CN110826206B - 电池内部三维温度无损软测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池内部三维温度无损软测量方法及系统，包括：划分电池单体总节点数；通过实验得出总节点数与测点数之间的数值关系；计算测点数量和布置表面测点；使用NTC温度传感器测量电池测点温度和环境温度；基于七节点热平衡单元建立单体热阻模型；使用集总参数模型和最小二乘法计算对流热阻和比热容；利用扩展集总模型和最小二乘法计算传导热阻；将传导热阻、对流热阻、比热容和测点温度输入单体热模型，计算得出所有节点温度值，实现电池内部温度无损软测量。本发明实现了对大容量方型锂电池内部三维温度无损软测量，同时兼顾最高温度点监测、经济性好和易于实车实现的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度测量方法，具体地，涉及电池内部三维温度无损软测量方法及系统，尤其涉及基于大容量方型锂电池的内部三维温度无损软测量方法及系统。
背景技术
锂电池作为混合动力汽车和纯电动汽车的主要动力来源，已成为全球电池行业发展的重点和热点。在实际工况下，频繁的大电流充放电使得电池内部产生大量热量，从而导致电池内部温度显著升高。高温状态不仅影响电池充电性能，还会降低电池使用寿命和威胁电池安全。所以，电池内部三维温度无损软测量是防止电池过度充放和热失控的重要手段。
目前，针对于电池内部温度无损软测量的方法可分为三类：内置温度传感器测量内部温度、利用滤波方法进行内部温度无损软测量和采用有限元方法计算热模型得到内部温度。
其中，内置温度传感器测量内部温度，是通过拆解电池后埋入温度传感器进行温度测量。该方法虽然直接准确，但会破坏电池内部结构，同时空气中的水份和氧气会改变电池内部组件的状态，影响电池电化学性能；利用滤波方法进行内部温度无损软测量，是在电池表面采样温度，建立电池集总参数模型，结合卡尔曼滤波方法进行内部温度无损软测量。该方法在预测性能足以满足内部温度无损软测量需求，但只适用于小型电池单体。大尺寸动力电池内外温差较大，很难采用滤波方法进行内部温度无损软测量；采用有限元方法计算热模型得到内部温度，是根据生热原理和热平衡原理对电池单体建立热模型，通过有限元方法计算得到电池内部三维温度分布。难点在于有限元方法的数学模型复杂，依赖强大的计算机性能，尤其针对大尺寸电池，大量计算导致其无法在电动汽车中实际使用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电池内部三维温度无损软测量方法及系统。
根据本发明提供的一种电池内部三维温度无损软测量方法，包括
步骤M1：基于实际单体温度求解的需求，对电池单体进行节点划分；
步骤M2：由内部节点和周围预设数量节点联立的方式构成预设数量节点的热流平衡方程，联立所有节点的热流平衡方程得到电池单体热阻模型；
步骤M3：节点间由热阻进行连接，单体节点间采用传导热阻进行连接，单体节点与环境节点采用对流热阻进行连接；
步骤M4：集总参数模型配合最小二乘法计算对流热阻和电池比热容；扩展集总参数模型结合最小二乘法计算传导热阻；
步骤M5：利用仿真实验得到总节点数和最少测点数之间的关系，根据划分的总节点数选择最少测点数和测点布置方案；
步骤M6：使用温度传感器获取测点温度和环境温度；
步骤M7：将传导热阻、对流热阻、电池比热容、测点温度及环境温度导入电池单体热阻模型，通过矩阵变换计算得到电池单体所有节点温度值；
所述集总参数模型是指将电池单体划分为表面节点、内部节点和环境温度节点；
所述扩展集总参数模型是指在集总参数模型将电池单体的节点划分的基础上进行扩展。
优选地，所述步骤M1包括：实际单体温度求解需求包括温度节点的分布密度需求，即电池温度的实际求解精度的需求，是通过温度节点的实际三维尺寸进行调整，实际三维尺寸包括：温度节点长度、温度节点宽度及温度节点高度；
所述步骤M2包括：热流平衡方程将环境温度作为一个变温节点，温度值为环境温度传感器测得的实际温度。
优选地，所述步骤M4包括：
扩展集总参数模型将电池单体由表面节点、内部节点和环境温度节点进行预设数量节点的扩展，环境温度节点转化为同一节点；
所述计算传导热阻包括：
步骤M4.1：扩展集总参数模型中，利用热平衡原理得出任一内部节点温度与其周围节点温度的关系：
其中，Cp代表电池比热容；下标p代表前面、左面或者上面；代表内部节点温度的变化率；Tin代表内部节点温度；Q代表产热量；下标n代表后面、右面或者下面；下标d代表热传导；Tx,p代表x轴左面节点温度；Tx,n代表x轴右面节点温度；Ty,p代表y轴前面节点温度；Ty,n代表y轴后面节点温度；Tz,p代表z轴上面节点温度；Tz,n代表z轴下面节点温度；Rd,x代表X轴向的传导热阻；Rd,y代表Y轴向的传导热阻；Rd,z代表Z轴向的传导热阻；
步骤M4.2：建立内部节点温度与x、y、z轴表面温度的关系：
其中，Tamb代表环境温度；下标amb代表环境；Rv,x代表x轴方向对流热阻；Rv,y代表y轴方向对流热阻；Rv,z代表z轴方向对流热阻；下标v代表热对流；
步骤M4.3：利用公式(2)求得内部温度表达式：
其中，Δt为采样时间；T*＝T*,p+T*,n,*＝x,y,z；Tin(t)代表：t时刻内部节点温度；Tx(t)代表：t时刻x轴向节点温度；Ty(t)代表：t时刻y轴向节点温度；Tz(t)代表：t时刻z轴向节点温度；Tin(t-1)代表：t-1时刻内部节点温度；
步骤M4.4：将公式(1)、公式(2)、公式(3)合并，建立温度变量的最小二乘形式：
其中，
Φt＝[Tx(t),Ty(t),Tz(t)]T (5)
其中，代表：节点温度向量；Φt代表节点温度；θ代表节点温度的系数向量；下标t代表t时刻；上标T代表：矩阵转置；ξt代表误差项；b1代表节点温度的系数中的参量；b2代表节点温度的系数中的参量；b3代表节点温度的系数中的参量；a1代表节点温度的系数；a2代表节点温度的系数；a3代表节点温度的系数；
