试曲线；横坐标为电池充放电时间， 纵坐标为电池充放电电压和电流；
[0031] 图4是本发明实施例中不同DOD下电池放电仿真结果与测试结果对比图；横坐标 为电池放电深度，纵坐标为电池表面温度；
[0032] 图5是本发明实施例中电池放电过程仿真中电池内部平面上的温度温度场分布 图；
[0033] 图6是本发明实施例中电池放电过程仿真中电池内部直线上的温度温度场分布 图。
【具体实施方式】
[0034] 实施例1
[0035] 下面对照附图，结合实施实例的描述，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细 说明。本发明锂离子电池内部温度监测方法流程如图1所示：
[0036] 1)首先利用充放电测试仪对待检测锂离子电池进行不同环境条件下（不同环境 条件包括环境温度、不同充放电倍率以及散热系数条件）的充放电实验，将多个温度传感 器紧密贴在单体电池的表面，测量充放电过程中锂离子电池表面温度变化曲线；本实施例 选择样品为3. 2V/20Ah磷酸铁锂离子电池，放电截止电压2. 5V，充电截止电压3. 6V，单体电 池尺寸：长70mmX宽28mmX高138mm。电池表面共布置11个测试点，考虑到正负极耳处 温度与其他表面有较大差异，在电池极柱必须布置2个温度传感器。
[0037] 使用Arbin充放电测试仪在室温下，以IOA恒流恒压充电至3. 6V，静置2h，然后 分别以1C、2C、3C放电，至电压2. 5V时放电结束。放电过程中，利用温度传感器对锂离子 电池表面温度进行实时测量。电池以IC放电时，电池的初始温度为17. 5°C，放电总时间为 3725s。电池各部分的温度随着放电时间的增加而增大，放电结3780s时各部分温度达到 最大值。电池以2C倍率放电时，电池的初始温度为22. 5°C，放电1885s时电池温度最高达 39. 2°C。电池以3C倍率放电时，电池的初始温度为24. 5°C，放电1253s时电池温度最高达 44.6Γ。图3所示为分别采用1C、2C和3C放电时，电池表面中心位置（测试点5)温度的 变化。由图2可知，电池表面温升速率随放电倍率的增加不断提高，表面温度不断升高。由 图2可以看出，在放电初期电池的温升较快，在放电中期电池的温升变缓，在放电后期电池 的温升则会急剧升高。
[0038] 2)在充放电实验过程中，测试锂离子电池内阻以及开路电压温度系数，分析电池 内部温度受不可逆热以及可逆热的影响，建立基于可变产热速率的电热耦合模型；所述的 步骤2)中测试电池内阻时，采用混合脉冲功率特性测试方法，测试方法简单快捷。所述 的步骤2)中电池开路电压温度系数测试过程中，先将电池恒流恒压充电至满电状态，静 置3小时；之后放于高低温箱中，设置初始温度5°C，并且每5小时调换一次温度至15°C和 25°C，测量电池的开路电压在不同温度下的变化。
[0039] 本实施例步骤2)在建立锂离子电池电热耦合模型时，假设电池单体是一个独立 的封闭系统，其与外界只进行热量的交换。而且对电池的结构材料进行简化，假设电池内 部材料各部分是均匀的，比热容不变，在同一方向上，电池的热导率相等且不受荷电状态 (State of Charge, S0C)和温度的影响。由此，建立锂离子电池三维瞬态传热方程
[0041] 式中，P为微元体的等效密度；Cp为微元体的等效比热容；k为微元体的等效导热 系数，q为微元体的生热速率；qd为微元体表面的散热速率。从式（1)可以简单地将单体电 池热模型的的问题归为生热速率、电池比热容和导热系数的计算。现有的锂离子电池热模 型中的热源基本都是基于Bernardi生热模型，其生热率表示为
