CN115128465A - 电池热仿真系统、方法及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电池管理技术领域,提供了一种电池热仿真系统、方法及电子设备,其中,电池热仿真系统包括:第一获取单元,用于获取第一时刻电池包内的待测电芯表面的第一温度值;仿真单元,用于对待测电芯进行热仿真,并获取待测电芯的等效热阻值以及待测电芯对应的接触热阻值;产热功率确定单元,用于确定待测电芯在第一时刻的产热功率;温度确定单元,用于将所述第一温度值、所述等效热阻值、所述接触热阻值以及所述产热功率导入预设的等效热阻电路模型中,得到第一时刻待测电芯内部的温度值,从而可以提高待测电芯内部的温度值的计算效率,且可以实现对电池包内的每个待测电芯内部的温度值的实时检测。
Description
技术领域
本发明属于电池管理技术领域,尤其涉及一种电池热仿真系统、方法及电子设备。
背景技术
电池热管理是电池管理系统(battery management system,BMS)的主要功能之一,电池热管理的目的之一是使电池包内的各个电芯工作在合适的温度范围内,保持各个电芯的温度均匀,以维持其最佳的使用状态,确保电芯的性能和寿命。而实现电池热管理功能的关键是准确检测电池包内各个电芯的温度值。
传统的电芯温度检测方法通常是通过设置在电池包内的有限个温度传感器来采集各个电芯表面或极柱的温度值,通过各个电芯表面或极柱的温度值来表示各个电芯的温度值。然而,由于电芯在充放电过程中会产生热量,且存在热量传递现象,因此,从电芯内部到电芯表面存在一定的温度梯度,电芯表面或极柱的温度值无法准确表示电芯的真实温度值,因此还需要对电芯内部的温度值进行检测。现有技术提出了一种基于电芯的热物理仿真系统计算电芯内部的温度值的方法,然而,电芯的热物理场仿真系统较为复杂,从而导致电芯内部的温度值的计算效率较低,且该模型无法实现对电芯内部的温度值的实时检测。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种电池热仿真系统、方法及电子设备,以解决现有的电芯热物理仿真系统存在的电芯内部的温度值的计算效率较低,且无法实现对电芯内部的温度值的实时检测的技术问题。
第一方面,本发明实施例提供一种电池热仿真系统,包括:
第一获取单元,用于获取第一时刻电池包内的待测电芯表面的第一温度值;
仿真单元,用于对所述待测电芯进行热仿真,并获取所述待测电芯的等效热阻值以及所述待测电芯对应的接触热阻值;
产热功率确定单元,用于确定所述待测电芯在所述第一时刻的产热功率;
温度确定单元,用于将所述第一温度值、所述等效热阻值、所述接触热阻值以及所述产热功率导入预设的等效热阻电路模型中,得到所述第一时刻所述待测电芯内部的温度值。
通过采用上述技术方案,将电池包中的各个待测电芯在充放电过程中的热量传递情况等效为热阻电路模型,由于等效热阻电路模型的各个输入参量均为电芯的常用电性能参量,因此在通过该等效热阻电路模型计算待测电芯内部的温度值时无需执行更多繁琐的参量获取操作,从而提高了电芯内部的温度值的计算效率,且通过该等效热阻电路模型可以实现对任一时刻每个待测电芯内部的温度值的检测,即实现对每个待测电芯内部的温度值的实时检测。
可选的,所述产热功率确定单元包括:
第一采集单元,用于采集所述待测电芯在所述第一时刻的电流值和开路电压值;
荷电状态确定单元,用于根据所述开路电压值确定所述待测电芯在所述第一时刻的目标荷电状态;
第一确定单元,用于根据所述目标荷电状态确定所述待测电芯在所述第一时刻的目标平衡电极电位和目标熵值系数值;
第一温度获取单元,用于获取第二时刻所述待测电芯内部的温度值;所述第二时刻为所述第一时刻的上一时刻;
第一计算单元,用于根据所述电流值、所述开路电压值、所述目标平衡电极电位、所述目标熵值系数值以及所述第二时刻所述待测电芯内部的温度值计算所述产热功率。
通过采用上述技术方案,可以提高计算得到的待测电芯在第一时刻的产热功率的准确性,进而提高根据该产热功率得到的第一时刻该待测电芯内部的温度值的准确性。
可选的,所述等效热阻值包括对流换热热阻值;相应地,所述仿真单元包括:
第二温度获取单元,用于获取所述电池包内的冷却液在所述第一时刻的第二温度值;
对流换热系数值确定单元,用于根据所述第二温度值确定目标对流换热系数值;
对流换热热阻值计算单元,用于根据以下公式计算所述待测电芯的对流换热热阻值:
其中,Rconv为所述待测电芯的对流换热热阻值,h为所述目标对流换热系数值,A为所述待测电芯垂直于热流方向的截面积。
可选的,所述等效热阻值包括导热热阻值;相应地,所述仿真单元包括:
导热热阻值计算单元,用于根据以下公式计算所述待测电芯的导热热阻值:
其中,Rin为所述待测电芯的导热热阻值,d为所述待测电芯在热流方向上的厚度,k为所述待测电芯的导热系数,A为所述待测电芯垂直于热流方向的截面积。
可选的,所述第一计算单元具体用于:
根据以下公式计算所述产热功率:
可选的,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当j=1时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j+1个所述待测电芯的内部的温度值以及第j个所述待测电芯的第二接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第二接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j+1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
