锂离子电池三维温度场在线重构研究.pdf

1、锂离子电池三维温度场在线重构研究Study on the Online Restoration of the Three-dimensional temperature Field of the Lithium-ion Batteries演讲者：李伟 博士重庆大学机械与运载工程学院锂离子电池三维温度重构概况锂离子电池三维温度场重构基本原理目录/CONTENTS12锂离子电池单体三维温度场重构3锂离子电池模组三维温度场重构4锂离子电池三维温度重构概况 背景及意义 国内外相关研究4锂离子电池三维温度场重构基本原理锂离子电池单体三维温度场重构锂离子电池模组三维温度场重构锂离子电池三维温度重构研究概况

2、研究背景及意义电池技术的发展现状与应用背景 化石能源的污染问题高能量密度电池的开发电池性能在低温条件的限制寻求以电池为主的能源替代品电池性能优化过程中的热安全问题电池极端高温下的安全性“温度”是电池技术的关键特征参数5锂离子电池三维温度场重构基本原理锂离子电池单体三维温度场重构锂离子电池模组三维温度场重构锂离子电池三维温度重构研究概况国内外相关研究1.利用集中参数法将电池简化为两个节点的模型，能量守恒方程的差分计算电池内部的温度。热阻等参数是实时辨识得到的。2.将电池内部温度简化为一个高阶函数，高阶函数的系数是实时辨识得出的。现有的温度在线估计方法：将电池简化为多节点模型也可以得到较为精确的实

3、时估计结果。Kalman滤波可以应用至电池温度估计中。间接观测温度计算所需的参数。电池内部温度在线重构的雏形更关注电池内部的零维或者伪一维的温度，尚未针对“场”进行重构6锂离子电池三维温度场重构基本原理锂离子电池单体三维温度场重构锂离子电池模组三维温度场重构锂离子电池三维温度重构研究概况国内外相关研究集总参数模型单点温度估计方法三维温度计算模型伪二维温度估计方法二维温度估计方法二维温度计算模型内置热电偶测试/模型正向计算/温度在线估计电池系统的多物理场在线重构问题+电池模组温度场重构电池模组电参数场重构电池单体的三维温度场重构现有的温度在线估计方法：锂离子电池三维温度场重构基本原理 温度场重构

4、方法的整体框架 电参数的在线辨识的基本原理 SOC的在线估计 温度的在线重构方法基础锂离子电池三维温度重构研究概况锂离子电池单体三维温度场重构锂离子电池模组三维温度场重构锂离子电池三维温度场重构基本原理8电池温度场重构方法的整体框架 整体框架可以分为两部分时间尺度的修正空间尺度的重构+电参数的在线辨识热参数的在线重构+锂离子电池三维温度重构研究概况锂离子电池单体三维温度场重构锂离子电池模组三维温度场重构锂离子电池三维温度场重构基本原理9电池电参数的在线参数辨识基本原理 电池电参数特征量在线辨识的基本原理 =+=1+1 =1 1 1 1+1=11+2+31 =+(+)/()+1/1=2+311

5、11=2 1 1 1+1=2 31+1=21+11 1+=2+31+1 直角坐标s复平面 极坐标z复平面 s平面-z平面转换 FFRLS算法原理 带微分形式的时域表达 差分形式的时域表达 定义的HPPC工况-模拟短时脉冲 电参数特征量扁丝结果 欧姆内阻 极化内阻 极化电容锂离子电池三维温度重构研究概况锂离子电池单体三维温度场重构锂离子电池模组三维温度场重构锂离子电池三维温度场重构基本原理10电池SOC在线估计方法+=+1 1=11+1+=111+11+1=12+,=11+,12=1+(2=1 1=1=+1,=1,=电池SOC在线估计的基本原理Kalman滤波的基本原理和4.1节中提到的电池电参

6、数特征量的在线辨识方法有类似之处，本质仍然是最小二乘估计。通常是找到与待估计参数相关的便于直接测试的参数作为待估计参数的观测量，最终通过卡尔曼增益系数实现观测量对待估计量的修正。极化电压的递推表达 Kalman滤波初验与观测方程 协方差矩阵与卡尔曼增益更新过程 自适应误差更新 设计工况阶跃工况 AKF阶跃工况 KFUS06工况 AKFUS06工况 KFFUDS工况 AKFFUDS工况 KF锂离子电池三维温度重构研究概况锂离子电池单体三维温度场重构锂离子电池模组三维温度场重构锂离子电池三维温度场重构基本原理11锂离子电池温度场的在线重构方法基础 电池系统分形的定义集总参数热模型 保留模型性质的细