步骤M4.5：预测量θ(0)和误差矩阵P(0)设置为单位矩阵.并用替代ξt，得到：
其中，λ为遗忘因子；K为系数矩阵；I为单位矩阵；Kk+1代表第k+1步的系数矩阵；下标k代表计算步数；Pk代表第k步的误差矩阵；Φk+1代表第k+1步的节点温度向量第k+1步的节点温度向量；代表：t时刻节点温度向量的预测值；/>代表：t时刻节点温度系数向量的预测值；Tk代表：x轴向节点温度；
步骤M4.6：通过公式(9)迭代求出再联立公式(6)、公式(7)和/>求解联立的方程组即可得出三个轴方向的传导热阻：
优选地，所述步骤M5包括：
所述仿真实验根据仿真计算，采用组合法布置测点位置，运用仿真软件得到电池温度分布；计算不同测点位置组合下的节点温度识别结果；比较所有组合方案的节点温度识别结果，得出误差最小时总节点数与最少测点数之间的关系。
优选地，所述步骤M7包括：
步骤M7.1：按热流平衡定律，对电池单体的三维立体中各节点编写热流平衡方程，将各节点按x方向、y方向、z方向依次递增的方式对测点温度进行编号T1,T2,...,Tn，测点温度包括单体表面测点温度和环境温度测点温度，代入建立的热流平衡方程，联立温度项系数整理后，得到
Qn×nTn×1＝bn×1 (11)
其中，Qn×n表示：所有节点温度系数的矩阵；下标n×n表示：n行n列的矩阵维度；Tn×1表示n个节点温度值的向量；下标n×1表示n行1列的矩阵维度；bn×1表示：n个节点热流平衡方程的常系数向量；
步骤M7.2：在公式(11)中，在测点Tm(m∈(1,n))温度已知的情况下，将Tm代入方程Qn×nTn×1＝bn×1中变换热阻网络方程，第m节点在Qn×n中对应节点方程为第m行，则节点的热流平衡方程为：
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,mTm+…+qm,nTn＝bm (12)
其中，qm,n代表第m行第n列节点温度的系数；
将测点Tm(m∈(1，n))的值代入式(12)中，相应的节点方程变换为
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,m-1Tm-1+qm,m+1Tm+1…+qm,nTn＝bm-qm,mTm (13)
步骤M7.3：步骤S8.3：将测点变换方程式(13)代入Qn×n中，则Qn×n由式(14)变换为式(15)，bn×1由式(16)变换为式(17)，变换后的热阻网络模型表达式如式(18)所示：
bn×1＝[b1,b2,...,bm,...,bn]T (16)
b'n×1＝[b1,b2,...,bm-am,mTm,...,bn]T (17)
Q'n×nTn×1＝b'n×1 (18)
步骤M7.4：通过矩阵计算方法求解式(18)即得到电池单体所有节点的温度值。
本发明提供的一种电池内部三维温度无损软测量系统，包括
模块M1：基于实际单体温度求解的需求，对电池单体进行节点划分；
模块M2：由内部节点和周围预设数量节点联立的方式构成预设数量节点的热流平衡方程，联立所有节点的热流平衡方程得到电池单体热阻模型；
模块M3：节点间由热阻进行连接，单体节点间采用传导热阻进行连接，单体节点与环境节点采用对流热阻进行连接；
模块M4：集总参数模型配合最小二乘法计算对流热阻和电池比热容；扩展集总参数模型结合最小二乘法计算传导热阻；
模块M5：利用仿真实验得到总节点数和最少测点数之间的关系，根据划分的总节点数选择最少测点数和测点布置方案；
模块M6：使用温度传感器获取测点温度和环境温度；
模块M7：将传导热阻、对流热阻、电池比热容、测点温度及环境温度导入电池单体热阻模型，通过矩阵变换计算得到电池单体所有节点温度值；
所述集总参数模型是指将电池单体划分为表面节点、内部节点和环境温度节点；
所述扩展集总参数模型是指在集总参数模型将电池单体的节点划分的基础上进行扩展。
优选地，所述模块M1包括：实际单体温度求解需求包括温度节点的分布密度需求，即电池温度的实际求解精度的需求，是通过温度节点的实际三维尺寸进行调整，实际三维尺寸包括：温度节点长度、温度节点宽度及温度节点高度；
所述模块M2包括：热流平衡方程将环境温度作为一个变温节点，温度值为环境温度传感器测得的实际温度。
优选地，所述模块M4包括：
扩展集总参数模型将电池单体由表面节点、内部节点和环境温度节点进行预设数量节点的扩展，环境温度节点转化为同一节点；
所述计算传导热阻包括：
模块M4.1：扩展集总参数模型中，利用热平衡原理得出任一内部节点温度与其周围节点温度的关系：
其中，Cp代表电池比热容；下标p代表前面、左面或者上面；代表内部节点温度的变化率；Tin代表内部节点温度；Q代表产热量；下标n代表后面、右面或者下面；下标d代表热传导；Tx,p代表x轴左面节点温度；Tx,n代表x轴右面节点温度；Ty,p代表y轴前面节点温度；Ty,n代表y轴后面节点温度；Tz,p代表z轴上面节点温度；Tz,n代表z轴下面节点温度；Rd,x代表X轴向的传导热阻；Rd,y代表Y轴向的传导热阻；Rd,z代表Z轴向的传导热阻；
模块M4.2：建立内部节点温度与x、y、z轴表面温度的关系：
其中，Tamb代表环境温度；下标amb代表环境；Rv,x代表x轴方向对流热阻；Rv,y代表y轴方向对流热阻；Rv,z代表z轴方向对流热阻；下标v代表热对流；
模块M4.3：利用公式(2)求得内部温度表达式：
其中，Δt为采样时间；T*＝T*,p+T*,n,*＝x,y,z；Tin(t)代表：t时刻内部节点温度；Tx(t)代表：t时刻x轴向节点温度；Ty(t)代表：t时刻y轴向节点温度；Tz(t)代表：t时刻z轴向节点温度；Tin(t-1)代表：t-1时刻内部节点温度；
模块M4.4：将公式(1)、公式(2)、公式(3)合并，建立温度变量的最小二乘形式：
其中，
Φt＝[Tx(t),Ty(t),Tz(t)]T (5)
其中，代表：节点温度向量；Φt代表节点温度；θ代表节点温度的系数向量；下标t代表t时刻；上标T代表：矩阵转置；ξt代表误差项；b1代表节点温度的系数中的参量；b2代表节点温度的系数中的参量；b3代表节点温度的系数中的参量；a1代表节点温度的系数；a2代表节点温度的系数；a3代表节点温度的系数；
