一種電池溫度控制系統(tǒng)技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種電池溫度控制系統(tǒng)，包括溫度采集單元、溫度模擬單元、控制單元和溫度調節(jié)單元，其中，溫度模擬單元基于電池熱模型輸出電池的預測溫度：溫度采集單元用于采集分布于電池的若干溫度測量點的現實溫度；控制單元獲取所述預測溫度和現實溫度，基于現實溫度與預測溫度的差值輸出溫度調節(jié)指令以驅動溫度調節(jié)單元。本發(fā)明專利技術提供一個熱模型和現實中測量的溫度結合的控制系統(tǒng)，通過模擬數據與實測數據的比較選擇，能夠及時控制冷卻裝置/加熱裝置對電池進行溫度調節(jié)，同時基于實測數據對熱模型進行逆向修正以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于對電池進行有效的溫度管理。

A battery temperature control system

The invention discloses a battery temperature control system, including temperature acquisition unit, temperature simulation unit, a control unit and a temperature adjusting unit, the temperature simulation unit of temperature prediction model of heat output based on battery battery: the temperature acquisition unit for real temperature temperature measurement distributed in several cell; access control unit the predicted temperature and actual temperature, temperature difference between the output of real temperature and temperature regulation prediction instruction to drive unit based on temperature regulation. The present invention provides a control system for measuring the thermal model and the reality of the temperature with the selection by comparing the simulation data with the measured data, timely control of cooling / heating device for battery device to adjust the temperature, at the same time, the data measured by reverse correction of thermal model to improve the stability of the system based on the temperature is conducive to effective management the battery.

【技術實現步驟摘要】
一種電池溫度控制系統(tǒng)
本專利技術涉及一種電池溫度控制系統(tǒng)，屬于電池領域。
技術介紹
近幾年來，以電池為主要動力來源的純電動車和混合動力車被廣泛投入使用。這種新興交通工具以其低碳排放，節(jié)能輕便的特點受到人們的重視。然而現階段電動車的發(fā)展很大程度上受限于動力電池的穩(wěn)定性，安全性和使用壽命等因素，其中最為突出的是電池工作溫度的影響。為了保證電池不出現安全隱患同時最大限度提高其性能，在電動車運行過程中，電池溫度需要維持在一定范圍內。電池局部過熱或者是整體溫度分布不一致都可能導致電極材料發(fā)生不可逆變化甚至解體，引發(fā)熱失控。因此，需要電池熱管理系統(tǒng)對電池的產熱及散熱進行實時監(jiān)測和控制，以保證電動車的正常運行。目前對電動車電池的熱管理多數是通過溫度傳感器對電池表面溫度進行監(jiān)測從而控制冷卻系統(tǒng)開關的模式，由于材料的相變伴隨著大量的能力轉換，電池充放電過程中釋放的熱量可以被吸收并儲存在相變材料中，轉化為材料的內能，從而達到迅速降低電池溫度的目的。