程中的充电电压以及电池组的荷电状态确定对应于所述充放电电流及充电电压以及电池组的荷电状态的发热内阻，并根据对应于所述充放电电流及充电电压以及电池组的荷电状态的发热内阻形成发热内阻查询表。
5.根据权利要求1所述的电池组热模型的建模方法，其特征在于，在根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数之前，还包括：
对所述电池组进行多组的电池组静置冷却/加热过程，以及对所述电池组进行多组的电池组充放电过程。
6.一种电池组热模型的建模系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于根据电池组静置冷却/加热过程和电池组充放电过程得到所述电池组的热特性参数；
建模模块，用于根据所述热特性参数对所述电池组进行建模。
7.根据权利要求6所述的电池组热模型的建模系统，其特征在于，所述获取模块用于：
根据所述静置冷却/加热过程中的冷却液入水温度和出水温度之间的温度差、冷却液流量和冷却液热容计算冷却液吸收/放出的总热量；
根据所述冷却液吸收/放出的总热量计算电池组温度变化一个单位温度时冷却液吸收/放出的热量，并将所述热量作为所述电池组的热容。
8.根据权利要求6或7所述的电池组热模型的建模系统，其特征在于，所述获取模块用于：
根据所述静置冷却/加热过程中的电芯平均温度、冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应于所述温度差的冷却液吸收/放出的总热量得到电池组平均热交换量，并根据多组静置冷却/加热过程中计算得到的电池组平均热交换量形成热交换量查询表；
根据所述静置冷却/加热过程中的电芯最高温度、电芯最低温度和所述冷却液入水温度和出水温度之间的温度差以及对应于所述温度差的冷却液吸收/放出的总热量得到最高热交换补偿系数和最低热交换补偿系数。
9.根据权利要求6所述的电池组热模型的建模系统，其特征在于，所述获取模块用于：
根据所述充放电过程中的第二电芯温度和所述电池组的热容得到电池组的发热功率；
根据所述发热功率、所述充放电过程中的充放电电流及所述充放电过程中的充电电压以及电池组的荷电状态确定对应于所述充放电电流及充电电压以及电池组的荷电状态的发热内阻，并根据对应于所述充放电电流及充电电压以及电池组的荷电状态的发热内阻形成发热内阻查询表。
10.根据权利要求6所述的电池组热模型的建模系统，其特征在于，还包括：
过程模块，用于对所述电池组进行多组的电池组静置冷却/加热过程，以及对所述电池组进行多组的电池组充放电过程。
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