CN115621620A - 一种电池自加热方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电池技术领域，提供了一种电池自加热方法、装置。电子设备以及计算机可读存储介质。本发明提供的方法，通过电池包间自加热、并网储能电池微短路(储能电池给电网反向充电)等自加热措施，使电池温度升高，充电能力恢复正常；同时，也使能够正常充电但温度略低于最佳工作温度的电池通过自加热模式进行升温，使其始终工作在最佳温度环境，从而最大限度利用电池包的容量，且可以省去加热膜，降低成本，使电池包加热更加均匀。解决了现有电池加热方式使电芯成组结构变得更加复杂且成本增加的问题。

Description

一种电池自加热方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种电池自加热方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
电池在低温环境下的外特性受到较大影响，其可用最大充电倍率小且难以实现满充，而且在充电过程中易造成负极析锂，对电池造成永久性损伤，降低电池的寿命和容量。因此，在低温环境下，电池使用之前，尤其需要在低温下进行电池充电前，需要对电池进行加热升温处理，使电池的电芯温度上升至正常工作温度范围，从而使电池的充放电能力恢复正常。
为解决低温下的锂电池可用性能衰减问题，行业内提出了各种各样的解决方案，例如利用加热膜对锂离子电池进行加热，该方案通常会面临加热不均匀、电芯温差大、电芯内部真实温度估计难、加热膜成本高等问题；例如通过制造过程中在锂离子电池内部嵌入加热丝的方案给锂离子电池加热，该方案对电芯生产工艺要求较高，且有增加电芯热失控概率的风险。
目前比较常用的为电热膜加热，通过电流流经电热膜时产生的焦耳热对电池进行接触式加热。采用加热膜加热，一方面增加了加热膜成本，另一方面电池单体两侧需要预留空间设置加热膜，使电芯成组结构变得更加复杂且成本增加。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电池自加热方法，旨在解决现有的电池加热方式使电芯成组结构变得更加复杂且成本增加的问题。
本发明提供了一种电池自加热方法，所述方法包括：
当储能电池处于离网状态且处于低温环境需要加热升温时，采用电池包间自加热模式进行电池加热，所述电池包间自加热模式为：通过电池包间的相互脉冲充放电产生的热量进行升温；
当所述储能电池处于并网状态且处于低温环境需要加热升温时，判断储能电池电量是否低于预设阈值；
当所述储能电池电量低于所述预设阈值时，进入所述电池包间自加热模式。
更进一步地，所述当所述储能电池电量低于所述预设阈值时，进入所述电池包间自加热模式的步骤之后，所述方法还包括：
控制所述电池包间充放电时长在第一预设时间内，控制所述电池包间充放电电流大小在预设电流大小内。
更进一步地，所述电池包间自加热模式包括：
当所述储能电池内的所述电池包的个数为偶数个时，将所述电池包两两组合，并交替充放电。
更进一步地，所述电池包间自加热模式包括：
当所述储能电池内的所述电池包的个数为奇数个时，先剔除末端的一个所述电池包，将剩下所有的所述电池包两两组合，并交替充放电第二预设时间；
在第二预设时间后，剔除首端的所述电池包，将剩下所有的所述电池包两两组合，并交替充放电第三预设时间。
更进一步地，所述交替充放电第三预设时间的步骤之后，所述方法还包括：
检测所述储能电池的当前温度，并当所述当前温度低于预设温度时，遍历上述步骤。
更进一步地，所述方法还包括：
当所述储能电池电量高于所述预设阈值时，进入并网电池弱短路加热模式，所述并网电池弱短路加热模式为：通过所述储能电池向电网放电过程的内阻生热进行升温。
本发明另一实施例的目的还在于提供一种电池自加热装置，所述装置包括：
多个优化器，多个优化器依次并联，每一所述优化器均与一个电池包串联；
电池管理***，所述电池管理***与所有的所述优化器电连接。
更进一步地，所述优化器包括直流转直流变换器或直流和交流双向转换器。
本发明另一实施例还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述中任一项所述的电池自加热方法中的步骤。
