一种锂电池温度场快速拟合方法、系统和存储介质

1.本发明涉及技术领域，具体涉及一种锂电池温度场快速拟合方法、系统和 存储介质。


背景技术：

2.在节能环保的未来趋势之下，新能源汽车在我国快速的发展，动力电池作 为电动汽车的储能元件，直接影响着电动汽车的性能，因此热管理系统是系能 源汽车中不可或缺的部分。电池热管理最为基础的就是知道电池的温度分布情 况，即温度场情况。作为一块单块的动力电池，不可能在电池的内部安插温度 传感器，所以就需要根据电池表面的温度来拟合出电池内部的温度场。如今电 池温度场的拟合多采用有限元仿真软件，拟合较为准确但拟合时间极长，对于 热管理的实时控制较弱。


技术实现要素：

3.本发明解决的一个主要问题是现有电池温度场拟合方法拟合时间长、拟合 效率低的问题。
4.根据本发明的一个方面，本发明提供一种锂电池温度场快速拟合方法，包 括：
5.以锂电池为基准构建坐标系，以电池采样点在所述坐标系中的坐标信息构 建输入坐标矩阵a；
6.以电池采样点处采集的温度信息构建输入温度矩阵b；
7.合并所述输入坐标矩阵a和所述输入温度矩阵b，得到锂电池温度场的输 入矩阵ab；
8.上传所述输入矩阵ab至上位机软件，拟合出锂电池模型的温度传导公式：
9.构建等比例锂电池模型；
10.对所述锂电池模型进行网格化分割，以分割后的网格顶点的坐标构建输出 坐标矩阵c；
11.基于热传导公式和电池均匀产热的假设，利用输入矩阵ab拟合温度传导 公式；
12.利用温度传导公式逐点计算分割后各网格顶点位置坐标的温度信息，并构 建输出温度矩阵d；
13.合并所述输出坐标矩阵c和输出温度矩阵d，构建出锂电池温度场的输出矩 阵cd；
14.使用温度场输出矩阵cd的温度数据，通过线性插值的方式拟合出锂电池 的温度场信息。
15.进一步地，以锂电池为基准构建坐标系，以电池采样点在所述坐标系中的 坐标信息构建输入坐标矩阵a包括：
16.以锂电池的一个顶点为中心构建坐标系，将锂电池表面设置的采样点按一 定顺序排序，并以采样点在坐标系中的坐标信息构建输入坐标矩阵a。
17.进一步地，对所述锂电池模型进行网格化分割的次数不多于阈值次数。
18.进一步地，基于热传导公式和电池均匀产热的假设，利用采集的温度信息 拟合温度传导公式包括步骤：
19.基于各采集点的温度数据和坐标数据，使用高斯牛顿法拟合出温度传导公 式，所述温度传导公式为：
20.t＝t
0-k1(x
0-x)2 k2(y
0-y)2 k3(z
0-z)2，
21.其中，t0为温度最高点的温度，x0，y0，z0分别是温度最高点的坐标 ，k1，k2，k3分别是电池热传导系数各向异性的不同相关参数，x、y、z是输入 坐标矩阵a中各测温点的坐标信息，t为输入温度矩阵b中各测温点采集的温 度信息。
22.进一步地，使用温度场输出矩阵cd的温度数据，通过线性插值的方式拟 合出锂电池的温度场信息包括步骤：
23.在matlab中构建构建电池的模型，使用温度场矩阵中相邻的四个点构建一 个平面的方式构建出电池的模型，并将温度矩阵中的温度数据转化为颜色，并 通过线性插值的方式构建出锂电池的温度场信息。
24.根据本发明的另一个方面，还公开一种锂电池温度场快速拟合系统，锂电 池温度场快速拟合系统用于实现如前任一所述的一种锂电池温度场快速拟合方 法的步骤，所述锂电池温度场快速拟合系统包括：
25.第一数据处理模块，用于以锂电池为基准构建坐标系，以电池采样点在坐 标系中的坐标信息构建输入坐标矩阵a，并以电池采样点处采集的温度信息构 建输入温度矩阵b，之后合并输入坐标矩阵a和输入温度矩阵b，得到锂电池 温度场的输入矩阵ab；
26.温度传导公式拟合模块，用于接收输入矩阵ab，并拟合出锂电池模型的 温度传导公式；构建等比例锂电池模型，并对锂电池模型进行网格化分割，以 分割后的网格顶点的坐标构建输出坐标矩阵c，并基于热传导公式和电池均匀 产热的假设，利用采集的温度信息拟合温度传导公式；
27.第二数据处理模块，用于利用温度传导公式逐点计算分割后各网格顶点位 置坐标的温度信息，并构建输出温度矩阵d，合并输出坐标矩阵c和输出温度 矩阵d,构建出锂电池温度场的输出矩阵cd；
28.温度场拟合模块，使用温度场输出矩阵cd的温度数据，通过线性插值的 方式拟合出锂电池的温度场信息。
29.根据本发明的另一个方面，还公开一种存储介质，所述存储介质为计算机 可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程 序被执行时用于实现如前任一所述的一种锂电池温度场快速拟合方法的步骤。
30.本发明提出的一种单块方形锂电池温度场快速拟合方法，仅根据采集的电 池表面的温度数据，较准确的拟合出电池内部的温度信息，通过拟合出温度传 导公式，快速地获得电池的温度场的信息。本发明的方法建立在温度传导公式 和数值分析的基础上，简单实用，评价结果具有较高的可靠性。
