CN106025410B - 一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法 - Google Patents

一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法 Download PDF

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Abstract

一种用于电动汽车的电池低温可变电流加热方法,属于电池预热技术领域。解决了现有电池加热方法存在电池在预热过程中电压过高或过低，对电池造成损害的问题。本发明在不同环境温度下，根据正交试验原理，以不同的充电电流倍率和放电电流倍率，对不同初始荷电状态soc下的电池分别进行充放电实验，电池温度到达目标温度Tgoal后停止进行充放电，并将充放电循环数到达u时，电池温度仍小于目标温度Tgoal的电池筛选出去；根据电池低温加热的目标要求，电池进行筛选，获得电池的最优化充放电倍率组合表；再进行可变电流电池加热实验获得具有增值的充放电电流倍率组合最优表；利用具有增值的充放电电流倍率组合最优表控制电动汽车供电电池的充放电。本发明适用于电池预热。

Description

一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法
技术领域
本发明属于电池预热技术领域。
背景技术
现有的电池预热方案采用某一频率和某一幅值的交变电流对电池进行加热，但是应用该方法时无法有效限制电池在加热过程中的电压，容易造成电池在预热过程中出现电压持续过高或过低的问题，从而对电池造成伤害。
发明内容
本发明是为了解决现有电池加热方法存在电池在预热过程中电压过高或过低，对电池造成损害的问题，提出了一种用于电动汽车的电池低温可变电流加热方法。
本发明所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法，该方法的具体步骤为：
步骤一，获取获得具有增值的充放电电流倍率组合最优表的步骤；
步骤一一、在不同环境温度下，根据正交试验原理，以不同的充电电流倍率和放电电流倍率，分别对m个不同初始荷电状态soc下的电池分别进行充放电实验，实验电池内阻生热对自身进行加热，在充放电实验中，电池温度到达目标温度Tgoal后停止进行充放电，或电池充放电循环数大于u时，电池停止充放电，并将充放电循环数到达u时，电池温度仍小于目标温度Tgoal的电池筛选出去；获得达目标温度Tgoal，且充放电循环个数小于或等于u的电池；每个充、放电循环分别以充、放电截止电压作为结束条件；m为整数；
步骤一二、采集经过步骤一一筛选后的电池的从加热开始到达到目标温度Tgoal时所用的时间、从加热开始到达到目标温度Tgoal时电池的容量损耗和从加热开始到达到目标温度Tgoal的过程中单个充放电循环所消耗的最大电量；
步骤一三、利用步骤一二采集的电池数据，根据电池低温加热的目标要求，对步骤一一筛选后的电池进行筛选，获得电池最优充放电倍率组合表；
步骤一四、在不同环境温度(T<0℃)，分别对多个不同初始荷电状态soc下的电池分别进行可变电流电池加热实验；可变电流电池加热实验中，根据实验电池自身所处的环境温度和初始荷电状态soc，在步骤一三获得的电池最优充放电倍率组合表中选取相应的最优充放电倍率组合作为该次实验第一个充放电循环的充放电倍率组合；
所述可变电流电池加热实验为每个电池每个充放电周期结束，充放电电流倍率均增加增值P后再进行下一个充放电循环；所述P为正数；
步骤一五、从步骤一四进行可变电流电池加热实验的电池中选取符合电池低温加热的目标要求的电池，并将符合低温加热的目标要求的电池的充放电电流倍率、加热时间、增值P和对应的环境温度与初始荷电状态soc进行一一对应，获得具有增值的充放电电流倍率组合最优表；
步骤二、利用步骤一获得具有增值的充放电电流倍率组合最优表对电动汽车控制的步骤；
步骤二一、采集电动汽车运行过程中的温度和初始荷电状态soc，整车管理***判断电动汽车供电电池温度是否小于目标温度Tgoal；若是则执行步骤二二，否则，执行步骤二六；
步骤二二、整车管理***判断是否接收到电池加热信号，若是则执行步骤二三，否则，执行步骤二七；
步骤二三、电动汽车停止运行，对电动汽车供电电池连续充放电进行加热，利用步骤二一采集的电动汽车运行过程中的供电电池的温度和初始荷电状态soc，在步骤一五获得的具有增值的充放电电流倍率组合最优表中寻找电池对应的充放电倍率组合与增值p，对电动汽车的供电电池进行连续充放电，实现对电动汽车供电电池进行加热；
步骤二四、判断步骤二三电动汽车供电电池充放电的周期是否大于u，若是，则返回执行步骤二一，否则，执行步骤二五；