模块M4.5：预测量θ(0)和误差矩阵P(0)设置为单位矩阵.并用替代ξt，得到：
其中，λ为遗忘因子；K为系数矩阵；I为单位矩阵；Kk+1代表第k+1步的系数矩阵；下标k代表计算步数；Pk代表第k步的误差矩阵；Φk+1代表第k+1步的节点温度向量第k+1步的节点温度向量；代表：t时刻节点温度向量的预测值；/>代表：t时刻节点温度系数向量的预测值；Tk代表：x轴向节点温度；
模块M4.6：通过公式(9)迭代求出再联立公式(6)、公式(7)和/>求解联立的方程组即可得出三个轴方向的传导热阻：
优选地，所述模块M5包括：
所述仿真实验根据仿真计算，采用组合法布置测点位置，运用仿真软件得到电池温度分布；计算不同测点位置组合下的节点温度识别结果；比较所有组合方案的节点温度识别结果，得出误差最小时总节点数与最少测点数之间的关系。
优选地，所述模块M7包括：
模块M7.1：按热流平衡定律，对电池单体的三维立体中各节点编写热流平衡方程，将各节点按x方向、y方向、z方向依次递增的方式对测点温度进行编号T1,T2,...,Tn，测点温度包括单体表面测点温度和环境温度测点温度，代入建立的热流平衡方程，联立温度项系数整理后，得到
Qn×nTn×1＝bn×1 (11)
其中，Qn×n表示：所有节点温度系数的矩阵；下标n×n表示：n行n列的矩阵维度；Tn×1表示n个节点温度值的向量；下标n×1表示n行1列的矩阵维度；bn×1表示：n个节点热流平衡方程的常系数向量；
模块M7.2：在公式(11)中，在测点Tm(m∈(1,n))温度已知的情况下，将Tm代入方程Qn×nTn×1＝bn×1中变换热阻网络方程，第m节点在Qn×n中对应节点方程为第m行，则节点的热流平衡方程为：
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,mTm+…+qm,nTn＝bm (12)
其中，qm,n代表第m行第n列节点温度的系数；
将测点Tm(m∈(1，n))的值代入式(12)中，相应的节点方程变换为
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,m-1Tm-1+qm,m+1Tm+1…+qm,nTn＝bm-qm,mTm (13)
模块M7.3：模块S8.3：将测点变换方程式(13)代入Qn×n中，则Qn×n由式(14)变换为式(15)，bn×1由式(16)变换为式(17)，变换后的热阻网络模型表达式如式(18)所示：
bn×1＝[b1,b2,...,bm,...,bn]T (16)
b'n×1＝[b1,b2,...,bm-am,mTm,...,bn]T (17)
Q'n×nTn×1＝b'n×1 (18)
模块M7.4：通过矩阵计算方法求解式(18)即得到电池单体所有节点的温度值。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明实现了大尺寸动力电池内部温度的非侵入式测量，具有计算量小、易于实车实现的特点；
2、本发明基于扩展集总参数模型和最小二乘法进行热参数在线估计，实现了不同寿命阶段热参数的自适应调整；
3、本发明所提出的内部温度无损软测量方法，可准确实现大尺寸动力电池的实时温度检测和最高温度点定位。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中电池单体热阻模型；
图2为本发明中集总参数模型与扩展集总参数模型；
图3为本发明中大尺寸动力电池内部温度无损软测量方法的流程示意图。
图2中a为集总参数模型，b为扩展集总参数模型
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的一种电池内部三维温度无损软测量方法，包括
步骤M1：基于实际单体温度求解的需求，对电池单体进行节点划分；
具体地，所述步骤M1包括：实际单体温度求解需求包括温度节点的分布密度需求，即电池温度的实际求解精度的需求，是通过温度节点的实际三维尺寸进行调整，实际三维尺寸包括：温度节点长度、温度节点宽度及温度节点高度；
根据温度节点的密度进行划分，比如电池的温度节点一般学者取3cm×3cm×3cm为宜。
步骤M2：由内部节点和周围六个节点联立的方式构成七个节点的热流平衡方程，联立七节点的热流平衡方程得到电池单体热阻模型；
热阻模型是传热模型的基本模型之一，本发明中针对电池结构构建电池热阻模型。其目的在于无需使用复杂的电池产热模型，仅用测点温度和环境温度即可实现电池内部温度测量。
具体地，所述步骤M2包括：联立的七节点热流平衡方程将环境温度作为一个变温节点，温度值为环境温度传感器测得的实际温度。
步骤M3：节点间由热阻进行连接，单体节点间采用传导热阻进行连接，单体节点与环境节点采用对流热阻进行连接；
步骤M4：集总参数模型配合最小二乘法计算对流热阻和电池比热容；扩展集总参数模型结合最小二乘法计算传导热阻；
具体地，所述步骤M4包括：
扩展集总参数模型将电池单体由表面节点、内部节点和环境温度节点进行扩展，单体由三节点扩展为八节点，环境温度节点转化为同一节点；八节点包括：一个内部节点及其周围节点(包括上、下、左、右、前、后)和环境节点。
所述计算传导热阻包括：
步骤M4.1：扩展集总参数模型中，利用热平衡原理得出任一内部节点温度与其周围节点温度的关系：
其中，Cp代表电池比热容；下标p代表前面、左面或者上面；代表内部节点温度的变化率；Tin代表内部节点温度；Q代表产热量；下标n代表后面、右面或者下面；下标d代表热传导；Tx,p代表x轴左面节点温度；Tx,n代表x轴右面节点温度；Ty,p代表y轴前面节点温度；Ty,n代表y轴后面节点温度；Tz,p代表z轴上面节点温度；Tz,n代表z轴下面节点温度；Rd,x代表X轴向的传导热阻；Rd,y代表Y轴向的传导热阻；Rd,z代表Z轴向的传导热阻；
步骤M4.2：建立内部节点温度与x、y、z轴表面温度的关系：
