[发明专利]基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热方法及控制系统

权利要求书

1.一种基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：对锂离子电池组进行脉冲充放电，并在充放电期间周期性采集每个电池单体的表面温度；

步骤2：根据每次采集到的每个电池单体的表面温度，动态调整脉冲充放电的电流幅值，从而进行实时脉冲预热处理，直至锂离子电池组的平均温度值上升达到预设定的温度值；

脉冲预热处理的过程如下：

步骤a：依据当前周期采集到的每个电池单体的表面温度，并使用卡尔曼滤波器估计出电池内部温度，再计算出锂电池组的平均温度；

步骤b：依据当前周期采集到的每个电池单体的工作电流计算出每个电池单体的电荷状态，并以所有电池单体的电荷状态值的平均值作为锂离子电池组的电荷状态；

步骤c：在当前周期内采集锂电池组的端电压值；

步骤d：分别在三组设定的约束条件下，依据当前周期得到的锂电池组的平均温度、电荷状态以及端电压，获得对应的脉冲电流并将三组约束条件下的脉冲电流幅值最小值作为下一周期的电池组的脉冲充放电电流给定值；

其中，三组约束条件分别为基于电池电流的约束，基于电荷状态的约束以及基于电池端电压的约束；

步骤f：将获得的脉冲充放电电流给定值与锂电池组的实际工作电流值的误差输入比例-积分控制器得到Buck-Boost转换器的开闭控制信号，通过Buck-Boost转换器的电流控制模式，实现电池组的脉冲充放电过程，完成电池的内部预热；

在设定的约束条件下脉冲充放电电流的计算方式分别如下：

基于电流约束条件：

式中，为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，I_dis，max为电池额定的最大放电电流，I_chg，max为电池额定的最大充电电流；

基于电池SOC约束条件：

式中，为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，SOC_max为电池SOC的上限阈值，I_chg，max为电池SOC的下限阈值，Δt为采样时间，C_b，i为电池的标称容量值；

基于电池端电压的约束条件：

式中，为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，V_t，max为电池端电压的上限阈值，V_t，min为电池端电压的下限阈值，Δt为采样时间，C_b，i为电池的标称容量，V_oc，i为当前温度下的电池的开路电压，R_0，i(k)为第k个脉冲周期内当前温度下的电池内阻值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在充放电期间周期性采集每个电池单体的表面温度、电流、电压数据，并根据电池单体的表面温度、电流、电压数据构建电池模型的状态空间方程，然后基于状态空间方程，使用卡尔曼滤波器估计电池单体的内部温度；

在进行电池单体内部温度估计时，卡尔曼滤波器的输入变量为电池单体的工作电流，卡尔曼滤波器根据采集的电池单体表面温度值和工作电流数据，结合状态空间方程以最小化均方根误差计算出电池单体内部温度值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于电池电流的约束，是指电池在低温下的充放电电流不能超过额定电流；所述基于电池电荷状态的约束，是指在低温下充放电时电池的SOC不能超过上下限阈值；所述基于电池端电压的约束，在低温下充放电时电池的电压不能超过截止电压。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：脉冲电流模块输出的第k个脉冲周期内的脉冲电流为三种约束条件下的最小值，计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：信号驱动模块输出的控制信号为PWM信号。