一种动力电池直流和交流叠加激励加热方法技术

本发明专利技术涉及一种动力电池直流和交流叠加激励加热方法，该方法在保证电池健康状态的前提下，自动调节交流激励电压、电流幅值和频率，使动力电池始终处于峰值安全电流/电压范围，以确保电池安全和温升速率。解决了低温环境下，动力电池在高SOC段施加交流电时易超压且加热速率慢等问题。本发明专利技术还涉及电池管理系统、计算机可读介质和车辆。

A heating method of DC and AC superimposed excitation for power battery

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池直流和交流叠加激励加热方法
本专利技术涉及动力电池热管理领域，具体涉及一种动力电池交流电加热方法，尤其是针对高电量区间，本专利技术还涉及一种电池管理系统和车辆。
技术介绍
在低温环境下，电动汽车用动力电池的启动困难，最大可用能降低，故需低温预热电池。目前低温预热方法的一大热点是正弦交流电加热方法，参见图1，然而交流加热方法对高SOC适用性不强，动力电池高SOC段施加交流激励易超电压许用上限，无法有效保证动力电池工作在安全用电范围内，因此，易造成加热后电池容量降低，寿命衰减，甚至是热失控。因此，本专利技术为克服上述技术缺陷，提出了一种降电压平台的动力电池高SOC交流加热方法。
技术实现思路
本专利技术的一种动力电池直流和交流叠加激励加热方法，包括如下步骤：1)获得当前电池温度和电池环境温度；判断是否需要加热；2)若需要加热，则获取各参数值；其特征在于：3)判断动力电池端电压是否高于预设值，是，则执行直流和交流叠加激励加热；所述直流和交流叠加激励是对动力电池进行直流和交流叠加放电，其中直流放电以Ucv值恒压放电使得交流放电的动力电池电压的正弦波的基线对应的电压值降低至电压平台U1,Ut为端电压，U1＝Ut-Ucv，所述降电压平台U1的值在所述动力电池的电压许用上限和电压许用下限之间；4)计算交流激励的最优激励电流和最优激励频率，以最优激励电流和最优激励频率施加在动力电池两端；所述最优激励频率计算方法为：基于电池电路模型和电池加热过程的数学方程求解任意时刻任意温度下的最优激励频率；所述激励电流计算方法为：基于电池电路模型，结合激励频率与激励阻抗及激励电流的对应关系，利用上述求解的最优激励频率和所述电压许用上限求解任意时刻任意温度下的最优激励电流值；5)每特定的时间间隔判断动力电池温度是否达到设定终止温度，若是，停止激励加热，电池正常工作；若否，更新最优激励电流和最优激励频率，并施加在所述动力电池两端。其中，所述获取各参数值具体为：动力电池端电压由传感器测得；开路电压值根据当前电池的SOC值，结合电池温度,根据控制器内预存的开路电压值与SOC值和电池温度关系获取；欧姆内阻Ri、常相位元件Qsei和Qct、常相位元件值指数nsei和nct以及动力电池总阻抗实部值Rre均由离线参数辨识得来。其中，所述电池电路模型为：由并联后的SEI电阻与第一纯电容元件、并联后的极化阻抗与第二纯电容元件、欧姆内阻和电池开路电压串联组成。其中，所述电池加热过程的数学方程为：式中：qTotal为动力电池总的生热率；qAC为动力电池AC加热部分的生热率；qDC为动力电池DC加热部分的生热率；Rre为动力电池阻抗实部,Z为动力电池总阻抗，Uoc为开路电压，将电池加热前的端电压作为开路电压值初始值；其中，所述离线参数辨识方法为：首先开展动力电池不同SOC点的HPPC工况测试，然后利用测试数据根据所述的电路模型和所述数学方程进行所述电路模型的参数辨识，获得开路电压值与SOC值和电池温度关系、欧姆内阻Ri、常相位元件Qsei和Qct、和常相位元件值指数nsei和nct，辨识结果存储于BMS系统中，用于后续的最优激励电流和最优激励频率的求解。其中，激励频率的描述方程为：式中：Ri为欧姆内阻,Rct为极化阻抗,Rsei为SEI阻抗,Qct为极化部分常相位元件，Qsei为SEI部分常相位元件，nct为极化部分常相位元件指数，nSEI为SEI部分常相位元件指数，f为激励频率。其中，最优激励电流的描述方程为：激励电流为流经欧姆内阻的电流，Ut为端电压，Ut为许用端电压上限值，Uoc为开路电压，将电池加热前的端电压作为开路电压值初始值；fotp为最优激励频率，U1等于电压许用上限和电压许用下限的均值。本专利技术还涉及一种电池管理系统，使用前述方法。本专利技术还涉及一种计算机可读介质，执行程序，所述程序用于实现前述方法。本专利技术还涉及一种车辆，包括动力电池，所述动力电池使用前述方法。本专利技术的加热方法可以在低温环境下，动力电池高SOC段施加交流电激励过程中，确保电池端电压始终在许用的电压限值内，实现动力电池温度快速升高，提升动力电池低温环境适用性，同时保障了动力电池低温环境安全应用。实验结果表明，本专利技术的加热方法可以短时将电池温度提升至安全工作温度范围且对电池寿命无明显损伤。附图说明图1为本专利技术和现有技术的激励加热对比图；图2为本专利技术所述的自动调节激励电流计算方法；图3为本专利技术所述的电池电路模型；图4为本专利技术所述的降电压平台的高SOC交流加热方法；图5为基于本专利技术所述方法温升曲线；具体实施方式：本专利技术所涉及的电池包括车用单体电池、车用动力电池包、或者车用电池组。本专利技术使用OCV代表开路电压，i代表动力电池的输入的交流激励电流，T为所述动力电池温度，Tamb为环境温度。本领域中，离线复合脉冲测试数据，简称为HPPC测试数据。本领域中，电池管理系统，简称为BMS系统。参见图1，本专利技术的激励加热是对动力电池进行直流(DC)和交流(AC)叠加放电，其中直流(DC)放电加热部分以恒压(CV)放电的形式，将动力电池交流放电部分的正弦波的基线对应的电压值降低至电压平台U1,以达到动力电池激励加热过程中电压不超电压许用上限，确保电池安全的目的。所述降电压平台U1的值在电压许用上限和电压许用下限之间，由本领域技术人员根据实际情况选取，优选地U1等于电压许用上限和电压许用下限的均值。Ut为端电压，直流(DC)放电加热部分以Ucv恒压放电，则U1＝Ut-Ucv。如图2所示，本专利技术的一种动力电池直流和交流叠加激励加热方法，需要做如下离线参数辨识以用于计算交流激励的最优激励频率和最优激励电流，如图2所示：(a)建立分数阶电路模型：对锂离子动力电池的低温加热过程建立电路模型；所述锂离子动力电池的电路模型，如图3所示，由并联后的SEI电阻与第一纯电容元件、并联后的极化阻抗与第二纯电容元件、欧姆内阻和电池开路电压串联组成。(b)建立系统状态方程：基于所述电路模型，建立电池加热过程的数学方程：式中：Rre为动力电池总阻抗实部,Z为动力电池总阻抗，Uoc为开路电压，将电池加热前的端电压作为开路电压值初始值；U1为加热时降至的电压平台。(c)离线参数辨识：根据离线复合脉冲(HPPC)测试数据，结合遗传算法对所述电路模型进行参数辨识，并存储在BMS系统中；所述的离线参数辨识具体为：首先开展动力电池不同SOC点的HPPC工况测试，然后利用测试数据根据所述的电路模型和所述数学方程进行所述电路模型的参数辨识，获得开路电压值与SOC值和电池温度关系、欧姆内阻Ri、常相位元件Qsei和Qct、和常相位元件值指数nsei和nct本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力电池直流和交流叠加激励加热方法，包括如下步骤：/n1)获得当前电池温度和电池环境温度；判断是否需要加热；/n2)若需要加热，则获取各参数值；/n其特征在于：/n3)判断动力电池端电压是否高于预设值，是，则执行直流和交流叠加激励加热；/n所述直流和交流叠加激励是对动力电池进行直流和交流叠加放电，其中直流放电以U