其中，Tamb代表环境温度；下标amb代表环境；Rv,x代表x轴方向对流热阻；Rv,y代表y轴方向对流热阻；Rv,z代表z轴方向对流热阻；下标v代表热对流；
步骤M4.3：利用公式(2)求得内部温度表达式：
其中，Δt为采样时间；1秒，T*＝T*,p+T*,n,*＝x,y,z；Tin(t)代表：t时刻内部节点温度；Tx(t)代表：t时刻x轴向节点温度；Ty(t)代表：t时刻y轴向节点温度；Tz(t)代表：t时刻z轴向节点温度；Tin(t-1)代表：t-1时刻内部节点温度；
步骤M4.4：将公式(1)、公式(2)、公式(3)合并，建立温度变量的最小二乘形式：
其中，
Φt＝[Tx(t),Ty(t),Tz(t)]T (5)
其中，代表：节点温度向量；Φt代表节点温度；θ代表节点温度的系数向量；下标t代表t时刻；上标T代表：矩阵转置；ξt代表误差项；b1代表节点温度的系数中的参量；b2代表节点温度的系数中的参量；b3代表节点温度的系数中的参量；a1代表节点温度的系数；a2代表节点温度的系数；a3代表节点温度的系数；/>
步骤M4.5：预测量θ(0)和误差矩阵P(0)设置为单位矩阵.并用替代ξt，得到：
其中，λ为遗忘因子；K为系数矩阵；I为单位矩阵；Kk+1代表第k+1步的系数矩阵；下标k代表计算步数；Pk代表第k步的误差矩阵；Φk+1代表第k+1步的节点温度向量第k+1步的节点温度向量；代表：t时刻节点温度向量的预测值；/>代表：t时刻节点温度系数向量的预测值；Tk代表：x轴向节点温度；
步骤M4.6：通过公式(9)迭代求出再联立公式(6)、公式(7)和/>求解联立的方程组即可得出三个轴方向的传导热阻：
步骤M5：利用仿真实验得到总节点数和最少测点数之间的关系，根据划分的总节点数选择最少测点数和测点布置方案；
具体地，所述步骤M5包括：
所述仿真实验根据仿真计算，采用组合法布置测点位置，运用Comsol软件仿真软件得到电池温度分布；计算不同测点位置组合下的节点温度识别结果；比较所有组合方案的节点温度识别结果，得出误差最小时总节点数与最少测点数之间的关系。
当测点数占到总节点数的8％左右时，通过合理布置测点，可实现准确识别电池三位温度。
步骤M6：使用NTC温度传感器获取测点温度和环境温度；
步骤M7：将传导热阻、对流热阻、电池比热容、测点温度及环境温度导入电池单体热阻模型，通过矩阵变换计算得到电池单体所有节点温度值；
具体地，所述步骤M7包括：
步骤M7.1：按热流平衡定律，对电池单体的三维立体中各节点编写热流平衡方程，将各节点按x方向、y方向、z方向依次递增的方式对测点温度进行编号T1,T2,...,Tn，测点温度包括单体表面测点温度和环境温度测点温度，代入建立的热流平衡方程，联立温度项系数整理后，得到
Qn×nTn×1＝bn×1 (11)
其中，Qn×n表示：所有节点温度系数的矩阵；下标n×n表示：n行n列的矩阵维度；Tn×1表示n个节点温度值的向量；下标n×1表示n行1列的矩阵维度；bn×1表示：n个节点热流平衡方程的常系数向量；
步骤M7.2：在公式(11)中，在测点Tm(m∈(1,n))温度已知的情况下，将Tm代入方程Qn×nTn×1＝bn×1中变换热阻网络方程，第m节点在Qn×n中对应节点方程为第m行，则节点的热流平衡方程为：
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,mTm+…+qm,nTn＝bm (12)
其中，qm,n代表第m行第n列节点温度的系数；
将测点Tm(m∈(1，n))的值代入式(12)中，相应的节点方程变换为
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,m-1Tm-1+qm,m+1Tm+1…+qm,nTn＝bm-qm,mTm (13)
步骤M7.3：步骤S8.3：将测点变换方程式(13)代入Qn×n中，则Qn×n由式(14)变换为式(15)，bn×1由式(16)变换为式(17)，变换后的热阻网络模型表达式如式(18)所示：
bn×1＝[b1,b2,...,bm,...,bn]T (16)
b'n×1＝[b1,b2,...,bm-am,mTm,...,bn]T (17)
Q'n×nTn×1＝b'n×1 (18)
步骤M7.4：通过矩阵计算方法求解式(18)即得到电池单体所有节点的温度值。
所述集总参数模型是指将电池单体划分为表面节点、内部节点和环境温度节点；
所述扩展集总参数模型是指在集总参数模型将电池单体的三节点扩展为八节点，八节点包括：由某一内部节点及周围内部节点(包括上、下、左、右、前、后)和环境节点。
本发明提供的一种电池内部三维温度无损软测量系统，包括
模块M1：基于实际单体温度求解的需求，对电池单体进行节点划分；
具体地，所述模块M1包括：实际单体温度求解需求包括温度节点的分布密度需求，即电池温度的实际求解精度的需求，是通过温度节点的实际三维尺寸进行调整，实际三维尺寸包括：温度节点长度、温度节点宽度及温度节点高度；
根据温度节点的密度进行划分，比如电池的温度节点一般学者取3cm×3cm×3cm为宜。
模块M2：由内部节点和周围六个节点联立的方式构成七个节点的热流平衡方程，联立七节点的热流平衡方程得到电池单体热阻模型；
热阻模型是传热模型的基本模型之一，本发明中针对电池结构构建电池热阻模型。其目的在于无需使用复杂的电池产热模型，仅用测点温度和环境温度即可实现电池内部温度测量。
具体地，所述模块M2包括：联立的七节点热流平衡方程将环境温度作为一个变温节点，温度值为环境温度传感器测得的实际温度。
模块M3：节点间由热阻进行连接，单体节点间采用传导热阻进行连接，单体节点与环境节点采用对流热阻进行连接；
模块M4：集总参数模型配合最小二乘法计算对流热阻和电池比热容；扩展集总参数模型结合最小二乘法计算传导热阻；
具体地，所述模块M4包括：
扩展集总参数模型将电池单体由表面节点、内部节点和环境温度节点进行扩展，单体由三节点扩展为八节点，环境温度节点转化为同一节点；八节点包括：一个内部节点及其周围节点(包括上、下、左、右、前、后)和环境节点。
