一种动力电池交流电变电流梯次加热方法技术

本发明专利技术涉及一种动力电池交流电变电流梯次加热方法，该方法能根据当前动力电池组的温度、外部环境温度、动力电池的端电压等检测信号，及时计算和更新交流电激励电流幅值并施加在电池两端，保证电池的端电压不超限，电流处于电池允许的承载电流范围内，以期提高动力电池低温工作性能。解决了低温环境下，现有电池加热方法存在加热速度慢、效果差、加热过程中电压超限，对电池寿命有影响等问题，且该加热方法效果好、鲁棒性高、安全性好。为动力电池的可靠运行提供保障。

A battery of alternating current current echelon heating method

The invention relates to a power battery AC variable current echelon heating method, this method can according to the power battery temperature, ambient temperature, battery voltage detection signal, timely calculate and update the AC excitation current amplitude is applied on the two end of the battery, ensure the battery terminal voltage not to exceed the limit, in the current cell allow the load current range, in order to improve the performance of power battery at low temperature. To solve the low temperature environment, the existing battery heating method has low heating speed and poor effect, in the process of heating voltage overrun, impact on issues such as battery life, and the effect of the heating method is good, high robustness, good safety. Providing reliable support for the reliable operation of power batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池交流电变电流梯次加热方法
本专利技术涉及动力电池热管理领域，具体涉及一种动力电池低温加热方法。
技术介绍
在低温环境下，有必要对电池进行提前预热处理，提高动力电池冷启动温度，提高电池工作性能。当前解决电池低温问题较为常见的是低温加热，主要有空气加热方式、液冷式、电加热等外部加热形式，但这些车用电池低温外部加热系统，能量利用率较低、加热效果较差，一定时间内将电池加热到指定温度后，又由于电池与外部环境热交换热辐射等原因造成较大的热损失，对于电池包周围的工作环境温度的控制不到位，无法有效持续保证动力电池的最佳工作温度。因此，为保证理想的加热效果，有必要采取内部加热方法。目前常见的内部加热方法主要有交流电加热方法，但是现有技术中，在交流电加热过程中，采用单一幅值和频率的交流电，未考虑电池的安全性能，无法有效限制电池在加热过程中的电压，在加热过程中，容易造成电池端电压超限现象，进而导致电池寿命缩短。因此，本专利技术为克服上述技术缺陷，提出了一种变电流梯次加热系统及加热方法，这种加热策略可以在低温环境下，保证电池电压在正常的工作范围内和电池电流在最大可承载范围内，进而实现电池内部快速升温、高效加热，保障了电池在低温环境下的使用性能，且在加热过程中，已经过实验验证，施加的电流为标准的正弦波交流电，不会对电池寿命造成影响，有利于提高电池的一致性和使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的一种动力电池交流电变电流梯次加热方法，该方法包括：(a)更新当前温度下动力电池的开路电压值和电池阻抗值；(b)根据所述开路电压值和电池阻抗值更新交流电激励电流幅值，所述交流电激励电流幅值为当前温度下动力电池最大的允许电流限值；以该交流电激励电流值施加在动力电池，进行动力电池内部加热；(c)电池温度每升高目标温度幅值，重复进行步骤(a)和(b)，直到动力电池温度达到目标温度。本专利技术的另一种动力电池交流电变电流梯次加热方法，该方法包括：S1：获取当前温度下动力电池的开路电压值和电池阻抗值；S2：根据所述开路电压值和电池阻抗值计算交流电激励电流幅值，所述交流电激励电流幅值为当前温度下动力电池最大的允许电流限值；S3：以步骤S2中得到的所述交流电激励电流幅值，进行动力电池内部加热。S4：判断动力电池温度是否升高目标温度幅值，若是，执行S5；若否，执行S3，继续以S2步骤计算得到的交流电激励电流幅值进行动力电池内部加热；S5：判断动力电池是否达到目标温度，若是停止加热；若否，跳转执行步骤S1，更新动力电池的开路电压值和电池阻抗值。优选地，根据动力电池的SOC值，结合当前动力电池温度,根据控制器内预存的开路电压值和温度关系获取所述开路电压值。优选地，根据控制器内预存的电池阻抗值与电池温度的关系获取当前温度下的电池阻抗值。优选地，将测量的动力电池加热前的端电压作为开路电压值初始值，优选地，目标温度幅值是1度、0.5度、0.25度或2度。本专利技术的加热方法还可用于电池管理系统。