[0043] 式中，E为电池的开路电压；U为电池的工作电压；Qnil为不同物质反应速率的快慢 产生的生热率；Q p。为相变反应的生热速率。式（2)右边第一部分为电池的不可逆生热速率， 第二部分为电池的可逆生热速率，第三部分生热速率由电池内部不同物质反应速率快慢产 生的浓度梯度引起，最后一部分为相变反应生热速率。锂离子电池充放电过程中，不可逆热 与可逆热基本涵盖了电池产热的绝大部分，Q nil和Qp。对产热量的贡献较少，即这部分热源可 忽略不计。不可逆热生热是由于电极极化造成的，电极极化表现为电极电势偏离于可逆值， 即超电势。由此，单位体积生热速率q表示为：
[0044] q = V η · i = ri2 (3)
[0045] 式中，▽ n为单位体积的超电势；r为单位体积的电阻率；i为电池单元某处的电 流密度。
[0046] 由此，在锂离子电池电热耦合模型应用过程中，需要获得电池内阻及开路电压温 度系数等参数。本实施例采用混合脉冲功率特性测试方法（HPPC)测试电池充放电内阻。 HPPC方法使用一组放电脉冲和充电脉冲计算得到电池在不同放电深度（DOD)下的放电和 充电内阻，本实施例将放电及充电脉冲时间统一为l〇s。HPPC测试方法是应用脉冲电流充 放电的方法来计算电池的充放电内阻，如图3所示为混合脉冲功率特性测试过程中电池电 流电压变化曲线。其中负值为放电脉冲，正值为充电脉冲。其中放电内阻Rdls的计算表达 式为：
[0048] 另外，通过将电池以IOAh恒流恒压充电至满电状态，静置3小时；之后放于高低温 箱中，设置初始温度5°C，并且每5小时调换一次温度至15°C和25°C，测量电池的开路电压 在不同温度下的变化，得到电池开路电压温度系数。
[0049] 3)利用建立的锂离子电池电热耦合模型，对不同环境温度、不同充放电倍率以及 散热系数条件下的电池产热过程进行三维仿真，得到电池单体温度场，并获取温度变化仿 真曲线；因为通过步骤1)、2)的实验方法一般仅能获得电池表面的温度场分布，而电池内 部和电池表面间有较大温度差别，所以电池表面温度并不能真实反映电池内部的温度情 况，而利用仿真分析能够较准确获得电池内部的温度场。
[0050] 本实施例步骤3)为了分析单体电池内部温度场分布，采用步骤2)中建立的热电 耦合模型，设置初始温度24. 5°C，自然对流条件下对电池 3C放电温度场，采用ANSYS仿真软 件（美国ANSYS公司有限元分析软件），对电池内部的温度场进行仿真。图5表示电池放 电过程仿真中电池内部平面上的温度温度场分布图，在该平面内过电池的中心作一直线， 使之平行于Y轴，该直线上电池的温度分布如图6所示。由温度场分布图可以看出电池内 部温度随着位置的不同有所不同，最高温度在电池中心部位。图5和图6较为直观的描述 了电池中心与外表面的温度差异，电池不同方向的温度值随着位置的不同有所不同，最高 温度在电池中心部位。
[0051] 4)通过对步骤2)获得的表面温度变化曲线和步骤3)获得的仿真曲线进行比较分 析，分析电热耦合模型以及传统热模型仿真结果与电池实测温度的变化趋势，对电热耦合 模型进行优化；
[0052] 利用ANSYS仿真软件对锂离子电池进行模型建立及网格划分、边界条件的设定以 及电池生热速率的确定进行电池放电过程中温度场的仿真分析。目前大多数锂电池热模型 仿真过程中，将电池的生热速率设定为常数，很显然不符合实际要求。本实施例通过实验获 取，设定生热速率为变量，电热耦合模型的温升速率随着放电深度的增加不断变化，特别是 在放电后期温升速率上升很快，使其更加符合实测结果。图4所示为仿真结果与实验测试 数据的对比图，由图4可以看出，热模型和电热耦合模型的仿真结果与电池实测温度的变 化趋势基本上是一致的，其中电热耦合模型的计算结果更符合实验测试数据。
[0053] 5)利用电热耦合模型仿真分析能够较准确