近日，上海工程技术大学机械与汽车工程学院张恒运教授团队研制的新型专利——基于锂电池内阻的电池动态工况产热与温度预测方法，在知识产权宣传周主题活动中，获得在场企业代表的高度关注与积极对接。

团队负责人张恒运，博士生导师，IEEE高级会员，中国汽车工程学会高级会员，上海市东方学者特聘教授，中国电子标准委员热管理委员会委员，先后主持10余项国家/省部级及企业委托开发项目。发表论文180余篇，申请、授权发明专利20余项，出版国家重点图书1部。

张恒运教授长期聚焦锂电池的测量与热管理领域。团队成功获得国家自然科学基金面上项目以及上海市科委项目资助，自主研发了一套完整电池热参数测量方法体系，包括动态内阻测量法、校准量热法、校准热流法、准稳态-热保护方法、热流计校准方法等。

核心技术创新

传统方法依赖绝热加速量热仪测量、或者基于单一工况内阻的测量，无法应对电动汽车实际行驶中变电流、变温度、变荷电状态（SOC）的复杂工况。张恒运教授团队的技术突破在于利用电池多工况内阻作为基准，结合实验与快捷算法实时反算瞬态产热率。专利核心技术路径如下：(1）多工况内阻精准分离：采用脉冲放电法快速获得不同倍率的直流内阻欧姆与极化内阻，考虑不可逆热与可逆热即熵变热的贡献。(2）瞬态产热模型构建：建立适用于动态工况的产热率数学方程，计算量适中，响应速度与精度满足车规级需求，可嵌入BMS实时运行。(3）三因素独立解耦：系统揭示温度、SOC、倍率三个关键因素对产热率的独立影响规律，为精细化的热管理策略提供量化依据。

核心技术一：全SOC + 宽倍率脉冲法测直流内阻

针对传统混合功率脉冲特性法单次测量仅能获取一个倍率下的内阻、测试周期长、效率低的突出问题，张恒运教授团队开发了一种宽倍率脉冲功率测试方法，在一次放电深度静置周期内，依次施加多个放电倍率（如0.5C → 1C → 2C → 3C）的脉冲电流进行测量，从而大大提高测量效率。

核心技术二：全阵列混合正交试验设计耦合动态工况获得实时产热率

本专利通过全阵列混合水平正交试验，率先系统捕捉了三因素之间的耦合效应（如DOD×DR、DOD×T、DR×T乃至DOD×DR×T），模型精度显著提升（5.6%）。设计了覆盖温度、倍率、SOC三因素全区间（4×4×11）的混合水平正交试验，通过响应曲面法拟合得到三阶显式多项式模型，方程可直接代数求解、运算简单，三阶模型在精度与计算量之间达到最优平衡：比二阶精度提升近12个百分点，比四阶减少13项计算量，从而能够实现动态工况下电池瞬态产热率的毫秒级测算。

车载应用验证：不同初始DOD下的电池温升特征

基于WLTC工况，将本专利所建立的三阶瞬态产热率模型应用于车辆行驶过程中的电池温升预测。在绝热条件下，分别对比了初始DOD = 0.8、0.5、0.1三种电池起始荷电状态下的温升表现。发现温升随初始DOD呈非单调变化：随着初始DOD从0.8降低至0.1，电池温升呈现先下降、后上升的趋势。在放电深度较小时（DOD=0.1, 0.5）更有利于控制温升,而在高DOD区间容易导致过度温升。相比而言，大容量电池热效应更显著，比如大容量方壳电池的最终温升均高于18650圆柱电池，表明大容量电池的热特性需给予更高关注。

张恒运教授团队融合实验室测量、混合水平试验设计方法与车辆动态工况，创新提出基于锂电池内阻的电池动态工况产热与温度预测方法，突破了传统的绝热加速量热仪实时性差、测量局限于单一工况等缺陷，实现了从实验室级别测量到在线产热预测与温度监测的算法流程，计算快捷，适合车辆BMS与储能PCS集成。

此项科研创新成果，不仅彰显了学校深耕机械与汽车工程领域的科研实力，更为学校学科建设、科研创新高地打造、产教融合发展注入强劲动能。

来源 | 机械与汽车工程学院

责任编辑 | 张鑫