CN110221212A - 一种锂离子电池内部温度的动态在线测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池内部温度的动态在线测量方法，包括在新能源汽车中的锂离子电池上安装用于检测当前锂离子电池环境温度温度传感器以及用于检测锂离子电池阻抗相位角的阻抗相位角检测装置；检测新能源汽车的弛豫时间，并通过阻抗相位角检测装置测量弛豫时间内锂离子电池的动态阻抗相位角；通过动态阻抗相位角计算此时锂离子电池的静态阻抗相位角；查表得出与静态阻抗相位角相对应的锂离子电池的静态温度；通过锂离子电池的静态温度计算此时锂离子电池的动态温度；优点是通过测量新能源汽车的动态阻抗相位角即可精准快速的计算出锂离子电池的内部温度，实现锂离子电池的动态在线测量。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池温度检测领域，尤其涉及一种锂离子电池内部温度的动态在线测量方法。
背景技术
随着社会的发展以及时间的推移，地球上不可再生能源逐渐减少，各国都在推广可持续能源发展技术。汽车行业同样在大力发展以绿色可持续的新能源作为主要能源，在全球推广使用新能源汽车的大环境下，新能源汽车在未来必将取代传统的燃油汽车。现阶段各国主要推广使用的新能源主要为电能，电能存储在新能源汽车的动力电池之中，因此动力电池的安全性、可靠性成为了不可忽视的重要因素。锂离子动力电池具有能量密度高，无充放记忆效应等优点，逐渐成为受市场认可的主流车载动力电池，在新能源汽车领域有着广泛的应用。与此同时，由于车辆行驶工况的复杂性，在行驶过程中有一定几率会造成电池由于物理碰撞如穿刺，挤压导致的电池内部短路，内部温度剧烈上升，最后引起燃烧起火的安全隐患。因此对锂离子电池内部温度的准确估计是预判，防止锂离子电池热失控的关键因素。
新能源汽车通过配备电池管理系统对动力电池的使用进行管理，电池管理系统会对检测到的温度信号进行检测，若电池温度过高，则会向电机控制器发送降低输出功率的信号，同时通过新能源汽车内的热管理系统加强锂离子电池对外交换能力，若电池温度测量不准确，会出现影响电池管理系统的诊断，一旦出现电池温度达到临界点还继续升温的情形则会引起锂离子电池失控，导致严重的安全事故。因此对锂离子电池内部温度的准确检测成为衡量系能源汽车安全性、可靠性的重要因素之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可实现对锂离子电池的在线测量且测量准确的锂离子电池内部温度的动态在线测量方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种锂离子电池内部温度的动态在线测量方法，包括以下步骤：
步骤1、在新能源汽车中的锂离子电池上安装用于检测当前锂离子电池环境温度TAM的温度传感器以及用于检测锂离子电池阻抗相位角的阻抗相位角检测装置；
步骤2、检测新能源汽车的弛豫时间tre，并通过阻抗相位角检测装置测量弛豫时间内锂离子电池的动态阻抗相位角
步骤3、通过动态阻抗相位角计算此时锂离子电池的静态阻抗相位角
步骤4、查表得出与步骤3中静态阻抗相位角相对应的锂离子电池的静态温度Tstatic；
步骤5、通过步骤4中的锂离子电池的静态温度计算此时锂离子电池的动态温度Tmult。
优选地，所述的步骤3中的由方程：
计算得出，
其中a＝0.065，τ＝85，e为自然常数。
优选地，所述的步骤4中的表为新能源汽车电池管理系统中的静态阻抗相位角-静态温度表。
优选地，所述的步骤5中的Tmult由方程
Tmult＝β0+β1×Tstatic+β2×TAM计算得出，
其中β0＝1.9235，β1＝0.7408，β2＝0.1829
优选地，所述的弛豫时间tre为新能源汽车的刹车时间，该时间由新能源汽车内的汽车电子控制系统检测并传递给电池管理系统。
与现有技术相比，本发明的优点是通过测量新能源汽车的动态阻抗相位角计算锂离子电池的内部温度，可实现锂离子电池的动态在线测量，能够快速准确的计算出锂离子电池在新能源汽车刹车时间段内的锂离子电池的内部温度。准确测量出锂离子电池的内部温度使电池管理系统对动力电池的状态估计、充放电控制功能更加可靠，增强了新能源汽车的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明锂离子电池不同静态温度下与静态阻抗相位角的对应图；
图2为本发明锂离子电池环境温度为20度、不同弛豫时间下，阻抗相位角检测装置的频率与锂离子电池的动态阻抗相位角关系图；
图3为本发明锂离子电池环境温度为10度、不同弛豫时间下，阻抗相位角检测装置的频率与锂离子电池的动态阻抗相位角关系图；
图4为本发明锂离子电池环境温度为5度、不同弛豫时间下，阻抗相位角检测装置的频率与锂离子电池的动态阻抗相位角关系图；
图5为本发明锂离子电池环境温度为20度、阻抗相位角检测装置的频率为10Hz时，弛豫时间与静态阻抗相位角关系图；
图6为本发明锂离子电池环境温度为10度、阻抗相位角检测装置的频率为10Hz时，弛豫时间与静态阻抗相位角关系图；
图7为本发明锂离子电池环境温度为5度、阻抗相位角检测装置的频率为10Hz时，弛豫时间与静态阻抗相位角关系图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