可选的,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当2≤j≤n-1时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j-1个所述待测电芯内部的温度值、第j+1个所述待测电芯的内部的温度值、第j个所述待测电芯的第一接触热阻值以及第j个所述待测电芯的第二接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第一接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j-1个所述电芯的交界面的导热热阻值,第j个所述待测电芯的第二接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j+1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
可选的,,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当j=n时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j-1个所述待测电芯内部的温度值、以及第j个所述待测电芯的第一接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第一接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j-1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
通过采用上述技术方案,可以使得通过该等效热阻电路模型得到的待测电芯内部的温度值更加准确。
第二方面,本发明实施例提供一种电池热仿真方法,包括:
获取第一时刻电池包内的待测电芯表面的第一温度值;
对所述待测电芯进行热仿真,并获取所述待测电芯的等效热阻值以及所述待测电芯对应的接触热阻值;
确定所述待测电芯在所述第一时刻的产热功率;
将所述第一温度值、所述等效热阻值、所述接触热阻值以及所述产热功率导入预设的等效热阻电路模型中,得到所述第一时刻所述待测电芯内部的温度值。
第三方面,本发明实施例提供一种电子设备,所述电子设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如第二方面所述的电池热仿真方法。
第四方面,本发明实施例提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述的电池热仿真方法。
第五方面,本发明实施例提供一种计算机程序产品,当所述计算机程序产品在电子设备上运行时,使得所述电子设备执行上述第二方面所述的电池热仿真方法。
可以理解的是,上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述,在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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为本发明实施例提供的一种热流方向的示意图;
图2为本发明实施例提供的一种电池热仿真方法的示意性流程图;
图3为本发明实施例提供的一种电池热仿真方法中S23的具体实现流程图;
图4为本发明实施例提供的一种电池包内的n个电芯的等效热阻电路结构示意图;
图5为本发明实施例提供的一种电池包内的n个电芯的等效热阻电路模型的示意性结构图;
图6为本发明实施例提供的一种电池热仿真系统的结构示意图;
图7为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在本发明的说明书和权利要求书的描述中,术语“第一”、“第二”及“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形等都意味着“包括但不限于”,除非是以其他方式另外特别强调。
为了便于理解,以下先对与本发明实施例相关的一些概念进行说明。
电芯:指单个含有正、负极的电化学电芯,通常也被称为电池单体,其是组成电池模组和电池包的基本单元。
电池模组:由多个电芯通过串联连接和/或并联连接而形成的电芯集合。
电池包:通过集成多个电池模组,并加入电池管理系统(battery managementsystem,BMS),且采用外壳对电池模组和BMS等进行封装后得到的成品电池。
在具体应用中,为了提高电池包内部的空间利用率,电池包内的多个电芯通常沿预设方向依次排列,且每相邻两个电芯之间相互接触,每相邻两个电芯之间的接触部分即为该两个电芯的交界面。本发明实施例将与每相邻两个电池的交界面垂直的方向定义为电芯的排列方向,该排列方向即为上述的预设方向。
由于BMS的功能之一是实现对电池包内的各个电芯的热管理,而实现电芯热管理功能的关键是准确检测电池包内的各个电芯的温度值,因此,BMS中通常包括多个温度传感器,该多个温度传感器与电池包内的多个电芯之间具有一定的对应关系,温度传感器与电芯之间的对应关系可以根据实际需求设置。