所述计算传导热阻包括：
模块M4.1：扩展集总参数模型中，利用热平衡原理得出内部温度与表面温度的关系：
其中，Cp代表电池比热容；下标p代表前面、左面或者上面；代表内部节点温度的变化率；Tin代表内部节点温度；Q代表产热量；下标n代表后面、右面或者下面；下标d代表热传导；Tx,p代表x轴左面节点温度；Tx,n代表x轴右面节点温度；Ty,p代表y轴前面节点温度；Ty,n代表y轴后面节点温度；Tz,p代表z轴上面节点温度；Tz,n代表z轴下面节点温度；Rd,x代表X轴向的传导热阻；Rd,y代表Y轴向的传导热阻；Rd,z代表Z轴向的传导热阻；
模块M4.2：建立x、y、z轴表面温度的关系：
其中，Tamb代表环境温度；下标amb代表环境；Rv,x代表x轴方向对流热阻；Rv,y代表y轴方向对流热阻；Rv,z代表z轴方向对流热阻；下标v代表热对流；
模块M4.3：利用公式(2)求得内部温度表达式：
其中，Δt为采样时间；1秒，T*＝T*,p+T*,n,*＝x,y,z；Tin(t)代表：t时刻内部节点温度；Tx(t)代表：t时刻x轴向节点温度；Ty(t)代表：t时刻y轴向节点温度；Tz(t)代表：t时刻z轴向节点温度；Tin(t-1)代表：t-1时刻内部节点温度；
模块M4.4：将公式(1)、公式(2)、公式(3)合并，建立温度变量的最小二乘形式：
其中，
Φt＝[Tx(t),Ty(t),Tz(t)]T (5)
其中，代表：节点温度向量；Φt代表节点温度；θ代表节点温度的系数向量；下标t代表t时刻；上标T代表：矩阵转置；ξt代表误差项；b1代表节点温度的系数中的参量；b2代表节点温度的系数中的参量；b3代表节点温度的系数中的参量；a1代表节点温度的系数；a2代表节点温度的系数；a3代表节点温度的系数；
模块M4.5：预测量θ(0)和误差矩阵P(0)设置为单位矩阵.并用替代ξt，得到：
其中，λ为遗忘因子；K为系数矩阵；I为单位矩阵；Kk+1代表第k+1步的系数矩阵；下标k代表计算步数；Pk代表第k步的误差矩阵；Φk+1代表第k+1步的节点温度向量第k+1步的节点温度向量；代表：t时刻节点温度向量的预测值；/>代表：t时刻节点温度系数向量的预测值；Tk代表：x轴向节点温度；
模块M4.6：通过公式(9)迭代求出再联立公式(6)、公式(7)和/>求解联立的方程组即可得出三个轴方向的传导热阻：
模块M5：利用仿真实验得到总节点数和最少测点数之间的关系，根据划分的总节点数选择最少测点数和测点布置方案；
具体地，所述模块M5包括：
所述仿真实验根据仿真计算，采用组合法布置测点位置，运用Comsol软件仿真软件得到电池温度分布；计算不同测点位置组合下的节点温度识别结果；比较所有组合方案的节点温度识别结果，得出误差最小时总节点数与最少测点数之间的关系。
当测点数占到总节点数的8％左右时，通过合理布置测点，可实现准确识别电池三位温度。
模块M6：使用NTC温度传感器获取测点温度和环境温度；
模块M7：将传导热阻、对流热阻、电池比热容、测点温度及环境温度导入电池单体热阻模型，通过矩阵变换计算得到电池单体所有节点温度值；
具体地，所述模块M7包括：
模块M7.1：按热流平衡定律，对电池单体的三维立体中各节点编写热流平衡方程，将各节点按x方向、y方向、z方向依次递增的方式对测点温度进行编号T1,T2,...,Tn，测点温度包括单体表面测点温度和环境温度测点温度，代入建立的热流平衡方程，联立温度项系数整理后，得到
Qn×nTn×1＝bn×1 (11)
其中，Qn×n表示：所有节点温度系数的矩阵；下标n×n表示：n行n列的矩阵维度；Tn×1表示n个节点温度值的向量；下标n×1表示n行1列的矩阵维度；bn×1表示：n个节点热流平衡方程的常系数向量；
模块M7.2：在公式(11)中，在测点Tm(m∈(1,n))温度已知的情况下，将Tm代入方程Qn×nTn×1＝bn×1中变换热阻网络方程，第m节点在Qn×n中对应节点方程为第m行，则节点的热流平衡方程为：
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,mTm+…+qm,nTn＝bm (12)
其中，qm,n代表第m行第n列节点温度的系数；
将测点Tm(m∈(1，n))的值代入式(12)中，相应的节点方程变换为
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,m-1Tm-1+qm,m+1Tm+1…+qm,nTn＝bm-qm,mTm (13)
模块M7.3：模块S8.3：将测点变换方程式(13)代入Qn×n中，则Qn×n由式(14)变换为式(15)，bn×1由式(16)变换为式(17)，变换后的热阻网络模型表达式如式(18)所示：
bn×1＝[b1,b2,...,bm,...,bn]T (16)
b'n×1＝[b1,b2,...,bm-am,mTm,...,bn]T (17)
Q'n×nTn×1＝b'n×1 (18)
模块M7.4：通过矩阵计算方法求解式(18)即得到电池单体所有节点的温度值。
所述集总参数模型是指将电池单体划分为表面节点、内部节点和环境温度节点；
所述扩展集总参数模型是指在集总参数模型将电池单体的三节点扩展为八节点，八节点包括：由一个内部节点及周围节点(包括上、下、左、右、前、后)和环境节点。
以下优选例对本发明作进一步详细说明：
如图1和图2所示，本发明一种大尺寸动力电池内部温度无损软测量方法，其中预测方法包括七节点热平衡单元、单体热阻模型、传感器温度、集总参数模型、扩展集总参数模型和最小二乘法；所述的单体热阻模型由七节点热平衡单元构成，通过集总参数模型结合最小二乘法计算对流热阻和比热容，采用扩展集总参数模型结合最小二乘法计算传导热阻；所述传感器温度和热参数导入单体热阻模型。
如图3所示，结合图1和图2，本发明提供的大尺寸动力电池内部温度无损软测量方法，包括如下步骤：
步骤S1：基于实际单体温度求解的需求，对电池单体进行节点划分；
