基于确定的电池温度从初始温度条件开始随时间的变化，确定内部电池温度的制作方法

本发明涉及确定电池(诸如锂离子电池)的内部温度(例如，芯温度)。具体地，通过确定电池在给定时间段内从初始温度条件开始的温度变化来确定内部温度。

背景技术：

1、不间断电源(ups)系统通常用于由各种不可预见的情况引起的短电力中断。也就是说，ups系统或装置在输入电源或市电发生故障时向负载提供紧急电力。然而，ups系统也可在不同的情况下使用，诸如用于削峰填谷、需求响应、发电机替换、调峰和频率调节应用。

2、这样的ups系统的电池，例如锂离子电池，需要能够在持续的时间段(取决于应用，从几分钟到几小时)提供相对大水平的峰值功率，同时保持安全的内部温度，例如，芯温度。

3、出于若干原因，通常希望了解电池(并且特别是ups系统中的锂离子电池)的内部温度或芯温度。例如，电池性能可由芯温度确定，其中，可基于芯温度识别容量和功率的损失。芯温度可以用于估计电池电芯的健康状态(soh)，这是因为引起电池劣化的生成的固体电解质界面在高温下加速。而且，电池芯温度监测可帮助检测热失控场景，热失控场景常常在较高温度下发生，其中，高温触发电池中的放热反应。

4、测量(锂离子)电池的芯温度是有挑战性的。通常，电池表面温度(它可以更容易地测量)被用作芯温度的代替；然而，表面温度总体上显著地低于芯温度。从电池表面温度估计电池芯温度的现有方法受到高硬件和制造成本以及高布线、数据传输和存储成本的限制。这是因为需要安装相对大量的热电偶(每个电池电芯一个)。这些现有方法还不太适用于已经在现场安装电池的棕地应用。

5、本发明正是针对这一背景而设置的。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定电池的内部温度的计算机实现的方法。该方法包括在初始时间获得指示电池温度的电池的初始温度条件。该方法包括在初始时间之后的给定时间接收指示电池中的电流的电流数据。该方法包括在给定时间接收指示与电池相关联的环境温度的环境温度数据。该方法包括基于电池的内阻并基于所接收的电流数据，确定电池中的热量生成率。该方法包括在给定时间确定从初始时间开始的电池的温度变化，温度变化是基于所获得的初始温度条件和所确定的热量生成率来确定的。该方法包括基于所确定的温度变化和所接收的环境温度数据，确定电池的内部温度。

2、该方法可以包括获得电热模型，电热模型依据电池中的热量生成率随时间的变化描述电池的温度变化。在给定时间确定电池的温度变化可包括：基于所获得的初始温度条件和所确定的热量生成率，评估在给定时间的电热模型。

3、电热模型随距电池的芯的距离的变化描述电池的温度。

4、确定电池的内部温度可包括：在距芯的给定距离处评估电热模型，给定距离小于距电池的表面的距离。可选地，电池的芯的温度可以被确定为电池的内部温度。

5、该方法可以包括在给定时间确定电池的表面温度。确定表面温度可包括：在与从芯到电池表面的距离相等的距离处评估电热模型，以在给定时间确定电池表面从初始时间开始的温度变化。确定表面温度可包括：基于所确定的表面的温度变化和所接收的环境温度数据，确定电池的表面温度。

6、电热模型可以包括描述电池的电特性、热特性和几何特性的多个参数。

7、多个参数的值可以经由训练阶段获得，训练阶段用于训练电热模型以确定电池的内部温度。多个参数的值可以使用电池的历史数据来获得。

8、该方法可以包括执行训练阶段。训练阶段可以包括利用初始值使多个参数初始化。训练阶段可以包括利用初始参数值和历史数据评估电热模型，以获得在给定时间段内电池的估计表面温度。训练阶段可以包括：将估计表面温度与从历史数据获得的给定时间段内电池的测量表面温度进行比较。训练阶段可以包括：基于估计表面温度与测量表面温度之间的差，更新多个参数的初始值，以获得参数的当前值。