步骤二五、判断步骤二三电动汽车供电电池的加热时间是否超过时间t，如果是，则返回执行步骤二一，否则执行步骤二三；t的范围为10min～20min；
步骤二六、电动汽车供电电池停止充放电预热，对电动汽车开始供电，返回执行步骤二一；
步骤二七、电动车发出警报并进入低速运行模式，即电动汽车供电电池输出的供电电流小于额定输出电流的q％，返回步骤二一，其中，q的取值范围为30～60。
本发明所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法，无需实施计算，只需要根据电动汽车供电电池的温度和初始荷电状态，就可以直接在不同温度与不同初始荷电状态soc下对应电池的具有增值p的充放电电流倍率组的最优组合表中搜索到相应的倍率组合，减少了运算复杂度，且加快运行速度，在环境温度为-10℃，初始SOC为20％的条件下，设定低温加热开始时的充电电流为2C，放电电流为3C，并在加热过程中的每个充放电循环结束后增加0.25C，能够实现15分钟内电池从-10℃加热到5℃。
附图说明
图1为发明专利所述基于正交试验的锂离子电池低温可变电流加热方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法，该方法的具体步骤为：
步骤一，获取获得具有增值的充放电电流倍率组合最优表的步骤；
步骤一一、在不同环境温度下，根据正交试验原理，以不同的充电电流倍率和放电电流倍率，分别对m个不同初始荷电状态soc下的电池分别进行充放电实验，实验电池内阻生热对自身进行加热，在充放电实验中，电池温度到达目标温度Tgoal后停止进行充放电，或电池充放电循环数大于u时，电池停止充放电，并将充放电循环数到达u时，电池温度仍小于目标温度Tgoal的电池筛选出去；获得达目标温度Tgoal，且充放电循环个数小于或等于u的电池；每个充、放电循环分别以充、放电截止电压作为结束条件；m为整数；
步骤一二、采集经过步骤一一筛选后的电池的从加热开始到达到目标温度Tgoal时所用的时间、从加热开始到达到目标温度Tgoal时电池的容量损耗和从加热开始到达到目标温度Tgoal的过程中单个充放电循环所消耗的最大电量；
步骤一三、利用步骤一二采集的电池数据，根据电池低温加热的目标要求，对步骤一一筛选后的电池进行筛选，获得电池最优充放电倍率组合表；
步骤一四、在不同环境温度(T<0℃)，分别对多个不同初始荷电状态soc下的电池分别进行可变电流电池加热实验；可变电流电池加热实验中，根据实验电池自身所处的环境温度和初始荷电状态soc，在步骤一三获得的电池最优充放电倍率组合表中选取相应的最优充放电倍率组合作为该次实验第一个充放电循环的充放电倍率组合；
所述可变电流电池加热实验为每个电池每个充放电周期结束，充放电电流倍率均增加增值P后再进行下一个充放电循环；所述P为正数；
步骤一五、从步骤一四进行可变电流电池加热实验的电池中选取符合电池低温加热的目标要求的电池，并将符合低温加热的目标要求的电池的充放电电流倍率、加热时间、增值P和对应的环境温度与初始荷电状态soc进行一一对应，获得具有增值的充放电电流倍率组合最优表；
步骤二、利用步骤一获得具有增值的充放电电流倍率组合最优表对电动汽车控制的步骤；
步骤二一、采集电动汽车运行过程中的温度和初始荷电状态soc，整车管理***判断电动汽车供电电池温度是否小于目标温度Tgoal；若是则执行步骤二二，否则，执行步骤二六；
步骤二二、整车管理***判断是否接收到电池加热信号，若是则执行步骤二三，否则，执行步骤二七；
步骤二三、电动汽车停止运行，对电动汽车供电电池连续充放电进行加热，利用步骤二一采集的电动汽车运行过程中的供电电池的温度和初始荷电状态soc，在步骤一五获得的具有增值的充放电电流倍率组合最优表中寻找电池对应的充放电倍率组合与增值p，对电动汽车的供电电池进行连续充放电，实现对电动汽车供电电池进行加热；
步骤二四、判断步骤二三电动汽车供电电池充放电的周期是否大于u，若是，则返回执行步骤二一，否则，执行步骤二五；
步骤二五、判断步骤二三电动汽车供电电池的加热时间是否超过时间t，如果是，则返回执行步骤二一，否则执行步骤二三；t的范围为10min～20min；
步骤二六、电动汽车供电电池停止充放电预热，对电动汽车开始供电，返回执行步骤二一；
步骤二七、电动车发出警报并进入低速运行模式，即电动汽车供电电池输出的供电电流小于额定输出电流的q％，返回步骤二一，其中，q的取值范围为30～60。
实施方式所述的t为按照某一具有增值的充放电倍率组对电池进行加热的加热时间，如果在加热过程中更换了具有增值的充放电倍率组，则t清零并开始重新计时。t的取值范围为10～20分钟。
本实施方式具体实施方式一所述的不同温度与不同初始荷电状态soc下对应电池的充放电倍率组合最优表，如表1所示。
表1