步骤S2：采用内部节点与周围六个节点联立的方式构建七个节点的热流平衡方程，联立七节点热流平衡方程后组成电池单体热阻模型。其中：节点间由热阻进行连接，单体节点间采用传导热阻进行连接，单体节点与环境节点采用对流热阻进行连接；
步骤S3：集总参数模型配合最小二乘法计算对流热阻和比热容；
步骤S4：扩展集总参数模型结合最小二乘法计算传导热阻；
步骤S5：利用实验得出总节点数和最少测点数之间的关系；
步骤S6：根据划分的总节点数选择最少测点数和测点布置方案；
步骤S7：使用NTC温度传感器获取测点温度和环境温度；
步骤S8：将传导热阻、对流热阻、比热容、和传感器温度导入单体热阻模型；
步骤S9：热阻模型通过矩阵变换即可得到所有节点温度值。
单体温度求解需求是指各节点的实际三维尺寸，包括节点长度、节点宽度和节点高度。联立的七节点热流平衡方程将环境温度作为一个变温节点，温度值为环境温度传感器测得的实际温度。集总参数模型将单体简化为表面节点、内节点和环境温度节点。扩展集总参数模型将单体由三节点扩展为八节点，且各方向环境节点简化为同一节点。
在步骤S4中运用扩展集总参数模型和最小二乘法计算电池传导热阻，具体步骤如下：
步骤S4.1：扩展集总参数模型中，利用热平衡原理得出任一内部节点温度与周围节点温度的关系如式(19)。
式中：Tx,p，Tx,n，Ty,p，Ty,n，Tz,p和Tz,n分别是三个轴向的表面温度；Rd,x，Rd,y和Rd,z分别是三个轴向的传导热阻。
步骤S4.2：建立三个轴向表面温度的关系，如式(20)。
步骤S4.3：利用式(21)求得内部温度表达式。
式中：Δt为采样时间，1秒；T*＝T*,p+T*,n,*＝x,y,z。
步骤S4.4：将式(19)～(21)合并，建立温度变量的最小二乘形式，如式(22)。
式中：
Φt＝[Tx(t),Ty(t),Tz(t)]T (23)
/>
步骤S4.5：预测量θ(0)和误差矩阵P(0)设置为单位矩阵，并用替代ξt。
式中：λ为遗忘因子；K为系数矩阵；I为单位矩阵。
步骤S4.6：计算每个时间步长后式(27)的值，依次迭代即可求得三个轴方向的传导热阻，如式(28)所示。
测点数和测点位置由实验归纳得出，测点数确定的同时，测点位位置也同样确定。步骤S8中将测点温度和已知参数导入单体热阻模型由如下步骤构成：
步骤S8.1：按热流平衡定律，对三维立体中各节点编写热流平衡方程。将各节点按x方向、y方向、z方向依次递增的方式进行编号T1，T2，…，Tn，将其代入建立的热流平衡方程，联立温度项系数整理后，得到
Qn×nTn×1＝bn×1 (29)
步骤S8.2：式(29)中，在测点Tm(m∈(1，n))温度已知的情况下，将Tm代入方程Qn× nTn×1＝bn×1中变换热阻网络方程。第m节点在Qn×n中对应节点方程为第m行，则节点的热流平衡方程为
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,mTm+…+qm,nTn＝bm (30)
将测点Tm(m∈(1，n))的值代入式(30)中，相应的节点方程变换为
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,m-1Tm-1+qm,m+1Tm+1…+qm,nTn＝bm-qm,mTm (31)
步骤S8.3：将测点变换方程式(31)代入Qn×n中，则Qn×n由式(32)变换为式(33)，bn×1由式(34)变换为式(35)，变换后的热阻网络模型表达式如式(36)所示。
bn×1＝[b1,b2,...,bm,...,bn]T (34)
b'n×1＝[b1,b2,...,bm-am,mTm,...,bn]T (35)
Q'n×nTn×1＝b'n×1 (36)
步骤S8.4：通过矩阵计算方法求解式(36)即可得到所有节点的温度值。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种电池内部三维温度无损软测量方法，其特征在于，包括
步骤M1：基于实际单体温度求解的需求，对电池单体进行节点划分；
步骤M2：由内部节点和周围预设数量节点联立的方式构成预设数量节点的热流平衡方程，联立所有节点的热流平衡方程得到电池单体热阻模型；
步骤M3：节点间由热阻进行连接，单体节点间采用传导热阻进行连接，单体节点与环境节点采用对流热阻进行连接；
步骤M4：集总参数模型配合最小二乘法计算对流热阻和电池比热容；扩展集总参数模型结合最小二乘法计算传导热阻；
步骤M5：利用仿真实验得到总节点数和最少测点数之间的关系，根据划分的总节点数选择最少测点数和测点布置方案；
步骤M6：使用温度传感器获取测点温度和环境温度；
步骤M7：将传导热阻、对流热阻、电池比热容、测点温度及环境温度导入电池单体热阻模型，通过矩阵变换计算得到电池单体所有节点温度值；
所述集总参数模型是指将电池单体划分为表面节点、内部节点和环境温度节点；
所述扩展集总参数模型是指在集总参数模型将电池单体的节点划分的基础上进行扩展。
2.根据权利要求1所述的一种电池内部三维温度无损软测量方法，其特征在于，所述步骤M1包括：实际单体温度求解需求包括温度节点的分布密度需求，即电池温度的实际求解精度的需求，是通过温度节点的实际三维尺寸进行调整，实际三维尺寸包括：温度节点长度、温度节点宽度及温度节点高度；
所述步骤M2包括：热流平衡方程将环境温度作为一个变温节点，温度值为环境温度传感器测得的实际温度。
3.根据权利要求1所述的一种电池内部三维温度无损软测量方法，其特征在于，所述步骤M4包括：
扩展集总参数模型将电池单体由表面节点、内部节点和环境温度节点进行预设数量节点的扩展，环境温度节点转化为同一节点；
所述计算传导热阻包括：
步骤M4.1：扩展集总参数模型中，利用热平衡原理得出任一内部节点温度与其周围节点温度的关系：
其中，Cp代表电池比热容；下标p代表前面、左面或者上面；代表内部节点温度的变化率；Tin代表内部节点温度；Q代表产热量；下标n代表后面、右面或者下面；下标d代表热传导；Tx,p代表x轴左面节点温度；Tx,n代表x轴右面节点温度；Ty,p代表y轴前面节点温度；Ty,n代表y轴后面节点温度；Tz,p代表z轴上面节点温度；Tz,n代表z轴下面节点温度；Rd,x代表X轴向的传导热阻；Rd,y代表Y轴向的传导热阻；Rd,z代表Z轴向的传导热阻；