9、训练阶段可以包括重复步骤：利用当前参数值和历史数据评估电热模型，以获得在给定时间段内的估计表面温度；将估计表面温度与给定时间段内的测量表面温度进行比较；并且基于给定时间段内的估计表面温度与测量表面温度之间的差更新多个参数的当前值，直到满足停止条件。

10、停止条件可以是或者包括：评估、比较以及更新步骤已经重复了规定阈值次数。停止条件可以是、或包括：在给定时间段内的估计表面温度与测量表面温度之间的误差平方和的差小于规定阈值差值。

11、更新多个参数的当前值可以包括应用信任区域优化方法。

12、历史数据可以包括电池的电流、电压和表面温度的测量值。

13、历史数据可以包括线路结束测试数据。

14、电热模型可以是电池的温度变化的分析方程。

15、电池的温度变化θ(x，t)的分析方程可以由下式给出：

16、

17、其中，

18、

19、其中，t是从初始时间开始的时间，keff是电池的有效热导率，pcp是电池的热容量，x是距表示电池的等效平面壁的中心的距离，l是等效平面壁的一半厚度，λn是通过会聚tanλnl＝bi/nl获得的无穷级数的给定n值的特征值，θi是在初始时间电池与环境温度之间的平均温度差，h是电池表面与环境之间的热传递系数，并且是电池中的热量生成率。

20、在一些示例中，可由下式给出：

21、

22、其中，rin是电池的内阻，i(t)是在给定时间的电流，并且μ是用于内阻rin的校正因子。根据电压和电流数据在明确的间隔内(例如，3个月到6个月)估计rin。

23、在一些示例中，θi可基于电池在前一时间结束时的平均温度设置，其中，电池的内部温度在前一时间中确定。

24、在一些示例中，可由下式给出：

25、

26、其中，τ＝nδt和δt是温度变化的连续观测之间的时间间隔。n是给定周期中的观测的总次数。

27、该方法可以包括确定电池的内阻。可以基于在电池的非放电条件下跨电池的电压、在放电条件下跨电池的电压、和放电期间电池中的电流来确定内阻。

28、初始温度条件可以作为前一时间段结束时电池的平均温度而获得，其中，在前一时间段中，确定电池的内部温度以及表面温度(可选地)。

29、前一时间(时间段)可以对应于电池在特定操作模式下操作的时间(时间段)。

30、初始时间可以对应于电池从另一操作模式改变到一个操作模式操作的时间。

31、电池可以是锂离子电池。

32、电池可以是不间断电源(ups)系统的一部分。

33、该方法可以包括依据所确定的内部温度提供输出。可选地，如果所确定的内部温度超过规定阈值，则输出可以包括警告。可选地，如果所确定的内部温度超过规定阈值，则输出可以包括控制信号以自动地改变电池的操作模式。

34、根据本发明的另一方面，提供一种其上存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，指令在由处理器执行时使得处理器执行如上文所限定的方法。

35、根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定电池的内部温度的系统。系统包括一个或多个处理器，一个或多个处理器被配置为：在初始时间获得指示电池温度的电池的初始温度条件；在初始时间之后的给定时间接收指示电池中的电流的电流数据，并且在给定时间接收指示与电池相关联的环境温度的环境温度数据；基于电池的内阻并基于所接收的电流数据，确定电池中的热量生成率；在给定时间确定从初始时间开始的电池的温度变化，温度变化是基于所获得的初始温度条件和所确定的热量生成率来确定的；并且基于所确定的温度变化和所接收的环境温度数据，确定电池的内部温度。

36、系统可部分地或完全地在包括电池的设备中实现。系统可部分地或完全地在边缘处理设备中实现。系统可部分地或完全地在用于监测电池的操作的电池管理系统中实现。