本发明另一实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述中任一项所述的电池自加热方法的步骤。
本发明的有益效果是：本发明提供上述方法，通过电池包间自加热、并网储能电池微短路(储能电池给电网反向充电)等自加热措施，使电池温度升高，充电能力恢复正常；同时，也使能够正常充电但温度略低于最佳工作温度的电池通过自加热模式进行升温，使其始终工作在最佳温度环境，从而最大限度利用电池包的容量，且可以省去加热膜，降低成本，使电池包加热更加均匀。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电池自加热方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的电池自加热方法的又一流程图；
图3是本发明实施例提供的电池自加热方法的拓扑图；
图4为本发明实施例提供电池自加热方法的电池包之间充放电的第一流向图；
图5为本发明实施例提供电池自加热方法的电池包之间充放电的第二流向图；
图6是本发明实施例提供的电池自加热方法的又一拓扑图；
图7为本发明并网时弱短路加热模式的拓扑图；
图8为本发明储能电池与DCDC串联然后通过DCAC将直流电转为符合电网要求的交流电的拓扑图；
图9为本发明储能电池每路电池包直接与DCAC串联，然后多路这样的电池包通过交流母线并联接入电网的拓扑图；
图10为本发明储能***带两级DCDC的拓扑图；
图11是本发明实施例提供的电池自加热装置的模块示意图；
图12是本发明实施例提供的电子设备的模块示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
目前比较常用的为电热膜加热，通过电流流经电热膜时产生的焦耳热对电池进行接触式加热。采用加热膜加热，一方面增加了加热膜成本，另一方面电池单体两侧需要预留空间设置加热膜，使电芯成组结构变得更加复杂且成本增加，为了解决上述问题，本发明提供了以下实施例。
实施例一
请参阅图1，本发明第一实施例提供的一种电池自加热方法，所述方法包括：
步骤S01，当储能电池处于离网状态且处于低温环境需要加热升温时，采用电池包间自加热模式进行电池加热，所述电池包间自加热模式为：通过电池包间的相互脉冲充放电产生的热量进行升温。
步骤S02，当所述储能电池处于并网状态且处于低温环境需要加热升温时，判断储能电池电量是否低于预设阈值。
步骤S03，当所述储能电池电量低于所述预设阈值时，进入所述电池包间自加热模式。
上述电池自加热方法，通过电池包间自加热的措施，使各个电池包的温度升高，充电能力恢复正常；同时，也使能够正常充电但温度略低于最佳工作温度的电池包通过自加热模式进行升温，使其始终工作在最佳温度环境，从而最大限度利用电池包的容量，且可以省去加热膜，降低成本，使电池包加热更加均匀。
实施例二
请参阅图2，本发明第二实施例提供的电池加热方法，所述第二实施例与所述第一实施例的区别在于，所述第二实施例中，所述方法还包括：
步骤S04，当所述储能电池电量高于所述预设阈值时，进入并网电池弱短路加热模式，所述并网电池弱短路加热模式为：通过所述储能电池向电网放电过程的内阻生热进行升温。
上述电池自加热方法，通过所述储能电池向电网放电过程的内阻生热进行升温，使各个电池包的温度升高，充电能力恢复正常；同时，也使能够正常充电但温度略低于最佳工作温度的电池包通过自加热模式进行升温，使其始终工作在最佳温度环境，从而最大限度利用电池包的容量，且可以省去加热膜，降低成本，使电池包加热更加均匀。
在本发明的一个实施例中，通过优化器控制电池包的充放电，具体的优化器可以为直流转直流变换器或直流和交流双向转换器，即DCDC或DCAC。
在本发明的一个实施例中，所述电池包间自加热模式包括：当所述储能电池内的所述电池包的个数为偶数个时，将所述电池包两两组合，并交替充放电。具体的，当优化器为DCDC且电池包的数量为偶数时，电池包两两成对，如图3所示中，电池包1和电池包2为一组。当电池包1放电、电池包2充电时，电流由电池包1经过DCDC1和DCDC2流向电池包2，电池包1释放的能量一部分由于内阻生热消耗掉从而实现低温加热，另一部分能量转移到电池包2中，以供在下一个脉冲阶段使用。当电池包2放电、电池包1充电时，电流由电池包2经过DCDC2和DCDC1流向电池包1，电池包2释放的能量一部分由于内阻生热消耗掉从而实现低温加热，另一部分能量储存到电池包1中，以供在下一个脉冲阶段使用。电池包间相互脉冲电流充放电如图4和图5所示。