示例性的,假如电池包内包括n个电芯,电池包内的BMS中包括m个温度传感器,其中,m和n均为正整数。那么,在一种可能的实现方式中,当m小于n时,每个温度传感器对应至少一个电芯,例如,若m=3,n=9,则每个温度传感器对应3个电芯。在一个具体示例中,第一温度传感器可以对应第一电芯、第二电芯及第三电芯,第二温度传感器可以对应第四电芯、第五电芯及第六电芯,第三温度传感器可以对应第七电芯、第八电芯及第九电芯。在另一种可能的实现方式中,当m等于n时,每个温度传感器仅对应一个电芯。
在具体应用中,可以将温度传感器靠近其所对应的电芯设置,这样便可以通过温度传感器采集到的温度值去描述其所对应的电芯表面的温度值。
由于在电芯的充放电过程中存在热量传递现象,因此从电芯内部到电芯表面存在一定的温度梯度,仅通过电芯表面的温度值无法准确表示电芯的真实温度值,因此还需要对电芯内部的温度值进行检测。
电芯的热物理场仿真系统可以根据有限参数计算电芯内部的温度值,目前已得到了广泛应用。然而,电芯的热物理场仿真系统较为复杂,因此在通过电芯的热物理场仿真系统计算电芯内部的温度值时,计算效率较低,且该模型无法实现对电芯内部的温度值的实时检测。
基于此,本发明实施例提供一种电池热仿真系统、方法及电子设备,通过将电池包中的电芯在充放电过程中的热量传递情况等效为热阻电路模型,该等效热阻电路模型不仅容易实现,而且对电芯内部的温度值的检测效率较高,同时还可以实现对电池包内的每个电芯内部的温度值的实时检测。
具体地,电场与热场之间的类比关系可以如表1所示。
表1电场与热场之间的类比关系
电场中的参量(单位) | 热场中的参量(单位) |
电压U(V) | 温度T(℃) |
电流I(A) | 热源的产热功率Q(W) |
电阻R(Ω) | 热阻R(℃/W) |
电芯在充放电过程中会产生热量,且存在热量传递现象。热量在电芯内部通常以热传导的方式传递,热量在电芯表面通常以热对流和热辐射的方式传递。
热量在电芯内部或电芯表面传递时,电芯会对热量的传递产生一定的阻力,通常将电芯阻止热量传递的能力称为电芯的热阻。具体地,将热量在电芯内部以热传导的方式传递时电芯对其产生的阻力称为电芯的导热热阻,将热量在电芯表面以热对流的方式传递时电芯对其产生的阻力称为电芯的对流换热热阻。
电芯的导热热阻值可以通过以下公式(1)计算得到:
其中,Rin为电芯的导热热阻值,d为电芯在热流方向上的厚度,k为电芯的导热系数,A为电芯垂直于热流方向的截面积。
需要说明的是,当热量在电芯内部以热传导的方式传递且经过该电芯与其相邻电芯的交界面时,该交界面也会对热量产生一定的阻力,通常将热量在电芯内部以热传导的方式传递时相邻两个电芯的交界面对热量产生的阻力称为该交界面的导热热阻值,也即这两个电芯对应的接触热阻。
电芯对应的接触热阻值也可以通过上述公式(1)计算得到。当通过上述公式(1)计算某电芯对应的接触热阻值时,公式(1)中的Rin为该电芯对应的接触热阻值,d为该电芯与其相邻电芯的交界面在热流方向上的厚度,k为该电芯的导热系数,A为该电芯与其相邻电芯的交界面的面积。
电芯的对流换热热阻值可以通过以下公式(2)计算得到:
其中,Rconv为电芯的对流换热热阻值,h为对流换热系数,A为电芯垂直于热流方向的截面积。
本实施例中,热流方向指热量的传递方向。
示例性的,请参阅图1,图1为本发明实施例提供的一种热流方向的示意图。如图1所示,假如热流方向为电芯的排列方向(例如图中箭头所指的方向),那么第一电芯11在热流方向上的厚度为d1,第二电芯12在热流方向上的厚度为d2,第一电芯11与第二电芯12的交界面13在热流方向上的厚度为d3。第一电芯11垂直于热流方向的截面积、第二电芯12垂直于热流方向的截面积以及第一电芯11与第二电芯12的交界面的面积均为图中的阴影部分的面积。
在本发明的一个实施例中,电芯的导热系数值可以通过以下方式获得:
建立电芯的热仿真系统,通过该热仿真系统得到电芯在不同环境温度下的多个导热系数值,将该多个导热系数值的均值作为电芯的导热系数值。其中,电芯的热仿真系统为现有技术,此处不对其建立过程及使用原理等进行赘述。
由于热量在电芯表面传递时所对应的热对流现象通常是由于电池包内的冷却液引起的,因此,对流换热系数值与电池包内的冷却液的温度相关。基于此,在具体应用中,可以根据电池包内的冷却液的温度确定对流换热系数值。
需要说明的是,热量传递现象的存在通常会对电芯的产热功率造成影响。
现有技术在假设电芯内部的物质发热均匀的情况下,基于能量守恒定律提出了电芯充放电过程中的产热方程,该产热方程在常规充放电情况下的简化形式(即下述公式(3))被广泛应用于电芯的产热功率的评估。具体如下:
在具体应用中,可以通过对每个电芯进行电性能测试,获得每个电芯的开路电压(open circuit voltage,OCV)-荷电状态(state of charge,SOC)曲线以及每个电芯在不同SOC下的平衡电极电位和熵值系数值。
其中,OCV用于描述电芯在开路状态下其正负极之间的电位差。
SOC用于描述电芯的剩余容量,SOC的值通常通过电芯的剩余容量占电芯总容量的百分比表示,取值范围为0~1,当SOC的值为0时,表示电芯完全放电;当SOC的值为1时,表示电芯完全充满电。
本发明实施例中,电芯在不同SOC下平衡电极电位可以通过电芯的SOC与平衡电极电位之间的对应关系描述,电芯在不同SOC下的熵值系数值可以通过电芯的SOC与熵值系数值之间的对应关系描述。
以下对本发明实施例提供的电芯温度检测方法进行详细说明。
