一种电池组分组交流预热方法技术

本发明专利技术提出一种电池组分组交流预热方法，属于电池技术领域。该方法首先以电池单体或模组为单元对电池组进行分组，利用具有开关器件的电路将每个电池分组与电池组充电接口连接起来，对所有电池分组进行配对，并利用控制电路连接每个配对中的两个分组；然后确定电池分组预热规程，若电池组处于低温环境时，判定电池组充电接口是否与外部电源相连，并依据判定结果按照预热规程对电池组进行预热。本发明专利技术可同时在有外部电源输入以及无外部电源输入的条件下实施，并可有效提高电池组预热速率以及预热时的能量使用效率。

A Method of AC Preheating for Battery Group

The invention provides an AC preheating method for battery group, which belongs to the battery technical field. In this method, batteries are grouped by cells or modules, each battery group is connected with battery charging interface by circuit with switching devices, all battery groups are paired, and two groups of each pair are connected by control circuit. Then, the preheating regulation of battery group is determined. If the battery group is in a low temperature environment, the electricity is determined. Whether the battery charging interface is connected with the external power supply, and according to the judgment results, preheat the battery according to the preheating rules. The invention can be implemented simultaneously with and without external power input, and can effectively improve the preheating rate of the battery pack and the energy utilization efficiency during preheating.

【技术实现步骤摘要】
一种电池组分组交流预热方法
本专利技术涉及电池
，特别涉及一种电池组分组交流预热方法。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点，与其他电池相比，是目前最适合于电动汽车的动力源。但在低温条件(一般在0℃以下)下，锂离子电池内部的各类阻抗增加，导致其在使用时的性能下降，而且目前的商用锂离子电池负极材料以石墨为主，在低温下充电时容易导致石墨负极上出现锂金属，使得电池的容量衰减、寿命降低，而且锂金属的持续生长还可能刺破隔膜，造成内短路，引发热失控等安全事故。通过预热，使电池温度上升到常温或者10℃以上之后，再让电池处于正常的工作状态，便可有效避免上述安全性问题的发生。目前电池组低温预热方法包括外部预热与内部预热两种技术方案。外部预热是指通过电池组外部的加热元件对电池进行预热，直到电池组的温度达到预设温度，这种方法虽然可以有效解决电池在低温条件下的使用与充电问题，但这种方法用时较长，能量利用效率较低，成本较高，而且会降低电池组的能量密度；内部预热方法是指利用电池在充放电过程中自身的产热来实现预热，有效的方法包括利用高频大幅值的交流电对电池进行预热，这种方法较外部预热方式而言，其预热更快而且能量利用效率更高，但是利用该方法直接对整包电池组进行预热需要输入较大的电流，而目前的充电设备也难以满足大电流的要求。
技术实现思路
本专利技术是为了解决对整个电池组预热时大电流难以满足以及采用外部预热时电池组预热效率较低的问题，提出一种电池组分组交流预热方法。本专利技术可同时在有外部电源输入以及无外部电源输入的条件下实施，并可有效提高电池组预热速率以及预热时的能量使用效率。本专利技术提出一种电池组分组交流预热方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选定一个电池组，以电池单体或模组为单元对该电池组进行分组，利用具有开关器件的电路将每个电池分组与电池组充电接口连接起来，对所有电池分组进行配对，并利用控制电路连接每个配对中的两个分组；(2)对步骤(1)选定的电池组确定电池分组预热规程；(3)电池组控制系统通过电池组的温度传感器所采集的温度信息计算电池组的平均温度，并根据设定的低温环境阈值判断电池组目前是否处于低温环境：若电池组平均温度小于低温环境阈值，则电池组处于低温环境，进入步骤(4)；否则，电池组未处于低温环境，不进行分组预热，方法结束；(4)判定电池组充电接口是否与外部电源相连，并依据判定结果按照步骤(2)制定的预热规程对电池组进行预热：若电池组充电接口未连接外部电源，则根据预热规程通过分组之间的控制电路实现分组之间的相互充放电；若电池组充电接口连接外部电源，则根据预热规程对电池分组交替进行交流预热。本专利技术的特点与有益效果在于：1专利技术提出的方法可利用电池自身的产热来进行预热，提高了预热时的能量利用率，在对整个电池组进行分组预热时，对充电电流的大小要求较小，可有效解决对整个电池组预热时大电流难以满足的问题。2本专利技术采用对电池组进行分组的思路，在有外部电源输入的情况下，对电池组内部的分组进行交替预热，有效解决了对整个电池组进行预热时充电桩难以提供大电流的难题；在无外部电源输入的情况下，利用两个电池分组交替充放电来实现预热，有效利用了电池自身的能量，提高了预热时的能量利用效率。3通过本专利技术提出的方法，在不需要增加额外预热元件的条件下，便可有效提高电池组在低温条件下的预热速率，并且在不同的使用条件下也可以有效地进行预热，有效保证了在低温条件下的使用性能。附图说明图1是本专利技术方法的整体流程图。图2是本专利技术实施例中电池组分组设计示意图。图3是本专利技术实施例中在无外部电源输入条件下分组电压和电流随时间变化曲线示意图。图4是本专利技术实施例中在无外部电源输入情况下的预热过程中分组平均温度随时间变化曲线示意图。图5是本专利技术的一个实施例中在有外部电源输入情况下的预热过程中分组平均温度随时间变化曲线示意图。具体实施方式本专利技术提出一种电池组分组交流预热方法，下面结合附图和具体专利技术实例对本专利技术进一步详细说明如下。本专利技术提出一种电池组分组交流预热方法，整体流程图如图1所示，包括以下步骤：(1)选定一个电池组，该电池组可以为任意型号的电池组，以电池单体或模组为单元对该电池组进行分组，利用具有开关器件的电路将每个电池分组与电池组充电接口连接起来，对所有电池分组进行配对，并利用具有控制分组相互充放电功能的电路连接每个配对中的两个分组。具体步骤如下：(1-1)选定一个电池组，对该电池组以单体或者模组为单元进行分组，每个分组内的电池单体或电池模组之间可以采用串联、并联或者串并联混合的方式相连接，具体的连接方式可依据充电桩的使用要求、电力电子器件的使用要求以及分组成本要求这三个要素来确定每个电池分组内部的单体或者模组数量以及这些单体或者模组之间的连接方式，另外，为便于配对，电池分组的数量需保证在双数。(1-2)分组完成后，利用具有开关器件的电路将每个分组与充电接口连接起来；(1-3)确定所有电池分组之间的配对关系，配对时，应尽量选取电压、容量以及内阻差异较小的分组进行两两配对，配对完成后，利用控制电路连接每个配对中的两个分组，该控制电路应具有控制该配对中分组之间相互充放电以及控制分组间是否连接的功能。在本实施例中，利用带有控制开关以及具有升压/降压功能的电力电子器件实现所述功能，其中控制开关用于控制电路的通断与保护电路，具有升压/降压功能的电力电子器件用于控制分组之间的相互充放电，例如，可使用双向DC-DC变换器这种具有升压/降压功能的电力电子器件控制两个分组之间相互充放电，并利用IGBT等开关器件控制该电路的通断。图2所示是本实施例中电池组分组设计示意图，其中，电池分组1，2，3，…,M表示电池组经过分组之后各分组的序号，每个分组与电池组充电接口之间通过带有开关器件的电路连接，该器件可以是IGBT、MOSFET等开关器件，开关1，2，3，…，M表示每个分组与充电接口之间的开关器件的序号，与分组的序号相同，自然数M表示经过分组后的分组数为M，而且M应为双数；另外，还需对所有电池分组进行两两配对，配对之前应对分组的容量、开路电压、内阻等相关参数进行测量，将状态接近的两个分组进行相互配对，配对分组之间通过控制配对分组之间相互充放电以及控制分组间是否连接的功能的电路相连，可使用双向DC-DC变换器这种具有升压/降压功能的电力电子器件来控制两个分组之间相互充放电，并利用IGBT等开关器件控制该电路的通断。(2)对步骤(1)选定的电池组确定电池分组预热规程；分组预热规程可依据单体电池预热规程制定，或者直接利用实验或模型的方法确定；在本专利技术的一个实施例中，分组预热规程包括预热时每个分组的电压、电流、频率以及分组充电时切换分组对应的阈值温度和升压/降压器件换向时两个分组之间的状态参数的差值，两个分组之间的状态参数的差值可以为两个分组间电压、温度、容量以及SOC等能够表征分组当前状态的参数差异；在该实施例中，选取两个分组之间的SOC(荷电状态)差值作为升压/降压器件换向时的状态参数差值，分组预热规程可以通过以下两种方式制定：一种是在单体电池预热规程的基础上，通过比例放大的方式获得，但需要考虑单体电池不一致性并设置相应的安全余量；另一种是以电池分组为对象本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池组分组交流预热方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选定一个电池组，以电池单体或模组为单元对该电池组进行分组，利用具有开关器件的电路将每个电池分组与电池组充电接口连接起来，对所有电池分组进行配对，并利用控制电路连接每个配对中的两个分组；(2)对步骤(1)选定的电池组确定电池分组预热规程；(3)电池组控制系统通过电池组的温度传感器所采集的温度信息计算电池组的平均温度，并根据设定的低温环境阈值判断电池组目前是否处于低温环境：若电池组平均温度小于低温环境阈值，则电池组处于低温环境，进入步骤(4)；否则，电池组未处于低温环境，不进行分组预热，方法结束；(4)判定电池组充电接口是否与外部电源相连，并依据判定结果按照步骤(2)制定的预热规程对电池组进行预热：若电池组充电接口未连接外部电源，则根据预热规程通过分组之间的控制电路实现分组之间的相互充放电；若电池组充电接口连接外部电源，则根据预热规程对电池分组交替进行交流预热。