在本发明的一个实施例中，所述电池包间自加热模式包括：当所述储能电池内的所述电池包的个数为奇数个时，先剔除末端的一个所述电池包，将剩下所有的所述电池包两两组合，并交替充放电第二预设时间；在第二预设时间后，剔除首端的所述电池包，将剩下所有的所述电池包两两组合，并交替充放电第三预设时间。具体的，当电池包数量为奇数时，先剔除末端的一组，将剩下的电池包就近两两成对，如[1 2]、[3 4]、…、[N-2N-1]，匹配成对的两组电池相互交替进行充放电。当交替充放电循环5min(第二预设时间)后，再剔除首端的，将剩下的电池组就近两两成对，例如[2 3]、[4 5]、…、[N-1N]。
在本发明的一个实施例中，所述交替充放电第三预设时间的步骤之后，所述方法还包括：
检测所述储能电池的当前温度，并当所述当前温度低于预设温度时，遍历上述步骤。具体的，当交替充放电循环5min(第三预设时间)后，再剔除末端的，如此循环往复，直至电池温度升高到15℃(预设温度)。
需要说明的是，约定储能电池充电时DCDC在正向工作状态，储能电池放电时DCDC工作在反向工作状态。如图4和5所示中，当电池包1和电池包2成组时，电池包1放电、电池包2充电时，DCDC1工作在反向状态，DCDC2工作在正向状态，DCDC1的输出电压和电流分别等于DCDC2的输入电压和电流；当电池包1充电、电池包2放电时，DCDC1工作在正向状态，DCDC2工作在反向状态，DCDC2的输出电压和电流分别等于DCDC1的输入电压和电流。
可以理解的，两电池包之间通过优化器(DCDC)进行循环往复的相互充电。在此过程中产生交流电流，电流通过电池包的内阻，使得多个电池包组成的电池组由于内阻产生热量的原因而使得储能电池迅速升温，达到储能电池自加热的效果，可以大大缩短寒冷环境下储能电池升温时间，使储能电池可以在较短时间内恢复充电能力。
需要说明的是，电池包串联的双向优化器也可以是DCAC，则拓扑如下图6所示。其工作原理和上述优化器为DCDC时基本相同。
在本发明的一个实施例中，所述当所述储能电池电量低于所述预设阈值时，进入所述电池包间自加热模式的步骤之后，所述方法还包括：
控制所述电池包间充放电时长在第一预设时间内，例如5分钟，控制所述电池包间充放电电流大小在预设电流大小内，例如电池包的额定电流为5A，则充放电电流不大于2.5A。
在本发明的一个实施例中，并网电池弱短路加热模式，储能电池向电网放电加热，对于并网储能***且处于并网状态时，可以使用该策略储能电池向电网脉冲放电过程，利用电池流过电池包内部阻抗而产生的热量来加热电池包。脉冲电流的波形由放电电流和间隙时间组成，设置间隙时间以避免电池负极颗粒界面上的锂离子饱和，从而避免析锂。并网时弱短路加热模式拓扑如下图7～10所示。图7为储能电池不带优化器，直接并联，然后再匹配DCAC将直流电转为符合电网要求的交流电。图8为储能电池与优化器DCDC串联然后通过DCAC将直流电转为符合电网要求的交流电；相对于图7拓扑，图8加入DCDC优化器后，可以对每路电池包的放电加热过程进行优化管理，使加热更加均匀。图9中每路电池包直接与DCAC串联，然后多路这样的电池包通过交流母线并联接入电网。图10储能电池带两级DCDC优化器，与电池包直接相连的一级DCDC优化器根据各组电池包的荷电状态等对电池包放电自加热过程进行优化管理，以免某路一致性差的电池包出现过放，且保证电池包受热均匀；第二级DCDC可以对电池包自加热过程放出到直流母线的能量进行优化管理。
具体的，当电池包的电芯电压大于阈值V1且电池温度小于等于T1，或检测到电池包电流小于阈值I1持续h小时以上，电池包的电芯电压小于V1且电池温度小于等于T时，给电池包发送允许启动弱短路加热策略命令。