请参阅图2,图2为本发明实施例提供的一种电池热仿真方法的示意性流程图。本发明实施例中,电池热仿真方法的执行主体为电子设备。在具体应用中,电子设备可以包括但不限于电脑、手机及平板等设备。
如图2所示,该电池热仿真方法可以包括S21~S24,详述如下:
S21:获取第一时刻电池包内的待测电芯表面的第一温度值。
本实施例中,待测电芯可以是电池包内的任一电芯。在具体应用中,电池包可以是二次电池的电池包,例如锂离子电池包。第一时刻可以是任一时刻。
在本发明的一个实施例中,电子设备中预先存储有电池包内的各个电芯与各个温度传感器之间的对应关系。电子设备可以根据该对应关系确定待测电芯对应的目标温度传感器,且将目标温度传感器在第一时刻采集到的温度值确定为第一时刻该待测电芯表面的第一温度值。
S22:对所述待测电芯进行热仿真,并获取所述待测电芯的等效热阻值以及所述待测电芯对应的接触热阻值。
由于电芯产生的热量在电芯内部主要以热传导方式传递,在电芯表面主要以热对流和热辐射方式传递,因此,本实施例中,待测电芯的等效热阻值可以包括待测电芯的导热热阻值、对流换热热阻值及辐射热阻中的任意一种或任意至少两种的组合。
在本发明的一个实施例中,电子设备可以对待测电芯进行热仿真,并通过上述公式(1)计算待测电芯的导热热阻值以及待测电芯对应的接触热阻值,通过上述公式(2)计算待测电芯的对流换热热阻值,以及通过现有的辐射热阻值计算公式计算待测电芯的辐射热阻值。
需要说明的是,由于电池包内的n个电芯沿预设方向依次排列,且每相邻两个电芯之间相互接触,因此,对于该n个电芯中的第一个电芯,由于其仅与第二个电芯相接触,因此其对应的接触热阻值为其与第个二电芯的交界面的导热热阻值。对于该n个电芯中的第二个电芯~第n-1个电芯,由于每一个电芯均与前一个电芯和后一个电芯相接触,因此每个电芯对应的热阻值包括其与前一个电芯的交界面的导热热阻值以及其与后一个电芯的交界面的导热热阻值。例如,对于第二个电芯,其对应的接触热阻值包括其与第一个电芯的交界面的导热热阻值以及其与第个三电芯的交界面的导热热阻值。对于该n个电芯中的第n个电芯,由于其仅与第n-1个电芯相接触,因此其对应的接触热阻值为其与第n-1个电芯的交界面的导热热阻值。
S23:确定所述待测电芯在所述第一时刻的产热功率。
本实施例中,电子设备可以通过上述公式(3)计算待测电芯在第一时刻的产热功率。
具体地,在通过上述公式(3)计算待测电芯在第一时刻的产热功率时,公式(3)中的Q为待测电芯在第一时刻的产热功率,I为待测电芯在第一时刻的电流值,U为待测电芯在第一时刻的开路电压值,E为待测电芯在该开路电压值U对应的目标荷电状态下的目标平衡电极电位,为待测电芯在上述目标荷电状态下的目标熵值系数值。
在本发明的一个实施例中,公式(3)中的T可以为第二时刻待测电芯内部的温度值。其中,第二时刻为第一时刻的上一时刻。
在本发明的另一个实施例中,公式(3)中的T还可以为第一时刻待测电芯表面的第一温度值。
S24:将所述第一温度值、所述等效热阻值、所述接触热阻值以及所述产热功率导入预设的等效热阻电路模型中,得到所述第一时刻所述待测电芯内部的温度值。
本实施例中,等效热阻电路模型是通过对待测电芯在充放电过程中的热量传递情况进行等效得到的电路模型,等效热阻电路模型具体用于描述待测电芯的产热功率与待测电芯表面的第一温度值、待测电芯的等效热阻值、待测电芯的接触热阻以及待测电芯内部的温度值之间的映射关系。因此,电子设备得到第一时刻待测电芯表面的第一温度值、待测电芯的等效热阻值、待测电芯的接触热阻值以及待测电芯在第一时刻的产热功率后,可以通过上述等效热阻电路模型计算出第一时刻待测电芯内部的温度值。
以上可以看出,本实施例提供的电池热仿真方法,通过将电池包中的各个待测电芯在充放电过程中的热量传递情况等效为热阻电路模型,由于该等效热阻电路模型的各个输入参量均为电芯的常用电性能参量,因此在通过该等效热阻电路模型计算待测电芯内部的温度值时无需执行更多繁琐的参量获取步骤,从而提高了电芯内部的温度值的计算效率,且通过该等效热阻电路模型可以实现对任一时刻每个待测电芯内部的温度值的检测,即实现对每个待测电芯内部的温度值的实时检测。
请参阅图3,图3为本发明实施例提供的一种电池热仿真方法中S23的具体实现流程图。如图3所示,相对于图2对应的实施例,本实施例中的S23具体包括S231~S235,详述如下:
S231:采集所述待测电芯在所述第一时刻的电流值和开路电压值。
本实施例中,电子设备可以通过现有的电流采集方式和开路电压采集方式分别采集待测电芯在第一时刻的电流值和开路电压值,此处不对待测电芯的电流值和开路电压值的具体采集过程进行赘述。
S232:根据所述开路电压值确定所述待测电芯在所述第一时刻的目标荷电状态。
电子设备采集到待测电芯在第一时刻的开路电压值后,可以根据预先获得的OCV-SOC曲线确定待测电芯在第一时刻的目标荷电状态。
S233:根据所述目标荷电状态确定所述待测电芯在所述第一时刻的目标平衡电极电位和目标熵值系数值。
电子设备可以根据预先获得的待测电芯的荷电状态(SOC)与平衡电极电位之间的对应关系,确定目标荷电状态对应的平衡电极电位,目标核电状态对应的平衡电极电位即为待测电芯在第一时刻的目标平衡电极电位。
电子设备可以根据预先获得的待测电芯的荷电状态(SOC)与熵值系数值之间的对应关系,确定目标荷电状态对应的熵值系数值,将目标荷电状态对应的该熵值系数值确定为待测电芯在第一时刻的目标熵值系数值。
S234:获取第二时刻所述待测电芯内部的温度值。