步骤M4.2：建立内部节点温度与x、y、z轴表面温度的关系：
其中，Tamb代表环境温度；下标amb代表环境；Rv,x代表x轴方向对流热阻；Rv,y代表y轴方向对流热阻；Rv,z代表z轴方向对流热阻；下标v代表热对流；
步骤M4.3：利用公式(2)求得内部温度表达式：
其中，Δt为采样时间；T*＝T*,p+T*,n,*＝x,y,z；Tin(t)代表：t时刻内部节点温度；Tx(t)代表：t时刻x轴向节点温度；Ty(t)代表：t时刻y轴向节点温度；Tz(t)代表：t时刻z轴向节点温度；Tin(t-1)代表：t-1时刻内部节点温度；
步骤M4.4：将公式(1)、公式(2)、公式(3)合并，建立温度变量的最小二乘形式：
Tx(t)＝＝Φt Tθ+ξt (4)
其中，
Φt＝[Tx(t),Ty(t),Tz(t)]T (5)
其中，Φt T代表：节点温度向量；Φt代表节点温度；θ代表节点温度的系数向量；下标t代表t时刻；上标T代表：矩阵转置；ξt代表误差项；b1代表节点温度的系数中的参量；b2代表节点温度的系数中的参量；b3代表节点温度的系数中的参量；a1代表节点温度的系数；a2代表节点温度的系数；a3代表节点温度的系数；
步骤M4.5：预测量θ(0)和误差矩阵P(0)设置为单位矩阵.并用替代ξt，得到：
其中，λ为遗忘因子；K为系数矩阵；I为单位矩阵；Kk+1代表第k+1步的系数矩阵；下标k代表计算步数；Pk代表第k步的误差矩阵；Φk+1代表第k+1步的节点温度向量第k+1步的节点温度向量；代表：t时刻节点温度向量的预测值；/>代表：t时刻节点温度系数向量的预测值；Tk代表：x轴向节点温度；
步骤M4.6：通过公式(9)迭代求出再联立公式(6)、公式(7)和/>求解联立的方程组即可得出三个轴方向的传导热阻：
4.根据权利要求1所述的一种电池内部三维温度无损软测量方法，其特征在于，所述步骤M5包括：
所述仿真实验根据仿真计算，采用组合法布置测点位置，运用仿真软件得到电池温度分布；计算不同测点位置组合下的节点温度识别结果；比较所有组合方案的节点温度识别结果，得出误差最小时总节点数与最少测点数之间的关系。
5.根据权利要求1所述的一种电池内部三维温度无损软测量方法，其特征在于，所述步骤M7包括：
步骤M7.1：按热流平衡定律，对电池单体的三维立体中各节点编写热流平衡方程，将各节点按x方向、y方向、z方向依次递增的方式对测点温度进行编号T1,T2,...,Tn，测点温度包括单体表面测点温度和环境温度测点温度，代入建立的热流平衡方程，联立温度项系数整理后，得到
Qn×nTn×1＝bn×1 (11)
其中，Qn×n表示：所有节点温度系数的矩阵；下标n×n表示：n行n列的矩阵维度；Tn×1表示n个节点温度值的向量；下标n×1表示n行1列的矩阵维度；bn×1表示：n个节点热流平衡方程的常系数向量；
步骤M7.2：在公式(11)中，在测点Tm(m∈(1,n))温度已知的情况下，将Tm代入方程Qn× nTn×1＝bn×1中变换热阻网络方程，第m节点在Qn×n中对应节点方程为第m行，则节点的热流平衡方程为：
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,mTm+…+qm,nTn＝bm (12)
其中，qm,n代表第m行第n列节点温度的系数；
将测点Tm(m∈(1，n))的值代入式(12)中，相应的节点方程变换为
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,m-1Tm-1+qm,m+1Tm+1…+qm,nTn＝bm-qm,mTm (13)
步骤M7.3：步骤S8.3：将测点变换方程式(13)代入Qn×n中，则Qn×n由式(14)变换为式(15)，bn×1由式(16)变换为式(17)，变换后的热阻网络模型表达式如式(18)所示：
bn×1＝[b1,b2,...,bm,...,bn]T (16)
b'n×1＝[b1,b2,...,bm-am,mTm,...,bn]T (17)
Q'n×nTn×1＝b'n×1 (18)
步骤M7.4：通过矩阵计算方法求解式(18)即得到电池单体所有节点的温度值。
6.一种电池内部三维温度无损软测量系统，其特征在于，包括
模块M1：基于实际单体温度求解的需求，对电池单体进行节点划分；
模块M2：由任一内部节点和周围预设数量节点联立的方式构成预设数量节点的热流平衡方程，联立所有节点的热流平衡方程得到电池单体热阻模型；
模块M3：节点间由热阻进行连接，单体节点间采用传导热阻进行连接，单体节点与环境节点采用对流热阻进行连接；
模块M4：集总参数模型配合最小二乘法计算对流热阻和电池比热容；扩展集总参数模型结合最小二乘法计算传导热阻；
模块M5：利用仿真实验得到总节点数和最少测点数之间的关系，根据划分的总节点数选择最少测点数和测点布置方案；
模块M6：使用温度传感器获取测点温度和环境温度；
模块M7：将传导热阻、对流热阻、电池比热容、测点温度及环境温度导入电池单体热阻模型，通过矩阵变换计算得到电池单体所有节点温度值；
所述集总参数模型是指将电池单体划分为表面节点、内部节点和环境温度节点；
所述扩展集总参数模型是指在集总参数模型将电池单体的节点划分的基础上进行扩展。
7.根据权利要求6所述的一种电池内部三维温度无损软测量系统，其特征在于，所述模块M1包括：实际单体温度求解需求包括温度节点的分布密度需求，即电池温度的实际求解精度的需求，是通过温度节点的实际三维尺寸进行调整，实际三维尺寸包括：温度节点长度、温度节点宽度及温度节点高度；
所述模块M2包括：热流平衡方程将环境温度作为一个变温节点，温度值为环境温度传感器测得的实际温度。
8.根据权利要求6所述的一种电池内部三维温度无损软测量系统，其特征在于，所述模块M4包括：
扩展集总参数模型将电池单体由表面节点、内部节点和环境温度节点进行预设数量节点的扩展，环境温度节点转化为同一节点；