在不同环境温度与不同电池初始荷电状态(SOC)下,对电池进行可变电流电池加热实验。根据步骤一三获得的表1，每一个环境温度与初始SOC的组合所对应的充、放电电流倍率作为该条件下可变电流电池加热实验中的第一个充放电周期电流倍率，然后，在此基础上，针对每一个环境温度与电池初始荷电状态(SOC)的组合，分别以不同的电流增量对电池进行多个充放电循环，即以截止电压作为每一个充放电循环的结束条件，在每一个充放电循环结束后，按照选定的定值电流增量P增加当前充放电电流并进入下一个充放电循环,所述P为正值。
按照低温加热电池的目标要求，选取所述多个环境温度和多个电池初始荷电状态下的最优电流增量值，并将结果整理成正交表(如表2所示)的形式，储存在整车管理***中，执行步骤二三；表2为步骤一五中不同温度与不同初始荷电状态soc下对应电池的充放电倍率组合与增值P电池的充放电倍率组合与增值P的最优组合表；。
表2
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法的进一步说明，它还包括将步骤一五获得的最优组合表中的环境温度等分为f个区间，将初始荷电状态soc范围等分为g个SOC区间，并提取每个环境温度区间的中值和每个初始荷电状态soc区间的中值的步骤。
上述表1和表2中的SOC1，SOC2…SOCn分别为各个SOC区间的中值，表中的T1，T2…Tn分别为各个温度区间的中值。
电动汽车的环境温度与每个环境温度区间的中值进行做差，获得差值最小的温度区间中值，同时对电动汽车的初始荷电状态soc与每个初始荷电状态soc区间的中值进行做差，获得差值最小的初始荷电状态soc区间的中值，
查找该温度区间中值和SOC区间中值在步骤一五获得的充放电倍率组合与增值P的最优组合表中对应的充放电倍率组合与增值P，并对电池连续充放电，实现锂离子电池低温可变电流加热。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法的进一步说明，所述电池低温加热的目标要求为：
对同一环境温度下，初始荷电状态soc相同的电池进行分组,从每组数据中选择同时满足第一要求、第二要求和第三要求的电池数据；并将同时满足第一要求、第二要求和第三要求的电池数据按照优先级为第一要求、第二要求、第三要求的优先级顺序进行筛选；获得不同温度下，不同初始荷电状态soc电池的最优充放电电流倍率组合表；
第一要求：对每组电池从加热开始到达到目标温度Tgoal所用的时间由小到大进行排列，选取每组排列在前a％的时间数据，并记录每组排列在前a％的时间数据所对应电池的充放电电流倍率组合；
第二要求：在每组电池中选出从加热开始到达到温度Tgoal时，充放电的容量损耗小于自身额定容量的b％的电池，并记录充放电的容量损耗小于自身额定容量的b％的电池的充放电电流倍率组合；
第三要求：选取每组电池中单个充放电循环的电量损耗所消耗的最大电量小于自身额定容量的h％的电池，并记录其充放电电流倍率组合。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法的进一步说明，步骤一一所述的u的取值范围为10～20。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式三所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法的进一步说明，a的取值范围为70～80；b的取值范围为5～15；h的取值范围为8～18。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法的进一步说明，步骤一一中所述的每个充、放电循环分别以充、放电截止电压作为结束条件中的充电截止电压比电池的标准充电截止电压小0.01V～0.2V，放电截止电压比电池的标准放电截止电压大0.01～0.2V。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
步骤一，获取获得具有增值的充放电电流倍率组合最优表的步骤；
步骤一一、在不同环境温度下，根据正交试验原理，以不同的充电电流倍率和放电电流倍率，分别对m个不同初始荷电状态soc下的电池分别进行充放电实验，实验电池内阻生热对自身进行加热，在充放电实验中，电池温度到达目标温度Tgoal后停止进行充放电，或电池充放电循环数大于u时，电池停止充放电，并将充放电循环数到达u时，电池温度仍小于目标温度Tgoal的电池筛选出去；获得达目标温度Tgoal，且充放电循环个数小于或等于u的电池；每个充、放电循环分别以充、放电截止电压作为结束条件；m为整数；
步骤一二、采集经过步骤一一筛选后的电池的从加热开始到达到目标温度Tgoal时所用的时间、从加热开始到达到目标温度Tgoal时电池的容量损耗和从加热开始到达到目标温度Tgoal的过程中单个充放电循环所消耗的最大电量；