其中,第二时刻为第一时刻的上一时刻。
本实施例获取第二时刻待测电芯内部的温度值的目的是根据第二时该待测电芯内部的温度值估算该待测电芯在第一时刻的产热功率。
在本发明的一个实施例中,当第一时刻为电池热仿真流程的开始时刻时,由于该开始时刻的上一时刻电子设备还未执行上述电池热仿真流程,因此无法获得第二时刻待测电芯内部的温度值,该情况下,电子设备可以将该待测电芯对应的温度传感器在第一时刻采集到的温度值确定为第二时刻该待测电芯内部的温度值。
在本发明的另一个实施例中,当第一时刻为电池热仿真流程的开始时刻之后的任一时刻时,第二时刻待测电芯内部的温度值指通过S21~S24得到的第二时刻该待测电芯内部的温度值。
S235:根据所述电流值、所述开路电压值、所述目标平衡电极电位、所述目标熵值系数值以及所述第二时刻所述待测电芯内部的温度值计算所述产热功率。
本实施例中,电子设备可以将待测电芯在第一时刻的电流值、开路电压值、目标平衡电极电位以及目标熵值系数值,与第二时刻待测电芯内部的温度值代入上述公式(3)中,计算得到待测电芯在第一时刻的产热功率。
以上可以看出,由于在电芯的充放电过程中,电芯在任一时刻所产生的热量与上一时刻该电芯内部的温度值息息相关,因此,本实施例通过获取第二时刻待测电芯内部的温度值,将第二时刻待测电芯内部的温度值代入待测电芯的充放电过程对应的产热方程中,去估算该待测电芯在第一时刻的产热功率,从而提高了计算得到的待测电芯在第一时刻的产热功率的准确性,进而提高了根据该产热功率得到的第一时刻该待测电芯内部的温度值的准确性。
在本发明的又一个实施例中,待测电芯的等效热阻值包括对流换热热阻值。基于此,S22具体可以包括以下步骤:
获取所述电池包内的冷却液在所述第一时刻的第二温度值;
根据所述第二温度值确定目标对流换热系数值;
根据以下公式计算所述待测电芯的对流换热热阻值:
其中,Rconv为所述待测电芯的对流换热热阻值,h为所述目标对流换热系数值,A为所述待测电芯垂直于热流方向的截面积。
在本发明的又一个实施例中,待测电芯的等效热阻值包括导热热阻值。基于此,S22具体可以包括以下步骤:
根据以下公式计算所述待测电芯的导热热阻值:
其中,Rin为所述待测电芯的导热热阻值,d为所述待测电芯在热流方向上的厚度,k为所述待测电芯的导热系数,A为所述待测电芯垂直于热流方向的截面积。
需要说明的是,电池包内通常还设置有冷却液以及与冷却液对应的温度传感器。在具体应用中,与冷却液对应的温度传感器通常靠近冷却液设置,以便于其采集冷却液的温度值。
本实施例中,电子设备可以获取与冷却液对应的温度传感器在第一时刻采集到的温度值,并将该温度值确定为冷却液在第一时刻的第二温度值。
由于不同的冷却液温度值通常对应不同的对流换热系数值,因此,电子设备获取到冷却液在第一时刻的第二温度值后,确定该第二温度值对应的目标对流换热系数。在本发明的一个实施例中,电子设备可以基于预先获得的冷却液的温度值与对流换热系数之间的对应关系,确定该第二温度值对应的目标对流换热系数。
基于此,在本发明的又一个实施例中,对于电池包内的第j个待测电芯,当j=1时,等效热阻电路模型为:
根据第j个待测电芯的产热功率、第j个待测电芯表面的第一温度值、第j个待测电芯的导热热阻值、第j个待测电芯的对流换热热阻值、电池包内的冷却液的第二温度值、第j+1个待测电芯的内部的温度值以及第j个待测电芯的第二接触热阻值,计算第j个待测电芯内部的温度值。
当2≤j≤n-1时,等效热阻电路模型为:
根据第j个待测电芯的产热功率、第j个待测电芯表面的第一温度值、第j个待测电芯的导热热阻值、第j个待测电芯的对流换热热阻值、电池包内的冷却液的第二温度值、第j-1个待测电芯内部的温度值、第j+1个待测电芯的内部的温度值、第j个待测电芯的第一接触热阻值以及第j个待测电芯的第二接触热阻值,计算第j个待测电芯内部的温度值。
当j=n时,等效热阻电路模型为:
根据第j个待测电芯的产热功率、第j个待测电芯表面的第一温度值、第j个待测电芯的导热热阻值、第j个待测电芯的对流换热热阻值、电池包内的冷却液的第二温度值、第j-1个待测电芯内部的温度值、以及第j个待测电芯的第一接触热阻值,计算第j个待测电芯内部的温度值。
其中,第j个待测电芯的第一接触热阻值指第j个待测电芯与第j-1个电芯的交界面的导热热阻值,第j个待测电芯的第二接触热阻值指第j个待测电芯与第j+1个电芯的交界面的导热热阻值。
对于上述各种情况,等效热阻电路模型可以通过以下公式(4)描述:
其中,Qj为第j个所述待测电芯的所述产热功率,为第j个所述待测电芯内部的温度值,为第j个所述待测电芯表面的所述第一温度值,Rj为第j个所述待测电芯的导热热阻值,为第j个所述待测电芯的对流换热热阻值,Te为所述冷却液的所述第二温度值,为第j-1个所述待测电芯内部的温度值,为第j+1个所述待测电芯内部的温度值,rj-1为第j个所述待测电芯的第一接触热阻值,rj+1为第j个所述待测电芯的第二接触热阻值。
由于电池包内的各个电芯的一致性通常较高,因此,作为示例而非限定,假如电池包中的每个待测电芯的导热热阻值均为R0,每个待测电芯的对流换热热阻值均为Rconv,每个待测电芯的接触热阻值均为r,则电池包内的各个电芯对应的等效热阻电路可以如图4所示,电池包内的各个电芯对应的等效热阻电路模型的结构图可以如图5所示。
以上可以看出,本实施例中的等效热阻电路模型不仅结构简单,易于实现,而且该等效热阻电路模型综合考虑了待测电芯所产生的热量以不同方式传递时对该待测电芯内部的温度值所产生的影响,以及考虑了待测电芯所产生的热量以热传导方式传递时对其他待测电芯内部的温度值所产生的影响,从而使得通过该等效热阻电路模型得到的待测电芯内部的温度值更加准确。
