一种动力电池极速自加热方法和装置制造方法及图纸

一种动力电池极速自加热方法和装置，利用初始SOC、接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系；或者利用初始SOC、SOH及接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系。保证电池在具有高安全性及耐久性的自加热时间。利用自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系；可以在低温环境下根据加热目标温度，要求的加热速度来自动优化决策出加热电流频率、持续时间和幅值，既能满足电池在低温环境下加热速度可调的极速自加热需求，又能保证电池在多次加热后仍具有高安全性及耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池极速自加热方法和装置
本专利技术涉及电动汽车动力电池热管理领域，特别涉及动力电池低温自加热技术。
技术介绍
动力电池在低温环境下由于内部电化学反应过程变缓，锂离子脱嵌困难，致使充放电能力差，可用容量及功率能力大大降低，因此需要提前对电池进行预热。此外，特别地，电池在低温环境下充电会使得锂金属在石墨负极表面析出，会导致锂枝晶的产生造成内部短路，引发电池的损坏甚至发生热失控，极大地阻碍了电动汽车全气候无死角的普及与推广。因此，开发一种动力电池低温速度可调自加热方法和装置，能够满足动力电池在低温环境下使用的需求。目前研究的加热方法或装置，尽管从实验探索的角度考虑了无损自加热的临界时间边界，不会在加热过程中对电池的安全性和寿命产生影响，这是从安全可控的角度设计了一套动力电池低温加热方法和装置，但是未能实现加热过程中的速度可调，并且没有从理论建模角度确定无损短路的临界时间，未能验证多次加热后对电池的安全性及耐久性的影响，使得电池内部存在安全隐患。
技术实现思路
因此，本专利技术为了克服上述技术缺陷，提出了一种动力电池极速自加热方法和装置。本专利技术提出了利用初始SOC、接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系；或者利用初始SOC、SOH及接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系。保证电池在具有高安全性及耐久性的自加热时间。本专利技术从仿真优化及试验两个不同的角度确定了无损自加热的临界时间阈值。本专利技术提出了利用自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系；可以在低温环境下根据加热目标温度，要求的加热速度以及电池初始SOC来自动优化决策出加热电流频率、持续时间和幅值，既能满足电池在低温环境下加热速度可调的极速自加热需求，又能保证电池在多次加热后仍具有高安全性及耐久性。本专利技术从优化及试验两个不同的角度确定自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系。附图说明：图1为面向动力电池自加热装置结构图图2为低温自加热方法流程图图3为不同自加热电流情况下电池表面温度变化曲线图具体实施方式：本专利技术所涉及的动力电池优选是锂离子动力电池。本专利技术控制良好的环境指环境温度波动幅度不大、传感器经过校正、自加热触发装置工作正常，且控制良好的环境的具体标准由本领域技术人员根据实际情况来确定。本专利技术的一种动力电池极速自加热装置如图1所示。该装置包括低温自加热控制装置、低温自加热触发装置、外部加热装置、动力电池、电池管理系统、电流传感器、电压采集单元、电流采集单元、温度采集单元组成。其中，低温自加热控制装置一端与低温自加热触发装置的控制端串联，低温自加热触发装置与电流传感器串联后和动力电池串联，外部加热装置安装于动力电池表面；所述自加热触发装置优选为可控式开关，所述自加热触发装置的导通频率、占空比和接触电阻满足自加热要求。所述自加热触发装置的接触电阻是所述自加热触发装置的与动力电池串联的内阻，即可控式开关的与动力电池串联的内阻。低温自加热控制装置通过控制所述低温自加热触发装置的周期性闭合和断开，来控制低温自加热的时间。自加热触发装置闭合，动力电池被外部短路而进行大电流自放电。低温自加热控制装置控制所述低温自加热触发装置的接触电阻。温度传感器设置在电池表面用于采集电池表面温度；电流传感器用于采集电池自加热过程中的电流，利用电流可实时计算出电池产热，并且利用热模型可以预测电池在自加热过程的温升。电压采集单元、电流采集单元和温度采集单元实时监测所述动力电池系统的状态，并实时将所述动力电池系统的数据发送至电池管理系统。使用上述自加热装置的自加热方法包含如下步骤：离线确定并预存的自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系；离线确定并预存的初始SOC、接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系；或者离线确定并预存初始SOC、SOH及接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系。S1.由电池管理系统比较电池温度与目标温度，如果电池温度高于目标温度，则启动动力电池系统，如果低于目标温度，则启动自加热；S2.获取当前电池SOC，确定电池需求的自加热温升速度，根据预存的自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系，确定自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻；从而确定加热电流频率、持续时间和电流幅值。S3.结合当前电池SOC和自加热触发装置的接触电阻，根据预存的初始SOC、接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系，确定临界短路时间阈值。