步骤一三、利用步骤一二采集的电池数据，根据电池低温加热的目标要求，对步骤一一筛选后的电池进行筛选，获得电池最优充放电倍率组合表；
步骤一四、在不同环境温度，分别对多个不同初始荷电状态soc下的电池分别进行可变电流电池加热实验；可变电流电池加热实验中，根据实验电池自身所处的环境温度和初始荷电状态soc，在步骤一三获得的电池最优充放电倍率组合表中选取相应的最优充放电倍率组合作为该次可变电流电池加热实验第一个充放电循环的充放电倍率组合；
所述可变电流电池加热实验为每个电池每个充放电周期结束，充放电电流倍率均增加增值P后再进行下一个充放电循环；所述P为正数；
步骤一五、从步骤一四进行可变电流电池加热实验的电池中选取符合电池低温加热的目标要求的电池，并将符合低温加热的目标要求的电池的充放电电流倍率、加热时间、增值P和对应的环境温度与初始荷电状态soc进行一一对应，获得具有增值的充放电电流倍率组合最优表；
步骤二、利用步骤一获得具有增值的充放电电流倍率组合最优表对电动汽车控制的步骤；
步骤二一、采集电动汽车运行过程中的温度和荷电状态soc，整车管理***判断电动汽车供电电池温度是否小于目标温度Tgoal；若是则执行步骤二二，否则，执行步骤二六；
步骤二二、整车管理***判断是否接收到电池加热信号，若是则执行步骤二三，否则，执行步骤二七；
步骤二三、电动汽车停止运行，对电动汽车供电电池连续充放电进行加热，利用步骤二一采集的电动汽车运行过程中的供电电池的温度和初始荷电状态soc，在步骤一五获得的具有增值的充放电电流倍率组合最优表中寻找电池对应的充放电倍率组合与增值P，对电动汽车的供电电池进行连续充放电，实现对电动汽车供电电池进行加热；
步骤二四、判断步骤二三电动汽车供电电池充放电的周期是否大于u，若是，则返回执行步骤二一，否则，执行步骤二五；
步骤二五、判断步骤二三电动汽车供电电池的加热时间是否超过时间t，如果是，则返回执行步骤二一，否则执行步骤二三；t的范围为10min～20min；
步骤二六、电动汽车供电电池停止充放电预热，对电动汽车开始供电，返回执行步骤二一；
步骤二七、电动车发出警报并进入低速运行模式，即电动汽车供电电池输出的供电电流小于额定输出电流的q％，返回步骤二一，其中，q的取值范围为30～60。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法，其特征在于，它还包括将步骤一五获得的最优组合表中的环境温度等分为f个区间，将初始荷电状态soc范围等分为g个初始荷电状态soc区间，并提取每个环境温度区间的中值和每个初始荷电状态soc区间的中值的步骤。
3.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法，其特征在于，电池低温加热的目标要求为：
对同一环境温度下，初始荷电状态soc相同的电池进行分组,从每组数据中选择同时满足第一要求、第二要求和第三要求的电池数据；并将同时满足第一要求、第二要求和第三要求的电池数据按照优先级为第一要求、第二要求、第三要求的优先级顺序进行筛选；获得不同温度下，不同初始荷电状态soc电池的最优充放电电流倍率组合表；
第一要求：对每组电池从加热开始到达到目标温度Tgoal所用的时间由小到大进行排列，选取每组排列在前a％的时间数据，并记录每组排列在前a％的时间数据所对应电池的充放电电流倍率组合；
第二要求：在每组电池中选出从加热开始到达到温度Tgoal时，充放电的容量损耗小于自身额定容量的b％的电池，并记录充放电的容量损耗小于自身额定容量的b％的电池的充放电电流倍率组合；
第三要求：选取每组电池中单个充放电循环的电量损耗所消耗的最大电量小于自身额定容量的h％的电池，并记录其充放电电流倍率组合。
4.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法，其特征在于，步骤一一所述的u的取值范围为10～20。
5.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法，其特征在于，a的取值范围为70～80；b的取值范围为5～15；h的取值范围为8～18。
6.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的电池可变电流加热方法，其特征在于，步骤一一中所述的每个充、放电循环分别以充、放电截止电压作为结束条件中的充电截止电压比电池的标准充电截止电压小0.01V到0.2V，放电截止电压比电池的标准放电截止电压大0.01V到0.2V。
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