附图说明图1为本专利技术所述的变电流梯次加热流程图图2为本专利技术所述的R-T等效电路模型图具体实施方式：本专利技术所涉及的动力电池包括动力电池单体、动力电池包、或者成组后的动力电池组。本专利技术使用OCV代表开路电压，I代表动力电池的输入的交流激励电流，T为所述动力电池温度。本专利技术所述的动力电池交流电变电流梯次加热方法如附图1所示。本专利技术所述的动力电池交流电变电流梯次加热方法，该方法包括：OCV-T曲线的建立、R-T模型的建立、交流电激励电流幅值的计算。下面分别对上述各个部分进行详细叙述：首先，OCV-T曲线的建立方法如下，动力电池的OCV与T，在荷电状态SOC和老化程度相对稳定的状态下，具有一一对应的映射关系。该映射关系是电池本身所固有的物化特性，与电池本身的材料有关，同类电池在相同SOC、相同老化寿命下的该映射关系无明显变化。根据该映射关系，可建立在一定SOC、一定老化寿命下相对稳定的OCV-T曲线，即开路电压随温度变化曲线。依据该曲线，即可在确定SOC情况下,由某时刻温度值估计该时刻的OCV值。该曲线的具体建立过程如下：步骤①：在指定的温度下，用电池的额定电流，将电池充满电后进行电池的满充满放实验，取三次以上实验结果的充电量均值作为充电容量，取三次以上实验结果的放电量均值作为放电容量。步骤②：在该温度下将电池充满电，静置两小时后测量电池的端电压，该测量值即可被认为是100％SOC状态下的OCV；逐次用额定电流放步骤①所测放电容量的指定百分比(如50％)，每次放电指定百分比(如50％)后均静置两小时后再测量端电压，该测量值即可被认为是该荷电状态下的OCV(车载动力电池管理系统BMS可以直接估算当前电池的SOC值)。步骤③：在指定的电池荷电状态下，逐次调整电池环境温度(如20℃，18℃，16℃，14℃，12℃，…..-20℃)，并静置4小时以上，以便电池温度分布的一致性，再测量端电压，该测量值即可被认为是该温度下的OCV。步骤④：将步骤③所测得的三次数据取均值，即可认为是指定荷电状态下的OCV-T的准确值；步骤⑤：采用组合模型式(1)对OCV与T关系进行拟合，进而得到α0,α1,…,α6的值，完成OCV-T曲线的建立。UOCV(T)＝α0+α1T+α2T2+α3T3+α4/T+α5ln(T)+α6ln(1-T)式(1)α0,α1,…,α6为组合模型的系数；下面阐述本专利技术所述的R-T模型的建立方法，本专利技术以Thevenin动力电池等效电路模型为例，模型参见如图2，来阐述该动力电池阻抗随温度变化的关系和阻抗计算方法。本领域技术人员也可以使用领域熟知的其他模型来替换上述Thevenin动力电池等效电路模型。其中，R0(T)为欧姆阻抗随温度变化拟合曲线，RSEI(T)为SEI膜随温度变化的拟合曲线，RCT(T)为电化学阻抗随温度变化拟合曲线，CSEI为SEI的电容，Cdl为电化学反应的电容。所述的OCV-T曲线和R-T模型在交流加热前已经预先存入BMS系统中，并可以由BMS系统调用和控制。动力电池系统中的电池管理系统(BMS)能够通过数据采集器或传感器实时采集动力电池单体和/或动力电池组的端电压的测量值Ut(k)和温度，以及环境温度等信息，并储存在相应的存储器，为交流电激励电流幅值计算提供可靠地实时信息输入。本专利技术所述的交流电激励电流幅值的计算如下，根据欧姆定律，k时刻T温度下电池能够承受的最大电流限值可由下式(3)、(4)得出：Iupper_limit(k,T)＝(Umax-Uocv(k,T))/R(k,T)式(3)Ilower_limit(k,T)＝(Umin-Uocv(k,T))/R(k,T)式(4)其中k时刻T温度下的OCV可由式(1)，Iupper_limit(k,T)和Ilower_limit(k,T)为k时刻T温度下最大的允许电流限值，Umin为电池最低允许电压限值，Umax为电池允许的最高电压限值。因此输入的交流电激励电流幅值i：i≤Iupper_limit且i≤Ilower_limit当Iupper_limit≥Ilower_limit，则i＝Ilower_limit；式(5)当Iupper_limit≤Ilower_limit，则i＝Iupper_limit；式(6)本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力电池交流电变电流梯次加热方法，该方法包括：(a)更新当前温度下动力电池的开路电压值和电池阻抗值；(b)根据所述开路电压值和电池阻抗值更新交流电激励电流幅值，所述交流电激励电流幅值为当前温度下动力电池最大的允许电流限值；以该交流电激励电流值施加在动力电池，进行动力电池内部加热；(c)电池温度每升高目标温度幅值，重复进行步骤(a)和(b)，直到动力电池温度达到目标温度。

【技术特征摘要】
1.一种动力电池交流电变电流梯次加热方法，该方法包括：(a)更新当前温度下动力电池的开路电压值和电池阻抗值；(b)根据所述开路电压值和电池阻抗值更新交流电激励电流幅值，所述交流电激励电流幅值为当前温度下动力电池最大的允许电流限值；以该交流电激励电流值施加在动力电池，进行动力电池内部加热；(c)电池温度每升高目标温度幅值，重复进行步骤(a)和(b)，直到动力电池温度达到目标温度。2.一种动力电池交流电变电流梯次加热方法，该方法包括：S1：获取当前温度下动力电池的开路电压值和电池阻抗值；S2：根据所述开路电压值和电池阻抗值计算交流电激励电流幅值，所述交流电激励电流幅值为当前温度下动力电池最大的允许电流限值；S3：以步骤S2中得到的所述交流电激励电流幅值，进行动力电池内部加热。S4：判断动力电池温度是否升高目标温度幅值，若是，...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊瑞，郭姗姗，何洪文，孙逢春，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11