首先测量出锂离子电池在静态时的静态阻抗相位角-温度表，测量方法为在锂离子电池上安装温度传感器，用于检测显示锂离子电池内的每个单体电池的静态温度；将锂离子电池置入初始温度为-20℃的恒温环境舱内；经过3小时的静置，当锂离子电池的每个单体电池的静态温度与初始温度相同时，对每个单体电池采用电化学阻抗谱技术，即对待测锂离子电池施加电流值为2安培、频率为10赫兹的激励电流，并通过电化学工作站检测出当前温度下的每个单体电池的静态阻抗相位角，并记录；然后将初始温度提升1度，重复静置3小时，当锂离子电池的每个单体电池的静态温度与初始温度相同时，得出每个单体电池相对应的静态阻抗相位角，当温度高于40度，静态阻抗相位角随着温度的改变没有发生明显的变化，故重复上述步骤直至初始温度升至40度，并将得到的数据组成静态阻抗相位角-静态温度表。将静态阻抗相位角-静态温度表输入到新能源汽车内的电池管理系统。由图1可知锂离子电池的静态温度与锂离子电池的静态阻抗相位角成一一对应关系，当获得锂离子电池的静态阻抗相位角后通过查表即可得知此时锂离子电池的静态温度。
在得到静态阻抗相位角-静态温度表之后通过以下步骤即可获得新能源汽车在刹车时间段内锂离子电池的动态温度：步骤1、在新能源汽车中的锂离子电池上安装用于检测当前锂离子电池环境温度TAM的温度传感器以及用于检测锂离子电池阻抗相位角的阻抗相位角检测装置，阻抗相位角检测装置的工作过程为通过电动车车载充电机简称OBC获取电能并将电能转换为交流电，将交流电在新能源汽车刹车即锂离子电池停止对电动机供电过程中向锂离子电池施加频率为l0Hz的交流电并通过电化学阻抗谱技术测量此时锂离子电池的动态阻抗相位角；锂离子电池环境温度由电池管理系统检测获取。
步骤2、由汽车电子控制系统检测检测新能源汽车的刹车时间tre，并通过阻抗相位角检测装置测量刹车时间内锂离子电池的动态阻抗相位角
步骤3、通过电池管理系统内的控制器运算并计算此时锂离子电池的静态阻抗相位角
步骤4、通过电池管理系统将步骤3中得出的静态阻抗相位角与静态阻抗相位角-静态温度表相对比并获取此时与该静态阻抗相位角相对应的锂离子电池的静态温度Tstatic；
步骤5、根据步骤4中获得的锂离子电池静态温度并通过电池管理系统内的控制器运算Tmult＝1.9235+0.7408×Tstatic+0.1829×TAM，从而获得此时锂离子电池的动态温度Tmult。
进一步地，由图2-图4所示，在新能源汽车刹车过程中，通过阻抗相位角检测装置获得的阻抗相位角可知阻抗相位角检测装置工作在10HZ频率，当锂离子电池环境温度为20度、10度、5度，动态阻抗相位角与刹车时长单调对应；由图5-图7可进一步得知，阻抗相位角检测装置工作在10HZ频率下，当锂离子电池环境温度为20度时，随着弛豫时间的增加锂离子电池的静态阻抗相位角与弛豫时间呈指数相关；当锂离子电池环境温度为10度，随着弛豫时间的增加锂离子电池的静态阻抗相位角与弛豫时间呈指数相关；当锂离子电池环境温度为5时，随着弛豫时间的增加锂离子电池的静态阻抗相位角与弛豫时间呈指数相关。
因此通过计算弛豫时间内的锂离子电池的动态阻抗相位角与弛豫时间即可准确测量出该时间内锂离子电池的动态温度，即此时锂离子电池的内部温度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种锂离子电池内部温度的动态在线测量方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、在新能源汽车中的锂离子电池上安装用于检测当前锂离子电池环境温度TAM的温度传感器以及用于检测锂离子电池阻抗相位角的阻抗相位角检测装置；
步骤2、检测新能源汽车的弛豫时间tre，并通过阻抗相位角检测装置测量弛豫时间内锂离子电池的动态阻抗相位角
步骤3、通过动态阻抗相位角计算此时锂离子电池的静态阻抗相位角
步骤4、查表得出与步骤3中静态阻抗相位角相对应的锂离子电池的静态温度Tstatic；
步骤5、通过步骤4中的锂离子电池的静态温度计算此时锂离子电池的动态温度Tmult。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池内部温度的动态在线测量方法，其特征在于，所述的步骤3中的由方程
计算得出，
其中a＝0.065，τ＝85，e为自然常数。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池内部温度的动态在线测量方法，其特征在于，所述的步骤4中的表为新能源汽车电池管理系统中的静态阻抗相位角-静态温度表。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池内部温度的动态在线测量方法，其特征在于，所述的步骤5中的Tmult由方程
Tmult＝β0+β1×Tstatic+β2×TAM计算得出，
其中β0＝1.9235，β1＝0.7408，β2＝0.1829。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池内部温度的动态在线测量方法，其特征在于，所述的弛豫时间tre为新能源汽车的刹车时间，该时间由新能源汽车内的汽车电子控制系统检测并传递给电池管理系统。
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