动力锂电池内部温度估计研究

近些年随着国家对电动汽车行业的大力支持,电动汽车行业得到了蓬勃的发展。动力锂电池作为电动汽车的主要储能载体,其安全使用问题一直受到了广泛的关注,锂电池热失控导致的安全问题逐渐得到越来越多人的高度重视。锂电池发生热失控风险的主要原因在于内部温度与外部表面温度表现出高度不一致,随着放电的持续进行,这种温度差异由于积累导致越来越大,轻则导致电池组损坏无法正常工作,重则可能会发生爆炸危险,从而给使用者带去很大的安全隐患。为避免锂电池热失控风险的发生,锂电池内部温度需要实时监测和控制,在锂电池正常使用时,其外部表面温度可以通过传感器直接测量获取,内部温度无法合理测量,从而锂电池内部温度的准确估计是实现电池安全可靠热管理的关键。鉴于上述问题,本文以实现锂电池内部温度估计研究展开。首先对锂电池的温度特性进行分析,并安排了与锂电池内部温度变化的相关实验,并在不同环境温度下,分析电池内部温度与表面温度变化,从锂电池内部温度与表面温度差异出发,着重研究产生这种差异的原因,从而为下文对锂电池进行热建模时提供合理的依据。为准确估计锂电池内部温度,建立较为准确的锂电池热模型尤为重要。在建立热模型时,文中充分综合考虑了各种热学因素及相关理论知识基础,同时,结合实验数据对现有锂电池热模型进行优化,其次,针对电池热模型中各热电参数的辨识误差对内部温度估计精度的影响,文中建立了锂电池简化可变参数热模型,另外,通过对不同环境温度下锂电池内部热容与外部热阻进行辨识,建立可变内部热容与外部热阻估计模型,描述外部环境对于内部热容和外部热阻的影响,并通过实验验证模型的可靠性。利用状态空间模型描述锂电池热模型系统,建立了合理的系统动态方程与观测方程,考虑到锂电池热模型系统的非线性程度及复杂度,结合扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF),提出基于EKF的内部温度估计方法。在建立内部温度估计算法之后,文中进一步通过实验和仿真验证,分析实验结果,证明所建模型适用于不同环境温度下锂电池热模型,不仅实现内部温度估计,更提高了内部温度估计精度。最后,对前文进行总结并对未来锂电池内部温度研究方向进行阐述。