【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池低温热管理，尤其涉及锂电池组脉冲均温自加热系统和方法。
技术介绍
1、锂电池凭借其功率密度高、容量大、电压高、循环寿命长、无记忆效应等技术优势，广泛应用与各类电子设备、移动电源、电动汽车及储能系统，但是，锂电池的工作性能对环境温度非常敏感，在低温环境下，锂电池阻抗会大幅增加、容量及功率能力显著下降，此外，低温时锂电池的充电能力很弱，且低温充电易引发析锂，带来安全隐患。锂电池低温性能差已经成为阻碍电动汽车及储能电站等在东北、西北等严寒地区推广应用的重要制约因素。
2、为了解决电池低温应用问题，一方面是从电化学材料角度出发研制耐低温的电池新材料，另一方面则是从电池管理的角度出发，建立高效、快速的低温加热方法。目前电池新材料的发展无法满足电动汽车迅速发展所带来的锂电池大规模应用技术需求，因此，迫切需求从电池管理的角度建立锂电池低温快速自加热系统和方法。
3、当前常用的加热方法，例如利用流体加热的外部加热方法存在效率低、加热速率慢的缺陷，而交流加热方法，虽然可以提升加热速率，但是系统复杂度高且依赖外部电源，不易实现。采用直流脉冲的方式进行加热是一种高效的加热方法，但是直流脉冲加热的加热速率与电流值直接相关，如专利文献cn101931111b公开的直流脉冲加热方法，将电池电流限制在电池额定电流以下，电池升温速率低。但是，为了提高加热速率而采用大倍率脉冲则会带来安全性问题，例如专利文献cn109921146b采用短路的方式触发大电流脉冲，虽然实现了极速加热效果，但是没有考虑短路带来的耐久性损伤及安
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提出了一种锂电池组脉冲均温自加热系统和方法，适用于户外电源、电动汽车及储能系统，该系统可以在低温情况下不依赖于外部电源而迅速使电池组升温，达到电池的良好工作温度，解决电池低温性能差、应用难的问题，该系统还可以实现加热过程中的电池单体温升速率均衡控制。
2、一方面，本专利技术提供一种锂电池组脉冲均温自加热系统，该系统包括若干个电池单体、若干个加热旁路、若干个mosfet管、若干个温度传感器、信号采集单元、电流传感器和加热控制单元；
3、所述若干个电池单体串联组成电池组，每个mosfet管的漏极通过一个加热旁路与一个电池单体的正极连接，mosfet管的源极通过另一个加热旁路与该电池单体的负极连接，且每一个mosfet管均连接至加热控制单元；所述温度传感器贴装于每个电池单体的表面，用于测量电池单体的温度数据并发送给信号采集单元；所述电流传感器放置于任一加热旁路中用于测量系统的电流数据并发送给信号采集单元；所述信号采集单元连接到电池组正负两端采集电池电压，并分别与加热控制单元、温度传感器和电流传感器连接，用于采集温度数据、电压数据和电流数据并将温度数据发送至加热控制单元；所述加热控制单元用于根据信号采集单元发送的温度数据控制mosfet管的开启和闭合。
4、另一方面，本专利技术还提供一种锂电池组脉冲均温自加热方法，包括如下具体步骤：
5、步骤1：在加热控制单元中初始化mosfet管占空比、控制频率，初始化加热温度阈值tl与加热停止温度阈值th；
6、步骤2：通过温度传感器实时监测各电池单体温度值，如果所有电池单体的平均温度值低于加热温度阈值tl，则执行步骤3，否则，执行步骤8；
7、步骤3：通过加热控制单元控制第一个电池单体对应的第一个mosfet管闭合导通，且控制流经第一个电池单体的单个脉冲的持续时间≤0.1s，当第一个电池的脉冲放电结束后关断第一个mosfet管，静置一个时长δt；
8、步骤4：按照步骤3中方法，根据电池单体的排列顺序依次导通剩余电池单体所对应的mosfet管，当最后一个电池单体达到单个脉冲的持续时间后关断最后一个电池单体所对应的mosfet管；