【技术特征摘要】
1.一种动力电池直流和交流叠加激励加热方法，包括如下步骤：
1)获得当前电池温度和电池环境温度；判断是否需要加热；
2)若需要加热，则获取各参数值；
其特征在于：
3)判断动力电池端电压是否高于预设值，是，则执行直流和交流叠加激励加热；
所述直流和交流叠加激励是对动力电池进行直流和交流叠加放电，其中直流放电以Ucv值恒压放电使得交流放电的动力电池电压的正弦波的基线对应的电压值降低至电压平台U1,Ut为端电压，U1＝Ut-Ucv，
所述降电压平台U1的值在所述动力电池的电压许用上限和电压许用下限之间；
4)计算交流激励的最优激励电流和最优激励频率，以最优激励电流和最优激励频率施加在动力电池两端；
所述最优激励频率计算方法为：基于电池电路模型和电池加热过程的数学方程求解任意时刻任意温度下的最优激励频率；
所述激励电流计算方法为：基于电池电路模型，结合激励频率与激励阻抗及激励电流的对应关系，利用上述求解的最优激励频率和所述电压许用上限求解任意时刻任意温度下的最优激励电流值；
5)每特定的时间间隔判断动力电池温度是否达到设定终止温度，若是，停止激励加热，电池正常工作；若否，更新最优激励电流和最优激励频率，并施加在所述动力电池两端。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述获取各参数值具体为：
动力电池端电压由传感器测得；开路电压值根据当前电池的SOC值，结合电池温度,根据控制器内预存的开路电压值与SOC值和电池温度关系获取；欧姆内阻Ri、常相位元件Qsei和Qct、常相位元件值指数nsei和nct以及动力电池总阻抗实部值Rre均由离线参数辨识得来。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电池电路模型为：由并联后的SEI电阻与第一纯电容元件、并联后的极化阻抗与第二纯电容元件、欧姆内阻和电池开路电压串联组成。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊瑞，郭姗姗，孙逢春，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11