一种热电耦合动力电池模型的搭建方法与流程

本发明属于电池健康仿真技术领域，特别是涉及一种热电耦合动力电池模型的搭建方法。

背景技术：

动力电池为新能源汽车提供动力来源，是新能源汽车的关键核心部件，它的安全和稳定是整车正常运行的重要前提。动力电池模型能模拟电池的输出特性，可以广泛运用于整车建模、电池管理系统算法开发、动力电池包设计等领域，是产品开发和电池性能监测的关键部分。

常见的动力电池建模一般基于rc等效电路模型。该模型根据电池的动态性能测试数据，提取出模型需要的等效性能参数，模拟不同电流下的电池输出电压，并估算当前荷电状态。这类模型一般都基于标准环境下的动态性能测试数据进行参数提取，以电池的当前工作环境温度和工作电流为输入条件，电池的工作电压为输出。这类模型无法综合考虑电池换热系统和电池工作状态下的产出热量对电池的影响，不能准确反应实际工作情况下的电池性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种热电耦合动力电池模型的搭建方法，通过电池热电耦合模型的电性能响应函数和热性能响应函数，将热性能响应的输出温度作为电性能响应函数的输入，形成闭环仿真；可以较为准确的还原动力电池的工作温度，有利于提高仿真精度，为相关系统和算法的设计优化提供支持。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种热电耦合动力电池模型的搭建方法，包括以下步骤：

步骤一、提取电性能响应函数，包括以下子步骤：

stp11、根据需求，确定电池动态性能参数的测试温度点t1、t2、t3...ti；

stp12、选择一个测试温度点ti对电池进行测试，获得一组温度测试点下的电池动态性能参数，并提取出rc等效电路模型的建模参数，其中未测试温度点的参数采用差值的方法获取；

stp13、根据上述步骤的参数提取ecm电性能模型；

步骤二、提取热性能响应函数，包括以下子步骤：

stp21、根据需求，确定电池换热工质温度t1、t2、t3...tj；以及电池换热工质流速v1、v2、v3...vk；

stp22、在电池换热工质温度tj和流速vk下；测试电池工作温度；

stp23、通过改变电池换热工质的温度tj和流速vk获取多组数据，其中未测试条件下的电池工作温度值数据采用差值方法获得；

stp24、根据上述步骤的数据参数提取系统热性能阶跃响应函数；

步骤三、根据步骤一和步骤二获得的电性能响应函数和热性能函数，获得电池热耦合模型，将热性能响应的输出温度作为电性能响应函数的输入，形成闭环仿真。

进一步地，所述步骤stp22中，基于测试或仿真获得的数据，使用线性时不变系统的响应函数提取方法，获得电池的热特性阶跃响应函数，即电池在单位发热功率下的温度响应。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过电池热电耦合模型的电性能响应函数和热性能响应函数，将热性能响应的输出温度作为电性能响应函数的输入，形成闭环仿真；可以较为准确的还原动力电池的工作温度，有利于提高仿真精度，为相关系统和算法的设计优化提供支持。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种热电耦合动力电池模型的搭建方法的流程图；

图2为电池热耦合模型的系统图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2所示，本发明为一种热电耦合动力电池模型的搭建方法，包括以下步骤：

步骤一、提取电性能响应函数，包括以下子步骤：

stp11、根据需求，确定电池动态性能参数的测试温度点t1、t2、t3...ti；

stp12、选择一个测试温度点ti对电池进行测试，获得一组温度测试点下的电池动态性能参数，并提取出rc等效电路模型的建模参数，其中未测试温度点的参数采用差值的方法获取；

stp13、根据上述步骤的参数提取ecm电性能模型；

步骤二、提取热性能响应函数，包括以下子步骤：

stp21、根据需求，确定电池换热工质温度t1、t2、t3...tj；以及电池换热工质流速v1、v2、v3...vk；

stp22、在电池换热工质温度tj和流速vk下；测试电池工作温度；

stp23、通过改变电池换热工质的温度tj和流速vk获取多组数据，其中未测试条件下的电池工作温度值数据采用差值方法获得；

stp24、根据上述步骤的数据参数提取系统热性能阶跃响应函数；

步骤三、根据步骤一和步骤二获得的电性能响应函数和热性能函数，获得电池热耦合模型，将热性能响应的输出温度作为电性能响应函数的输入，形成闭环仿真。

其中，步骤stp22中，基于测试或仿真获得的数据，使用线性时不变系统的响应函数提取方法，获得电池的热特性阶跃响应函数，即电池在单位发热功率下的温度响应。

实施例一：电池热耦合模型分为电性能响应函数和热性能响应函数两部分。电性能响应函数以电池的工作电流和工作温度为输入条件，可获得相应条件下的电池输出电压，同时，通过焦耳热计算，近似得出电池的发热功率。热性能响应函数以换热系统的工质流速、温度、系统所处环境温度和当前电池的发热功率为输入条件，可获得相应条件下的电池工作温度。该温度会作为电性能响应函数的输入条件，参与新一轮的仿真运算。

该模型在rc等效电路模型的基础上，加入了热性能传递函数，从而形成了“工作环境”-“电池输出状态”-“新的工作环境”的闭环仿真，可更准确有效的反应电池的工作性能。

其中，根据仿真需求，确定电池动态性能参数的温度测试点，获得一组温度测试点下的电池动态性能参数，并提取出rc等效电路模型的建模参数，未测试温度点的参数采用差值的方法获得。

根据动力电池系统的实际设计情况，确定换热工质的流速、温度及环境温度，通过实验测试，获得指定测试条件下的电池工作温度。改变不同的测试条件(即换热工质的流速、温度和环境温度)，获得多组数据。未测试条件下的电池工作温度值，采用差值方法获得。该数据也可通过系统热仿真获得。基于测试或仿真获得的数据，使用线性时不变系统的响应函数提取方法，获得动力电池的热特性阶跃响应函数，即电池在单位发热功率下的温度响应。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。