附图说明
31.本发明构成说明书的一部分附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书 一起用于解释本发明的原理。
32.图1为本发明实施例中电池温度场拟合的流程示意图。
33.图2为本发明实施例中拟合出的电池温度场示意图。
具体实施方式
34.下面将结合附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非 另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达 式和数值不限制本发明的范围。
35.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是 按照实际的比例关系绘制的。
36.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对 本发明及其应用或使用的任何限制。
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例， 并参照附图，对本发明进一步详细说明。
38.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论， 但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
39.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的， 而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某 一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
41.实施例一，提出一种单块方形锂电池温度场快速拟合方法。
42.温度场拟合的流程图如图1所示，整体步骤为首先布置温度传感器，并进 行电池表面温度的采集；以锂电池为基准构建坐标系，以电池采样点在坐标系 中的坐标信息构建输入坐标矩阵a；以电池采样点处采集的温度信息构建输入 温度矩阵b；合并输入坐标矩阵a和输入温度矩阵b，得到锂电池温度场的输 入矩阵ab；上传输入矩阵ab至上位机软件，拟合出锂电池模型的温度传导公 式。具体拟合温度传导公式的步骤为：构建等比例锂电池模型；对锂电池模型 进行网格化分割，以分割后的网格顶点的坐标构建输出坐标矩阵c；基于热传 导公式和电池均匀产热的假设，利用输入矩阵ab拟合温度传导公式；利用温 度传导公式逐点计算分割后各网格顶点位置坐标的温度信息，并构建输出温度 矩阵d；合并输出坐标矩阵c和输出温度矩阵d,构建出锂电池温度场的输出矩 阵cd；使用温度场输出矩阵cd的温度数据，通过线性插值的方式多次渲染网 格顶点，从而拟合出锂电池的温度场信息。
43.具体地，首先根据电池的实际尺寸构建坐标系，并将温度传感器均匀的布 置在电池点的外表面，确定温度采样点位置。
44.之后按照一定的顺序给采样点进行排序，并以排序后的采样点坐标构建输 入坐标矩阵a。
45.再使用采集卡采用定时同步采集的方法采集测温点的温度信息，按照与对 采样点相同的顺序对温度信息排序，并构建输入温度矩阵b，通过合并a、b 两个输入矩阵的方法获得拟合算法中的输入矩阵ab。
46.将得到的输入矩阵ab上传给上位机软件，进行电池模型的温度传导公式 拟合，拟合的具体步骤为：
47.根据电池的实际尺寸构建与电池相同比例的模型，并保证测温点的位置可 以于电池模型上找到一一对应的位置；
48.之后对电池模型进行网格化分割，通过坐标系中x,y,z三个方向的分割，将 电池模型分割成若干各小方块，将小方块的各个顶点按照一定的顺序排序，以 该些顶点的坐标构建输出坐标矩阵c；
49.基于热传导公式和电池均匀产热的假设，将输入矩阵ab的坐标值 ab＝[x,y,z,t]输入，以确定温度传导公式为:
[0050]
t＝t
0-k1(x
0-x)2 k2(y
0-y)2 k3(z
0-z)2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0051]
其中t0是温度最高点的温度值，x0，y0，z0是温度最高点的坐标，k1，k2，k3是电池各向异性的相关参数；前述这些参数在公式中的常量t0、 x0、y0、z0、k1、k2、k3，需要根据采集的温度信息，使用高斯牛顿的方法进行拟 合获得，且每次采集拟合获得的常量值会存在不同；x、y、z是坐标矩阵a中 各测温点的坐标信息，t为各测温点采集的矩阵b中的温度信息，这部分参数 是采集温度信息后输入的；热传导方程(或称热方程)是一个重要的偏微分方 程，它描述一个区域内的温度如何随时间变化。