所述计算传导热阻包括：
模块M4.1：扩展集总参数模型中，利用热平衡原理得出任一内部节点温度与其周围节点温度的关系：
其中，Cp代表电池比热容；下标p代表前面、左面或者上面；代表内部节点温度的变化率；Tin代表内部节点温度；Q代表产热量；下标n代表后面、右面或者下面；下标d代表热传导；Tx,p代表x轴左面节点温度；Tx,n代表x轴右面节点温度；Ty,p代表y轴前面节点温度；Ty,n代表y轴后面节点温度；Tz,p代表z轴上面节点温度；Tz,n代表z轴下面节点温度；Rd,x代表X轴向的传导热阻；Rd,y代表Y轴向的传导热阻；Rd,z代表Z轴向的传导热阻；
模块M4.2：建立内部节点温度与x、y、z轴表面温度的关系：
其中，Tamb代表环境温度；下标amb代表环境；Rv,x代表x轴方向对流热阻；Rv,y代表y轴方向对流热阻；Rv,z代表z轴方向对流热阻；下标v代表热对流；
模块M4.3：利用公式(2)求得内部温度表达式：
其中，Δt为采样时间；T*＝T*,p+T*,n,*＝x,y,z；Tin(t)代表：t时刻内部节点温度；Tx(t)代表：t时刻x轴向节点温度；Ty(t)代表：t时刻y轴向节点温度；Tz(t)代表：t时刻z轴向节点温度；Tin(t-1)代表：t-1时刻内部节点温度；
模块M4.4：将公式(1)、公式(2)、公式(3)合并，建立温度变量的最小二乘形式：
Tx(t)＝＝Φt Tθ+ξt (4)
其中，
Φt＝[Tx(t),Ty(t),Tz(t)]T (5)
其中，Φt T代表：节点温度向量；Φt代表节点温度；θ代表节点温度的系数向量；下标t代表t时刻；上标T代表：矩阵转置；ξt代表误差项；b1代表节点温度的系数中的参量；b2代表节点温度的系数中的参量；b3代表节点温度的系数中的参量；a1代表节点温度的系数；a2代表节点温度的系数；a3代表节点温度的系数；
模块M4.5：预测量θ(0)和误差矩阵P(0)设置为单位矩阵.并用替代ξt，得到：
其中，λ为遗忘因子；K为系数矩阵；I为单位矩阵；Kk+1代表第k+1步的系数矩阵；下标k代表计算步数；Pk代表第k步的误差矩阵；Φk+1代表第k+1步的节点温度向量第k+1步的节点温度向量；代表：t时刻节点温度向量的预测值；/>代表：t时刻节点温度系数向量的预测值；Tk代表：x轴向节点温度；
模块M4.6：通过公式(9)迭代求出再联立公式(6)、公式(7)和/>求解联立的方程组即可得出三个轴方向的传导热阻：
9.根据权利要求6所述的一种电池内部三维温度无损软测量系统，其特征在于，所述模块M5包括：
所述仿真实验根据仿真计算，采用组合法布置测点位置，运用仿真软件得到电池温度分布；计算不同测点位置组合下的节点温度识别结果；比较所有组合方案的节点温度识别结果，得出误差最小时总节点数与最少测点数之间的关系。
10.根据权利要求6所述的一种电池内部三维温度无损软测量系统，其特征在于，所述模块M7包括：
模块M7.1：按热流平衡定律，对电池单体的三维立体中各节点编写热流平衡方程，将各节点按x方向、y方向、z方向依次递增的方式对测点温度进行编号T1,T2,...,Tn，测点温度包括单体表面测点温度和环境温度测点温度，代入建立的热流平衡方程，联立温度项系数整理后，得到
Qn×nTn×1＝bn×1 (11)
其中，Qn×n表示：所有节点温度系数的矩阵；下标n×n表示：n行n列的矩阵维度；Tn×1表示n个节点温度值的向量；下标n×1表示n行1列的矩阵维度；bn×1表示：n个节点热流平衡方程的常系数向量；
模块M7.2：在公式(11)中，在测点Tm(m∈(1,n))温度已知的情况下，将Tm代入方程Qn× nTn×1＝bn×1中变换热阻网络方程，第m节点在Qn×n中对应节点方程为第m行，则节点的热流平衡方程为：
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,mTm+…+qm,nTn＝bm (12)
其中，qm,n代表第m行第n列节点温度的系数；
将测点Tm(m∈(1，n))的值代入式(12)中，相应的节点方程变换为
qm,1T1+qm,2T2+…+qm,m-1Tm-1+qm,m+1Tm+1…+qm,nTn＝bm-qm,mTm (13)
模块M7.3：模块S8.3：将测点变换方程式(13)代入Qn×n中，则Qn×n由式(14)变换为式(15)，bn×1由式(16)变换为式(17)，变换后的热阻网络模型表达式如式(18)所示：
bn×1＝[b1,b2,...,bm,...,bn]T (16)
b'n×1＝[b1,b2,...,bm-am,mTm,...,bn]T (17)
Q'n×nTn×1＝b'n×1 (18)
模块M7.4：通过矩阵计算方法求解式(18)即得到电池单体所有节点的温度值。
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Citations (3)
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| CN106872904A (zh) * | 2017-02-23 | 2017-06-20 | 合肥工业大学 | 基于离散滑模观测器的锂电池内部温度估计方法 |
| WO2019144657A1 (zh) * | 2018-01-29 | 2019-08-01 | 华南理工大学 | 一种动态确定高压电缆暂态热路中绝缘最佳分层数的方法 |
Non-Patent Citations (2)
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| 基于外部观测温度预测锂电池电极温度的研究;刘庆荣;徐康康;彭敏;;电源技术;20180820(第08期);全文 * |
| 混合动力汽车电池管理系统;张忠义;羌嘉曦;杨林;朱建新;;机电工程技术;20060128(第01期);全文 * |
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