【技术特征摘要】
1.一种电池组分组交流预热方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选定一个电池组，以电池单体或模组为单元对该电池组进行分组，利用具有开关器件的电路将每个电池分组与电池组充电接口连接起来，对所有电池分组进行配对，并利用控制电路连接每个配对中的两个分组；(2)对步骤(1)选定的电池组确定电池分组预热规程；(3)电池组控制系统通过电池组的温度传感器所采集的温度信息计算电池组的平均温度，并根据设定的低温环境阈值判断电池组目前是否处于低温环境：若电池组平均温度小于低温环境阈值，则电池组处于低温环境，进入步骤(4)；否则，电池组未处于低温环境，不进行分组预热，方法结束；(4)判定电池组充电接口是否与外部电源相连，并依据判定结果按照步骤(2)制定的预热规程对电池组进行预热：若电池组充电接口未连接外部电源，则根据预热规程通过分组之间的控制电路实现分组之间的相互充放电；若电池组充电接口连接外部电源，则根据预热规程对电池分组交替进行交流预热。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体步骤如下：(1-1)选定一个电池组，对该电池组以单体或者模组为单元进行分组，每个分组内的电池单体或电池模组之间采用串联、并联或者串并联混合的方式相连接，电池分组的数量为双数；(1-2)分组完成后，利用具有开关器件的电路将每个分组与电池组充电接口连接起来；(1-3)确定所有电池分组之间的配对关系，配对完成后，利用控制电路连接每个配对中的两个分组，所述控制电路用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑波，李哲，方儒卿，葛昊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11