应理解,上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
基于上述实施例所提供的电芯温度检测方法,本发明实施例进一步给出与上述方法实施例对应的电池热仿真系统的实施例。
请参阅图6,图6为本发明实施例提供的一种电池热仿真系统的结构示意图。本实施例中,电池热仿真系统可以搭建在电子设备中,电池热仿真系统包括的各单元用于执行图2至图3对应的实施例中的各步骤。具体请参阅图2至图3以及图2至图3对应的实施例中的相关描述。为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分。如图6所示,电池热仿真系统60包括:第一获取单元61、仿真单元62、产热功率确定单元63及温度确定单元64。其中:
第一获取单元61用于获取第一时刻电池包内的待测电芯表面的第一温度值。
仿真单元62用于对所述待测电芯进行热仿真,并获取所述待测电芯的等效热阻值以及所述待测电芯对应的接触热阻值。
产热功率确定单元63用于确定所述待测电芯在所述第一时刻的产热功率。
温度确定单元64用于将所述第一温度值、所述等效热阻值、所述接触热阻值以及所述产热功率导入预设的等效热阻电路模型中,得到所述第一时刻所述待测电芯内部的温度值。
可选的,产热功率确定单元63具体包括:第一采集单元、荷电状态确定单元、第一确定单元、第一温度获取单元及第一计算单元。其中:
第一采集单元用于采集所述待测电芯在所述第一时刻的电流值和开路电压值。
荷电状态确定单元用于根据所述开路电压值确定所述待测电芯在所述第一时刻的目标荷电状态。
第一确定单元用于根据所述目标荷电状态确定所述待测电芯在所述第一时刻的目标平衡电极电位和目标熵值系数值。
第一温度获取单元用于获取第二时刻所述待测电芯内部的温度值;所述第二时刻为所述第一时刻的上一时刻。
第一计算单元用于根据所述电流值、所述开路电压值、所述目标平衡电极电位、所述目标熵值系数值以及所述第二时刻所述待测电芯内部的温度值计算所述产热功率。
可选的,所述等效热阻值包括对流换热热阻值。相应地,仿真单元62具体包括:
第二温度获取单元,用于获取所述电池包内的冷却液在所述第一时刻的第二温度值;
对流换热系数值确定单元,用于根据所述第二温度值确定目标对流换热系数值;
对流换热热阻值计算单元,用于根据以下公式计算所述待测电芯的对流换热热阻值:
其中,Rconv为所述待测电芯的对流换热热阻值,h为所述目标对流换热系数值,A为所述待测电芯垂直于热流方向的截面积。
可选的,所述等效热阻值包括导热热阻值;相应地,所述仿真单元包括:
导热热阻值计算单元,用于根据以下公式计算所述待测电芯的导热热阻值:
其中,Rin为所述待测电芯的导热热阻值,d为所述待测电芯在热流方向上的厚度,k为所述待测电芯的导热系数,A为所述待测电芯垂直于热流方向的截面积。
可选的,第一计算单元具体用于:
根据以下公式计算所述产热功率:
可选的,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当j=1时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j+1个所述待测电芯的内部的温度值以及第j个所述待测电芯的第二接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第二接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j+1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
可选的,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当2≤j≤n-1时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j-1个所述待测电芯内部的温度值、第j+1个所述待测电芯的内部的温度值、第j个所述待测电芯的第一接触热阻值以及第j个所述待测电芯的第二接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第一接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j-1个所述电芯的交界面的导热热阻值,第j个所述待测电芯的第二接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j+1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
可选的,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当j=n时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j-1个所述待测电芯内部的温度值、以及第j个所述待测电芯的第一接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第一接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j-1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