[0052]
然后利用热传导公式逐点计算分割后网格各顶点坐标位置的温度信息，并 按照输出坐标矩阵c的顺序构建输出温度矩阵d，合并输出坐标矩阵c和输出 温度矩阵d，得到用于拟合温度模型的输出矩阵cd。
[0053]
使用输出矩阵cd中的温度数据重复渲染各网格顶点的颜色，具体可采用 相邻四点插值的方式完成模型颜色的渲染，从而完成单块电池模型的温度场拟 合。
[0054]
在一些实施例中，在锂电池表面布置n个温度传感器，其中电池靠近电池 的几何中心位置应多布置温度传感器，且温度传感器的数量应不少于21个。以 电池的一角(即一个顶点)为中心构建坐标系，根据温度传感器的位置设置电 池模型中的坐标信息。将采样点按一定顺序排序，使用排序后的采样点的坐标 信息构建输入坐标矩阵a，以采样点的温度信息构建输入温度矩阵b，合并输 入坐标矩阵与输入温度矩阵，获得温度场拟合的输入矩阵ab。ab＝[a,b]，其 中输入坐标矩阵为固定的，温度矩阵需单位时间内同步采样获得。
[0055]
在一些实施例中，构建电池模型时，电池模型的大小与坐标系的设置应与 实际电池的大小和坐标系设置一致。
[0056]
在一些实施例中，电池模型的网格化分割仅对可视化展示电池温度场产生 影响，某一方向上分割越多，模型显示越准确，但对应的模型构建需要的时间 就越多。一般各方向分割的次数不宜多于20次。
[0057]
在一些实施例中，基于热传导公式和电池均匀产热的假设，利用采集的电 池表面温度数据拟合温度场传导公式，即将各采集点的温度数据和坐标导入温 度传导公式，使用高斯牛顿法拟合出当下时刻的t0，x0、y0、z0、k1、k2、k3。
[0058]
在一些实施例中。根据温度传导公式逐点计算网格分割中各顶点坐标位置 的温度信息，用于构建出电池的温度场输出矩阵cd。cd＝[c,d]，其中温度输 出矩阵由输出坐标矩阵c和输出温度矩阵d构成，输出坐标矩阵c由模型分割 构成中各顶点的坐标构成，输出温度矩阵d为各顶点的温度构成。
[0059]
在一些实施例中，在matlab中构建电池的模型，使用输出矩阵cd中的相 邻的四个点构建一个平面的方式构建出电池的模型，并将输出矩阵cd中的温 度数据转化为颜色，并
通过线性插值的方式重复渲染，构建出锂电池的温度场 信息，拟合的温度场如图2所示。
[0060]
实施例二，一种锂电池温度场快速拟合系统，锂电池温度场快速拟合系统 用于实现如前任一的一种锂电池温度场快速拟合方法的步骤，锂电池温度场快 速拟合系统包括：
[0061]
第一数据处理模块，用于以锂电池为基准构建坐标系，以电池采样点在坐 标系中的坐标信息构建输入坐标矩阵a，并以电池采样点处采集的温度信息构 建输入温度矩阵b，之后合并输入坐标矩阵a和输入温度矩阵b，得到锂电池 温度场的输入矩阵ab；
[0062]
温度传导公式拟合模块，用于接收输入矩阵ab，并拟合出锂电池模型的 温度传导公式；构建等比例锂电池模型，并对锂电池模型进行网格化分割，以 分割后的网格顶点的坐标构建输出坐标矩阵c，并基于热传导公式和电池均匀 产热的假设，利用采集的温度信息拟合温度传导公式；
[0063]
第二数据处理模块，用于利用温度传导公式逐点计算分割后各网格顶点位 置坐标的温度信息，并构建输出温度矩阵d，合并输出坐标矩阵c和输出温度 矩阵d,构建出锂电池温度场的输出矩阵cd；
[0064]
温度场拟合模块，使用温度场输出矩阵cd的温度数据，通过线性插值的 方式多次渲染网格。从而拟合出锂电池的温度场信息。
[0065]
3.3、实施后的效果
[0066]
1、本发明仅根据电池表面的温度数据，可以较准确的拟合出电池内部的温 度信息
[0067]
2、本发明使用物理公式的快速推导，快速的获得电池的温度场的信息，可 用于电池温度场的实时展示。
[0068]
3.本发明的算法充分的结合了数学算法和物理的温度传导公式，算法简单 实用，准确性较高。
[0069]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发 明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。
[0070]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅 包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过 程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包 括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备 中还存在另外的相同要素。