9、步骤5：利用温度传感器记录每个电池单体的温度值，计算当前时刻的温度均值tm，选取温度值与tm最接近的电池单体的温度值作为基准温度tbm，计算所有电池单体的温度与基准温度tbm的温度差值e；
10、步骤6：根据温度差值e和温度差值e的变化率de/dt来调整每个电池单体的占空比；
11、
12、λi,k+1＝λ0+δλi,k (4)
13、其中，k表示当前时刻；δλi,k为每个电池的占空比增量，i为电池序列号；为占空比增量与差值e和差值e的变化率de/dt的对应关系；ei,k为每个电池温度与基准温度的温度差值；为温度差值的变化率；λ0为所有电池的初始占空比；δλi,k为每个电池的占空比增量；λi,k+1为每个电池在下一时刻的占空比；
14、步骤7：判断当前所有电池单体的平均温度值是否高于加热停止温度阈值th，若是则执行步骤8，否则返回步骤3；
15、步骤8：停止加热，通过加热控制单元控制所有mosfet管关断。
16、与现有技术相比较，本专利技术的有益效果为：
17、所建立的加热系统不依赖于外部热源、易于实现，由于采用了分时依次触发的方式，每个加热电池与相邻电池依次交替工作，避免了大规模成组加热时的高压问题，加热过程安全且高效，加热速率＞8℃/min，通过动态调整占空比，可以将电池组在加热过程中最大温差维持在2.6℃以内，与未采用均温控制相比，又可以将加热结束时的最大温差从5℃降低至1.3℃，有效解决了电动汽车严寒工况下低温容量衰退、性能下降等问题。
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1.一种锂电池组脉冲均温自加热系统，其特征在于，该系统包括若干个电池单体、若干个加热旁路、若干个MOSFET管、若干个温度传感器、信号采集单元、电流传感器和加热控制单元；
2.根据权利要求1所述的锂电池组脉冲均温自加热系统，其特征在于，所述加热控制单元用于根据信号采集单元发送的温度数据控制MOSFET管的开启和闭合。
3.根据权利要求1所述的锂电池组脉冲均温自加热系统，其特征在于，所述温度传感器用于测量电池单体的温度数据并发送给信号采集单元。
4.根据权利要求1所述的锂电池组脉冲均温自加热系统，其特征在于，所述电流传感器用于测量系统的电流数据并发送给信号采集单元。
5.根据权利要求1所述的锂电池组脉冲均温自加热系统，其特征在于，所述信号采集单元用于采集温度数据、电压数据和电流数据并将温度数据发送至加热控制单元。
6.基于权利要求1所示的锂电池组脉冲均温自加热系统实现的一种锂电池组脉冲均温自加热方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
7.根据权利要求6所述的锂电池组脉冲均温自加热方法，其特征在于，步骤2中控制流经
8.根据权利要求6所述的锂电池组脉冲均温自加热方法，其特征在于，步骤6中调整每个电池单体的占空比的方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种锂电池组脉冲均温自加热系统，其特征在于，该系统包括若干个电池单体、若干个加热旁路、若干个mosfet管、若干个温度传感器、信号采集单元、电流传感器和加热控制单元；
2.根据权利要求1所述的锂电池组脉冲均温自加热系统，其特征在于，所述加热控制单元用于根据信号采集单元发送的温度数据控制mosfet管的开启和闭合。
3.根据权利要求1所述的锂电池组脉冲均温自加热系统，其特征在于，所述温度传感器用于测量电池单体的温度数据并发送给信号采集单元。
4.根据权利要求1所述的锂电池组脉冲均温自加热系统，其特征在于，所述电流传感器用于测量系统的电流...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈泽宇，迟延深，张华晨，杨周，胡明光，梁航，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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