這種以溫度監(jiān)控為基礎的冷卻系統(tǒng)控制模式存在兩方面缺點：一是用于監(jiān)測的溫度傳感器無法覆蓋電池箱內各個角落以及電池內部，同時由于各組件封裝，多數情況下僅會放置于電池極柱位置，因此當電池的其他地方出現局部過熱的情況時熱管理系統(tǒng)無法進行控制；二是溫度控制設備(如風扇或加熱器)的啟動本身存在一定滯后性，當出現劇烈的熱失控情況時，無法及時做出應對。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術提供一種電池溫度控制系統(tǒng)。本專利技術采用的技術方案一方面為一種電池溫度控制系統(tǒng)，包括溫度采集單元、溫度模擬單元、控制單元和溫度調節(jié)單元，其中，溫度模擬單元基于電池熱模型輸出電池的預測溫度：溫度采集單元用于采集分布于電池的若干溫度測量點的現實溫度；控制單元獲取所述預測溫度和現實溫度，基于現實溫度與預測溫度的差值輸出溫度調節(jié)指令以驅動溫度調節(jié)單元。優(yōu)選地，所述電池熱模型基于公式：溫度場控制方程式中Cp和ρ分別為平均熱容和平均密度，K為電池材料熱傳遞參數，Q為體積產熱速率，為溫度T與時間t的求導，為矢量微分算符；邊界條件式中n為電池表面的法向量，方向為指向電池外，h為表面?zhèn)鳠嵯禂担琓∞為電池的環(huán)境溫度；產熱速率式中I，Eoc和U分別表示電池的電流，開路電壓和端電壓，為熵變溫度系數；初始條件T(x，y，z，t)＝T0，式中x、y、z為電池熱模型的坐標系，t為時間，初始狀態(tài)下，t＝0，T0為初始溫度；基于有限元分析法計算電池溫度場隨時間的變化數據，標記為電池預測溫度。優(yōu)選地，所述控制單元基于差值選擇現實溫度與預測溫度之間的高溫者，獲取對應的溫度變化數據，如果其大于冷卻閾值則基于PI控制或PID控制溫度調節(jié)單元冷卻電池以保持電池溫度在預設的閾值內；所述控制單元基于差值選擇現實溫度與預測溫度之間的低溫者，獲取對應的溫度變化數據，如果其小于加熱閾值則基于PI或PID驅動溫度調節(jié)單元加熱電池以保持電池溫度在預設的閾值內。優(yōu)選地，所述閾值包括用于發(fā)出警告的提示閾值和用于觸發(fā)自動斷電的安全閾值，所述溫度調節(jié)單元獲取對應的溫度變化數據，控制溫度調節(jié)裝置或繼電器以保持電池溫度在預設的閾值內。優(yōu)選地，所述控制單元還用于基于差值輸出模型更新指令以調整電池熱模型，其步驟包括：記錄差值次數和差值數據，當差值數據在設定的差值次數內持續(xù)為正或負時，以現實溫度和其對應的測量點所處的溫度場位置為基礎，更新溫度場控制方程。本專利技術的有益效果為提供一個熱模型和現實中測量的溫度結合的控制系統(tǒng)，通過模擬數據與實測數據的比較選擇，能夠及時控制冷卻裝置/加熱裝置對電池進行溫度調節(jié)，同時基于實測數據對熱模型進行逆向修正以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于對電池進行有效的溫度管理。附圖說明圖1所示為基于本專利技術實施例的一種電池溫度控制系統(tǒng)示意圖；圖2所示為基于本專利技術實施例的三維模型示意圖。具體實施方式以下結合實施例對本專利技術進行說明。基于專利技術的實施例，如圖1所示一種電池溫度控制系統(tǒng)，包括溫度采集單元、溫度模擬單元、控制單元和溫度調節(jié)單元，其中，溫度模擬單元基于電池熱模型輸出電池的預測溫度：溫度采集單元用于采集分布于電池的若干溫度測量點的現實溫度；控制單元獲取所述預測溫度和現實溫度，基于現實溫度與預測溫度的差值輸出溫度調節(jié)指令以驅動溫度調節(jié)單元。將正溫度系數熱敏電阻器(PTC)貼附于電池正負極極柱位置，通過實時采集電池工作狀態(tài)下各PTC探頭的阻值變化并按照分度表轉換為溫度值，將各電池單體的溫度信息記錄并傳輸給溫度模擬單元和控制單元。