需要说明的是,上述模块之间的信息交互、执行过程等内容,由于与本发明方法实施例基于同一构思,其具体功能及带来的技术效果,具体可参照方法实施例部分,此处不再赘述。
图7为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图7所示,该实施例提供的电子设备7包括:处理器70、存储器71以及存储在所述存储器71中并可在所述处理器70上运行的计算机程序72,例如电池热仿真方法对应的程序。处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各个电池热仿真方法实施例中的步骤,例如图2所示的S21~S24。或者,所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各电池热仿真系统实施例中各模块/单元的功能,例如图6所示单元61~64的功能。
示例性的,计算机程序72可以被分割成一个或多个模块/单元,一个或者多个模块/单元被存储在存储器71中,并由处理器70执行,以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,该指令段用于描述计算机程序72在电子设备7中的执行过程。例如,计算机程序72可以被分割成第一获取单元、仿真单元、产热功率确定单元及温度确定单元,各单元具体功能请参阅图2对应地实施例中的相关描述,此处不赘述。
本领域技术人员可以理解,图7仅仅是电子设备7的示例,并不构成对电子设备7的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如电子设备7还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
处理器70可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器71可以是电子设备7的内部存储单元,例如电子设备7的硬盘或内存。存储器71也可以是电子设备7的外部存储设备,例如电子设备7上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,存储器71还可以既包括电子设备7的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器71用于存储计算机程序以及电子设备所需的其他程序和数据。存储器71还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质中存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时可实现上述电池热仿真方法。
本发明实施例提供了一种计算机程序产品,当计算机程序产品在电子设备上运行时,使得电子设备执行时实现上述电芯温度检测方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述电池热仿真系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参照其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种电池热仿真系统,其特征在于,包括:
第一获取单元,用于获取第一时刻电池包内的待测电芯表面的第一温度值;
仿真单元,用于对所述待测电芯进行热仿真,并获取所述待测电芯的等效热阻值以及所述待测电芯对应的接触热阻值;
产热功率确定单元,用于确定所述待测电芯在所述第一时刻的产热功率;
温度确定单元,用于将所述第一温度值、所述等效热阻值、所述接触热阻值以及所述产热功率导入预设的等效热阻电路模型中,得到所述第一时刻所述待测电芯内部的温度值。
2.根据权利要求1所述的电池热仿真系统,其特征在于,所述产热功率确定单元包括:
第一采集单元,用于采集所述待测电芯在所述第一时刻的电流值和开路电压值;
荷电状态确定单元,用于根据所述开路电压值确定所述待测电芯在所述第一时刻的目标荷电状态;
第一确定单元,用于根据所述目标荷电状态确定所述待测电芯在所述第一时刻的目标平衡电极电位和目标熵值系数值;
第一温度获取单元,用于获取第二时刻所述待测电芯内部的温度值;所述第二时刻为所述第一时刻的上一时刻;
第一计算单元,用于根据所述电流值、所述开路电压值、所述目标平衡电极电位、所述目标熵值系数值以及所述第二时刻所述待测电芯内部的温度值计算所述产热功率。
6.根据权利要求1至5任一项所述的电池热仿真系统,其特征在于,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当j=1时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j+1个所述待测电芯的内部的温度值以及第j个所述待测电芯的第二接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第二接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j+1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
