[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

说明书

本发明公开了一种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，包括脉冲电流控制模块、DC‑DC电路模块、信号驱动模块、传感采集模块、电源供电模块。该预热方法包括：步骤1：在充放电过程中周期性采集每个锂离子电池单体的温度；步骤2：根据每次采集到的每个电池单体的电流，电压和温度实时进行脉冲预热操作；基于当前采集到的每个电池单体的电流，电压和平均温度，在电流约束，SOC约束和电压约束条件下，计算得出最优的脉冲充放电电流幅值。本发明通过所述方法控制锂离子电池组的脉冲充放电操作，来实现低温环境下的脉冲预热过程，使得电池组的所有电池单体实现快速升温。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

然而，锂离子电池的性能会受到寒冷气候的严重影响，特别是在零下温度的低温环境中，锂离子电池性能会急剧下降。目前，电动汽车锂离子电池的主要类型依然是碳质阳极的锂离子电池，由于低温环境会导致电池内部的电解质和固态电解质界面(SEI)的电导率降低，固态锂扩散缓慢以及电解质-电极界面电荷转移电阻增大等诸多不利影响。在低于零摄氏度的低温条件下，锂离子电池内部电阻会急剧增加，这将不可避免地导致电池输出功率的显著降低。此外，锂离子电池在极低温下进行充电时，在阳极表面会出现镀锂现象，一旦生长中的锂枝晶刺穿了电池隔膜，就会造成严重的电池容量损失，甚至导致内部短路。

为了解决锂离子电池在低温环境下的性能损失问题，本专利采用脉冲充放电的方法对电池进行低温下的预加热，使电池尽快实现升温从而摆脱低温造成的不利影响。目前现有的脉冲预热方法在对电池进行预加热时并没有考虑电池的实际状态约束的限制，会对电池造成损伤，而本专利所采用的脉冲充放电控制系统可以根据电池的多种不同状态(电流，SOC，电压)及其约束条件实现脉冲充放电电流幅值的动态调整，从而使电池组的加热速率最大化。

发明内容

本发明的目的是提供一种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，通过对锂离子电池组进行多种不同状态的观测，进而实时决策出每一个控制周期的脉冲充放电的最优幅值，进而通过控制Buck-Boost电路模块中开关器件的开断实现电池组的脉冲充放电过程，最终实现电池组的快速温升，提高锂离子电池系统低温环境下的使用性能。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，一种基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热方法，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；

其中，电池单体串联以满足负载电压需求，并联以提供输出大电流，锂离子电池组通过Buck-Boost转换器与车载超级电容组完成连接，使用超级电容作为能量缓冲装置。

首先采集电池初始温度，再以初始温度采集时间为起始时刻每间隔一个周期采集每个电池单体的温度；

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；