需要说明的是，当储能电池检测到加热请求时，储能电池从电流大小为0.5*Imax开始，以每秒步进电流I5的速度增加放电电流，当检测到最小电芯电压小于Vlimit或者电池电流达到Imax时立即停止拉载；如果电池包电流到达Imax时电芯电压没有达到Vlimit，则认为可以以Imax进行拉载；其中，Imax为最大电流，Vlimit为电池包的额定电压。
以Imax拉载T2秒，静置T10秒，当最小电芯电压＜Vlimit2时，将下次静置时间设置为T20秒，跳转到下一步；以Imax拉载T2秒，静置T20秒，当最小电芯电压＜Vlimit2时，将下次静置时间设置为T30秒，跳转到下一步。以Imax拉载T2秒，静置T30秒，当最小电芯电压＜Vlimit2时，将下次拉载电流设置为Imax-10A，即减少10A，跳转到下一步；以Imax-10A拉载T2秒，静置T30秒，当最小电芯电压＜Vlimit2时，将下次拉载电流设置为再减小10A，跳转到下一步，依此类推。当最小电芯电压>Vlimit2时，将下次拉载电流设置为增加10A，当下次最小电芯电压>Vlimit2时，依旧增加10A，依此类推。当最小电芯电压>Vlimit2时，且拉载电流达到Imax时，停止拉载。当储能电池温度升到T4或者最小电芯电压＜Vlimit3时，跳出该策略。
需要说明的是，在电池包间自加热模式中，两两成组的电池包间充电时间和放电时间相同，此时间由电池组最大能够承受的交流电频率决定；在并网电池弱短路加热模式中，储能电池向电网放电的时间同样由电池组最大能够承受的交流电频率决定。由于在低温环境下进行充电时，电池会产生析锂，使电池寿命降低。当交流电频率较高时，电流增大不会对电池产生损伤，交流电频率越高，电池越不会产生析锂现象，故交流电频率选择为100Hz。
实施例三
请参阅图11，在本发明第三实施例提供的一种电池自加热装置，所述装置包括：
多个优化器10，多个优化器10依次并联，每一所述优化器10均与一个电池包20串联；
电池管理***30，所述电池管理***30与所有的所述优化器电10连接。
在本发明的一个实施例中，所述优化器10包括直流转直流变换器或直流和交流双向转换器。
上述电池自加热装置，通过电池管理***30控制优化器10，使得优化器控制与各自连接的电池包20向同组的电池包20放电或者充电，以通过电池包20充放电过程中产生的热量给电池包20自加热，使各个电池包20的温度升高，充电能力恢复正常；同时，也使能够正常充电但温度略低于最佳工作温度的电池包20通过自加热模式进行升温，使其始终工作在最佳温度环境，从而最大限度利用电池包20的容量，且可以省去加热膜，降低成本，使电池包20加热更加均匀。
本申请实施例还提供一种电子设备，用于电池自加热处理。具体请参阅图12，图12为本实施例电子设备基本结构框图，如图12所示。
所述电子设备14包括通过***总线相互通信连接存储器141、处理器142、网络接口143。需要指出的是，图中仅示出了具有组件141-143的电子设备14，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。其中，本技术领域技术人员可以理解，这里的电子设备是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程门阵列(Field－Programmable GateArray，FPGA)、数字处理器(Digital Signal Processor，DSP)、嵌入式设备等。
所述电子设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电子设备可以与用户通过键盘、鼠标、遥控器、触摸板或声控设备等方式进行人机交互。
所述存储器141至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，所述存储器141可以是所述电子设备14的内部存储单元，例如该电子设备14的硬盘或内存。在另一些实施例中，所述存储器141也可以是所述电子设备14的外部存储设备，例如该电子设备14上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。当然，所述存储器141还可以既包括所述电子设备14的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，所述存储器141通常用于存储安装于所述电子设备14的操作***和各类应用软件，例如电池加热方法的程序代码等。此外，所述存储器141还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