7.根据权利要求1至5任一项所述的电池热仿真系统,其特征在于,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当2≤j≤n-1时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j-1个所述待测电芯内部的温度值、第j+1个所述待测电芯的内部的温度值、第j个所述待测电芯的第一接触热阻值以及第j个所述待测电芯的第二接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第一接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j-1个所述电芯的交界面的导热热阻值,第j个所述待测电芯的第二接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j+1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
8.根据权利要求1至5任一项所述的电池热仿真系统,其特征在于,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当j=n时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j-1个所述待测电芯内部的温度值、以及第j个所述待测电芯的第一接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第一接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j-1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
9.一种电池热仿真方法,其特征在于,包括:
获取第一时刻电池包内的待测电芯表面的第一温度值;
对所述待测电芯进行热仿真,并获取所述待测电芯的等效热阻值以及所述待测电芯对应的接触热阻值;
确定所述待测电芯在所述第一时刻的产热功率;
将所述第一温度值、所述等效热阻值、所述接触热阻值以及所述产热功率导入预设的等效热阻电路模型中,得到所述第一时刻所述待测电芯内部的温度值。
10.根据权利要求9所述的电池热仿真方法,其特征在于,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当j=1时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j+1个所述待测电芯的内部的温度值以及第j个所述待测电芯的第二接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第二接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j+1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
11.根据权利要求9所述的电池热仿真方法,其特征在于,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当2≤j≤n-1时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j-1个所述待测电芯内部的温度值、第j+1个所述待测电芯的内部的温度值、第j个所述待测电芯的第一接触热阻值以及第j个所述待测电芯的第二接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第一接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j-1个所述电芯的交界面的导热热阻值,第j个所述待测电芯的第二接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j+1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
12.根据权利要求9所述的电池热仿真方法,其特征在于,所述电池包内包括n个沿预设方向依次排列的所述待测电芯,每相邻两个所述待测电芯之间相互接触;所述等效热阻值包括:导热热阻值和对流换热热阻值;
相应地,对于第j个所述待测电芯,当j=n时,所述等效热阻电路模型为:
根据第j个所述待测电芯的产热功率、第j个所述待测电芯表面的第一温度值、第j个所述待测电芯的导热热阻值、第j个所述待测电芯的对流换热热阻值、所述电池包内的冷却液的第二温度值、第j-1个所述待测电芯内部的温度值、以及第j个所述待测电芯的第一接触热阻值,计算第j个所述待测电芯内部的温度值;
其中,第j个所述待测电芯的第一接触热阻值指第j个所述待测电芯与第j-1个所述电芯的交界面的导热热阻值。
13.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求9至12任一项所述的电池热仿真方法。
14.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求9至12任一项所述的电池热仿真方法。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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