可替换的另一个实施方式中，结合当前电池SOC、SOH和自加热触发装置的接触电阻，根据预存的初始SOC、SOH及接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系，确定临界短路时间阈值。S4.记录自加热过程的持续时间，满足以下两个条件中的任意一个，则停止自加热：条件1：自加热持续时间达到所述临界短路时间阈值；条件2：电池温度大于等于目标温度；S5.根据所述临界短路时间阈值判断是否需要外部加热来协助自加热，如果在临界短路时间阈值内仅通过自加热能够升至目标温度，则无需外部加热。否则启动外部加热。S6.启动外部加热时利用外部加热装置对动力电池进行加热。优选地，启动自加热之前，判断临界短路时间阈值内仅通过自加热能否升至目标温度，若不能，则同时启动自加热和外部加热，以减少加热时间。优选地，自加热完成后进行外部加热。S7.当电池温度升至目标温度结束自加热和/或外部加热，启动动力电池系统。离线确定并预存的自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系，具体方法如下：其一、在控制良好环境下进行电池外部短路测试以模拟大电流放电，并获取实验数据。在保证电池安全性最高，寿命最长的情况下，根据目标温度及初始SOC，利用优化算法自动优化出最佳自加热触发装置的开关频率、占空比及其接触电阻，从而建立自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系；最佳优化结果可保证电池在自加热后具备最佳的安全性和耐久性。其二、在控制良好环境下进行电池外部短路测试以模拟大电流放电，选择不同的开关频率、占空比及接触电阻，获取不同开关频率、不同占空比、不同接触电阻、不同初始SOC下的电池温升速度，如图3所示，从而建立自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系。临界短路时间阈值是动力电池在大电流自放电情况下的无损自加热临界短路时间阈值；当极速自加热的持续时间低于此临界短路时间阈值时，电池内部未受到损伤。离线确定并预存的初始SOC、接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系；或者离线确定并预存初始SOC、SOH及接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系。具体方法如下：其一、时间阈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力电池极速自加热方法，其特征在于：/n低温自加热触发装置闭合，所述动力电池被外部短路而进行大电流自加热；/n加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻分别影响自加热电流频率、持续时间和电流幅值；所述自加热触发装置的接触电阻是自加热触发装置的与动力电池串联的内阻；/n结合当前电池SOC和需求的自加热温升速度，根据预存的自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系，确定自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻；/n结合当前电池SOC和接触电阻，根据预存的初始SOC、接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系，确定临界短路时间阈值；或者结合当前电池SOC、SOH和接触电阻，根据预存的初始SOC、SOH及接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系，确定临界短路时间阈值；/n控制自加热总持续时间小于所述临界短路时间阈值。/n

【技术特征摘要】
1.一种动力电池极速自加热方法，其特征在于：
低温自加热触发装置闭合，所述动力电池被外部短路而进行大电流自加热；
加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻分别影响自加热电流频率、持续时间和电流幅值；所述自加热触发装置的接触电阻是自加热触发装置的与动力电池串联的内阻；
结合当前电池SOC和需求的自加热温升速度，根据预存的自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系，确定自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻；
结合当前电池SOC和接触电阻，根据预存的初始SOC、接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系，确定临界短路时间阈值；或者结合当前电池SOC、SOH和接触电阻，根据预存的初始SOC、SOH及接触电阻与临界短路时间阈值的对应关系，确定临界短路时间阈值；
控制自加热总持续时间小于所述临界短路时间阈值。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据所述临界短路时间阈值判断是否需要外部加热来协助自加热。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
进行电池外部短路测试以模拟动力电池大电流放电，在保证电池安全性最高，寿命最长的情况下，根据目标温度及初始SOC，利用优化算法自动优化出最佳自加热触发装置的开关频率、占空比及其接触电阻，从而建立所述自加热温升速度、初始SOC与自加热触发装置的开关频率、占空比和接触电阻的对应关系。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
以不同的所述开关频率、占空比及接触电阻进行大电流电池低温加热测试，获取不同开关频率、不同占空比、不同接触电阻、不同初始SOC下的电池温升速度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊瑞，马骕骁，段砚州，王榘，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11