所述处理器142在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器142通常用于控制所述电子设备14的总体操作。本实施例中，所述处理器142用于运行所述存储器141中存储的程序代码或者处理数据，例如运行电池加热方法的程序代码。
所述网络接口143可包括无线网络接口或有线网络接口，该网络接口143通常用于在所述电子设备14与其他电子设备之间建立通信连接。
本发明另一实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述中任一项所述的电池自加热方法的步骤。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上述方式，通过电池包间自加热、并网储能电池微短路(储能电池给电网反向充电)等自加热措施，使电池温度升高，充电能力恢复正常；同时，也使能够正常充电但温度略低于最佳工作温度的电池通过自加热模式进行升温，使其始终工作在最佳温度环境，从而最大限度利用电池包的容量，且可以省去加热膜，降低成本，使电池包加热更加均匀。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池自加热方法，其特征在于，所述方法包括：
当储能电池处于离网状态且处于低温环境需要加热升温时，采用电池包间自加热模式进行电池加热，所述电池包间自加热模式为：通过电池包间的相互脉冲充放电产生的热量进行升温；
当所述储能电池处于并网状态且处于低温环境需要加热升温时，判断储能电池电量是否低于预设阈值；
当所述储能电池电量低于所述预设阈值时，进入所述电池包间自加热模式。
2.如权利要求1所述的电池自加热方法，其特征在于，所述当所述储能电池电量低于所述预设阈值时，进入所述电池包间自加热模式的步骤之后，所述方法还包括：
控制所述电池包间充放电时长在第一预设时间内，控制所述电池包间充放电电流大小在预设电流大小内。
3.如权利要求1所述的电池自加热方法，其特征在于，所述电池包间自加热模式包括：
当所述储能电池内的所述电池包的个数为偶数个时，将所述电池包两两组合，并交替充放电。
4.如权利要求1所述的电池自加热方法，其特征在于，所述电池包间自加热模式包括：
当所述储能电池内的所述电池包的个数为奇数个时，先剔除末端的一个所述电池包，将剩下所有的所述电池包两两组合，并交替充放电第二预设时间；
在第二预设时间后，剔除首端的所述电池包，将剩下所有的所述电池包两两组合，并交替充放电第三预设时间。
5.如权利要求4所述的电池自加热方法，其特征在于，所述交替充放电第三预设时间的步骤之后，所述方法还包括：
检测所述储能电池的当前温度，并当所述当前温度低于预设温度时，遍历上述步骤。
6.如权利要求1所述的电池自加热方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述储能电池电量高于所述预设阈值时，进入并网电池弱短路加热模式，所述并网电池弱短路加热模式为：通过所述储能电池向电网放电过程的内阻生热进行升温。
7.一种电池自加热装置，其特征在于，所述装置包括：
多个优化器，多个优化器依次并联，每一所述优化器均与一个电池包串联；
电池管理***，所述电池管理***与所有的所述优化器电连接。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述优化器包括直流转直流变换器或直流和交流双向转换器。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任一项所述的电池自加热方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的电池自加热方法的步骤。
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