具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一方面，本发明提供了一种用于实时测量软包电池产热率的装置，其包括：温度传感器，设置在软包电池1的表面，用于测量软包电池1的温度；金属板2，分别设置于软包电池1的两侧；散热装置5，分别设置于金属板2的外侧；热电模块4(Thermal Electric Module，缩写：TEM)，分别设置于金属板2与散热装置5之间。

具体地，根据本发明的实施例的装置为一个对称的“ABA”结构，软包电池1为“B”，金属板2、散热装置5以及热电模块4等组成了“A”，图1示出了软包电池1与软包电池1右侧的根据本发明实施例的装置的部分结构，软包电池1被夹在完全相同的金属板2之间，金属板2的外侧设置有热电模块4，热电模块4为根据本发明实施例的装置的关键部件，热电模块4内设置有多个平行排列且相互串联的P-N结。每个热电模块4外侧设置有散热装置5，散热装置5直接对环境开放，散热装置5外侧可再设置风扇用于加速空气流动，还设置有泡沫板3用于将根据本发明的实施例的装置与周围环境隔热。

其中，热电模块4在工作过程中有冷、热两端，当电流流过热电模块4时，热电模块4的一端在冷却，另一端在加热。具体地，如图1所示，热电模块4的冷端与金属板2接触，热电模块4的热端与散热装置5接触。在软包电池1产生热量时，热量可通过金属板2被热电模块4排走，因此即使软包电池1在充放电过程中产生大量的热量，根据本发明实施例的装置也能将软包电池1维持在正常工作温度下，从而保护软包电池1的寿命与性能。

此外，热电模块4与软包电池1分别连在不同的电路中。热电模块4与双极电源连接在同一回路。软包电池1接入另外两个回路：充电回路与放电回路，充电回路中接入充电开关与电源，放电回路中接入放电开关与电子负载。当对软包电池1充电时，按下充电开关，充电回路闭合；当对软包电池1放电时，按下放电开关，放电回路闭合。

为了估算软包电池1的产热率并且控制热电模块4和软包电池1的温度，对热电模块4、金属板2、软包电池1进行了热参数识别并建立了热模型，再将模型转化为状态空间型，对其进行离散化，应用卡尔曼滤波使根据本发明实施例的装置可快速、准确地响应。

下文介绍热模型，先利用印刷电路板(PCB)作为模拟热源，进行热模型的参数识别和标定。其中，印刷电路板的尺寸与软包电池1的尺寸相同，并假定具有纯电阻，将金属板2分为两个控制单元，则基于金属板2左控制单元的导出方程(1a)为：

式中，ρ为金属板2密度，C_p为金属板2的比热容，V₁为金属板2左控制单元的体积，Q_PCB为印刷电路板的产热率，k为传导系数，A为金属板2的面积，L为两个控制单元之间的距离，参照图1，T₁为金属板2靠近印刷电路板一侧的温度，T₂为金属板2靠近热电模块4一侧的温度。同理，金属板2右控制单元的导出方程(1b)为：

其中V₂是金属板2右侧的控制单元的体积，Q_pump为热电模块4冷端的热泵率，如上文提到的热电模块4在靠近金属板2一侧吸热，在靠近散热装置5一侧放热，因此热电模块4靠近金属板2的一侧为冷端，热电模块4靠近金散热装置5的一侧为热端。热电模块4的热泵率是通过热电模块4的电流和热电模块4冷、热端温度的函数公式，热泵率定义为：Q_pump＝k₁T₂I_TEM﹣k₂ I_TEM ²﹣k₃(T₃﹣T₂)，第一项是热电模块4的Peltier效应，其表示热泵率；第二项表示焦耳热的产热量；第三项表示傅立叶热传导，其中I_TEM是施加到热电模块4的电流，k₁、k₂和k₃是待确定的常数，T3为热电模块4靠近散热装置5一侧的温度，即热电模块4热端的温度。

为了简化方程，理想情况下V₁与V₂相同，方程(1a)和方程(1b)中的k，A和L都是常数。因此，引入K＝(k·A)/L，单位为(W/K)；再引入ρC_pV₁＝ρC_pV₂＝C_Mm_M，单位为(J/K)，C_M为金属板2一个控制单元的比热容，m_M为金属板2一个控制单元的质量。则方程(1a)和方程(1b)可以重写为如下方程(2a)、(2b)：

采用前向差分法(Forward Difference)对金属板2模型进行离散化。然后方程(2a)、(2b)变成(3a)、(3b)：

式中，Δt为采样时间。然后重新排列方程(3a)、(3c)，获得方程(4a、4b)：

T₁ ^k+1＝Δt·Q^k _PCB/C_Mm_M+(1-ΔtK/C_Mm_M)T₁ ^k+ΔtK·T₂ ^k/C_Mm_M

T₂ ^k+1＝-Δt·Q^k _pump/C_Mm_M+(1-ΔtK/C_Mm_M)T₂ ^k+ΔtK·T₁ ^k/C_Mm_M

由于本发明在软包电池上设置有温度传感器，则根据公式(2a)，同理可得公式(2c)：

式中，C_B为软包电池1的比热容，m_B为软包电池1的质量，C_B与m_M可由电池供应商提供，K_BM为软包电池1和金属板2之间的热导率，可在实验室中测得。将公式(2c)离散化为公式(4c)：

T_B ^k+1＝Δt·Q^k _B/C_Bm_B+(1-ΔtK_BM/C_Bm_B)T_B ^k+ΔtK_BM·T₁ ^k/C_Bm_B

推导了该模型的状态空间形式。假定Q_PCB ^k与Q_B ^k在采样时间内为常数，且

上式中T_initial为初始工作时候的最初温度，即初始状态时金属板2左侧温度和金属板2右侧温度与环境温度相等，T₁＝T₂＝T_initial。公式(4)状态空间型为:

则根据本发明实施例的装置的热模型参数A、B、C依次如下：

根据本发明实施例的装置的热模型参数A为：

根据本发明实施例的装置的热模型参数B为：

根据本发明实施例的装置的热模型参数C为：

[1 0 1 0]。

另一方面，本发明提供了一种实时测量软包电池产热率的方法，方法包括：步骤S1：将软包电池1置入根据本发明实施例的装置的两个金属板2之间；步骤S2：将温度传感器设置于软包电池1上；步骤S3：当为软包电池1充电时，按下充电开关，或者当为软包电池1放电时，按下放电开关；步骤S4：按下热电模块4回路开关使热电模块4开始工作；以及步骤S5：测得软包电池1产热率。

综上所述，本发明提供了一种用于实时测量软包电池产热率的装置，其包括：温度传感器，设置在软包电池的表面，用于测量软包电池的温度；金属板，分别设置于软包电池的两侧；散热装置，分别设置于金属板的外侧；热电模块，分别设置于金属板与散热装置之间。本发明的装置体积小、可在短的响应时间内测量大的产热率，并可使充放电的软包电池保持在安全温度内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。