所述電池熱模型基于公式：溫度場控制方程式中Cp和ρ分別為平均熱容和平均密度，K為電池材料熱傳遞參數，Q為體積產熱速率，為溫度T與時間t的求導，為矢量微分算符；邊界條件式中n為電池表面的法向量，方向為指向電池外，h為表面?zhèn)鳠嵯禂担琓∞為電池的環(huán)境溫度；將電池單體分割成若干個小微元(即控制體積)，微元為最小可計算單元，擁有均勻統(tǒng)一的溫度分布；之后通過邊界條件定義計算位于幾何模型邊界處微元溫度，再根據能量守恒定律對相鄰的每個系統(tǒng)微元分別進行溫度場建模，并對微元內部的產熱速率，微元與微元之間的熱傳導速率以及處于電池表面微元與外界環(huán)境通過對流的熱交換速率進行計算，逐步計算出整個電池組各個位置處的溫度分布，形成連續(xù)的溫度場；對于整個微元體，其內部遵循能量守恒公式dQa＝dQ+dQg(2)，其中Qa為微元體溫度升高所吸收的熱量，Q為傳入微元體內的凈熱量，Qg為微元體內熱源產生的總熱量；如圖2所示三維模型，在x方向上的熱量經輸入：由公式dQx＝qxdydzdt(4)，dQx+dx＝qx+dxdydzdt(5)，結合公式(4)(5)(3)得到在y與z方向上同理，將三個方向上的能量守恒方程合并，可以得到：根據傅里葉熱傳導定律，在x方向上在y和z方向上同理，將三個方向上的傳導速率方程代入式(7)，得到傳入微元體的凈熱量：在微元體內溫度升高所需熱量為結合公式(1)(8)(9)得到基于邊界條件，初始條件T(x，y，z，0)＝T0，其中Cp和ρ分別為電池內部各組成區(qū)域的平均熱容和平均密度，經實驗測定，其值分別為993.93J/(kg·K)和1960.5kg/m3；K是電池內部材料的熱傳遞參數，包含沿圓柱型電池軸向上的Kz其值約70.29W/(m·K)和沿電池徑向上的Kx，Ky其值約為1.31W/(m·K)，T0為電池內部的初始溫度，通過實際測試各種數值可以建立一個溫度場模型。產熱速率式中I，Eoc和U分別表示電池的電流，開路電壓和端電壓，為熵變溫度系數；初始條件T(x，y，z，t)＝T0，式中x、y、z為電池熱模型的坐標系，t為時間，初始狀態(tài)下，t＝0，T0為初始溫度；基于有限元分析法計算電池溫度場隨時間的變化數據，標記為電池預測溫度。環(huán)境溫度T∞恒定為20℃，熵變溫度系數約為0.5mV/K。其中電池的開路電壓和端電壓是荷電狀態(tài)即SOC的函數，可以實際測試得到或者基于安時法求出，同時根據實際測試的數據求出電池內部各個部分隨充放電時間變化而變化的溫度。所述控制單元基于差值選擇現實溫度與預測溫度之間的高溫者，獲取對應的溫度變化數據，如果其大于冷卻閾值則基于PI控制或PID控制溫度調節(jié)單元冷卻電池以保持電池溫度在預設的閾值內；所述控制單元基于差值選擇現實溫度與預測溫度之間的低溫者，獲取本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電池溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，包括溫度采集單元、溫度模擬單元、控制單元和溫度調節(jié)單元，其中，溫度模擬單元基于電池熱模型輸出電池的預測溫度：溫度采集單元用于采集分布于電池的若干溫度測量點的現實溫度；控制單元獲取所述預測溫度和現實溫度，基于現實溫度與預測溫度的差值輸出溫度調節(jié)指令以驅動溫度調節(jié)單元。

【技術特征摘要】
2016.12.30 CN 20161126456561.一種電池溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，包括溫度采集單元、溫度模擬單元、控制單元和溫度調節(jié)單元，其中，溫度模擬單元基于電池熱模型輸出電池的預測溫度：溫度采集單元用于采集分布于電池的若干溫度測量點的現實溫度；控制單元獲取所述預測溫度和現實溫度，基于現實溫度與預測溫度的差值輸出溫度調節(jié)指令以驅動溫度調節(jié)單元。2.根據權利要求1所述的一種電池溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電池熱模型基于公式：溫度場控制方程式中Cp和ρ分別為平均熱容和平均密度，K為電池材料熱傳遞參數，Q為體積產熱速率，為溫度T與時間t的求導，為矢量微分算符；邊界條件式中n為電池表面的法向量，方向為指向電池外，h為表面?zhèn)鳠嵯禂担琓∞為電池的環(huán)境溫度；產熱速率式中I，Eoc和U分別表示電池的電流，開路電壓和端電壓，為熵變溫度系數；初始條件T(x，y，z，t)＝T0，式中x、y、z為電池熱模型的坐標系，t為時間，初始狀態(tài)下，t＝0，T0為初始溫度；基于有限元分析法計...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉博洋，呂洲，王燕樂，何波，楊林，
申請(專利權)人：深圳市麥瀾創(chuàng)新科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44