[发明专利]一种无需额外电源及电路的电池包低温自适应加热方法及装置

说明书

本发明公开了一种无需额外电源及电路的电池包低温自适应加热方法及装置，该发明充分利用功率再分配电池包的驱动电路实现了不增加任何元器件的双向脉冲内部加热。所述方法首先根据实时测量的电池包电压、电流和温度等数据通过双容积卡尔曼滤波器在线估计电池荷电状态、内部温度和电池等效参数，并基于多状态约束预测用于产生电化学热的最大充放电电流；其次，结合模糊逻辑自适应调节加热电流占空比，实现双向脉冲电流循环稳定地加热电池；最后，采用滑模控制器鲁棒调控电池电流追踪所设计的最大充放电电流序列，进而实现电池低温自适应加热。重复以上加热过程直至电池内部温度达到目标。本发明降低了电池低温加热系统的成本，并具有加热效率高、电池老化小的优点，有效提高了电池包在低温下的工作性能。

技术领域

本发明涉及电池包热管理技术领域，具体涉及一种低温环境下电池包加热方法及装置。

背景技术

在低温环境中，锂离子动力电池的可用能量及峰值功率将大幅度衰退，降低了电动汽车的续驶里程和操作性能。低温加热是改善电池性能的主要方法，主要有外部加热和内部加热。外部加热通常指采用空气、液体、相变材料或者电热丝等介质在电池外部产生热量并传递到电池而进行加热的方法，具有稳定性高和易于控制的优点。但具有低加热速率、低能量利用率以及热不一致程度高的缺点。内部加热方法可克服上述缺点，为电池低温加热提供可行的方法。现有的内部加热通常增加外部电源以及额外电路来提供施加在电池两端用于产热电化学热的加热电流，并且很少考虑电池在加热过程中温度快速变化的动态特性，进而未能获取最大加热速率。

因此，本发明为降低内部加热装置的复杂度及成本，并改善加热性能，提出了一种无需额外电源及电路的电池包低温自适应加热方法及装置。所提出的加热方法充分利用了功率再分配电池包其驱动电路的独立可控性，通过在线估计电池状态更新加热电流，可实现电池高效、快速、无损内部加热。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种无需额外电源及电路的电池包低温自适应加热方法及装置，充分利用功率再分配电池包的驱动电路设计一种可跟随电池不同温度特性自适应调节加热电流的双向脉冲加热方法，通过由脉冲电流对电池进行反复充放电所产生的电化学热进而加热电池。

本发明采用以下方案实现：一种无需额外电源及电路的电池包低温自适应加热方法及装置，具体包括以下步骤：

步骤S1：设计电池包低温加热装置，具体包括多个串联的电池功率单元，其中每个电池功率单元都可作为独立的低温自加热器使用，包含一个单体电池和与其相连接的双向直流变换器；

步骤S2：获取当前电池电压、电流和温度等测量数据并基于双容积卡尔曼滤波器预测电池荷电状态、内部温度以及最大加热电流；

步骤S3：根据步骤S2得到的最大加热电流值以及模糊逻辑自适应调控双向脉冲加热电流的幅值和占空比；

步骤S4：设计加热电流滑模控制器，追踪所设计的脉冲加热电流参考值，进行电池内部自加热。

步骤S5：基于步骤S2估计的内部温度以及测量温度判断电池是否达到预设加热温度目标，若达到则停止加热；若否则跳转到步骤S2。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明充分利用了功率再分配电池包的驱动电路拓扑创新的提出了一种无需增加任何元器件即可完成电池低温内部加热的装置，降低了电池低温加热设备的复杂度及成本，同时实现了高能量效率和高加热效率，并避免了低温操作所造成的电池加速老化。

附图说明

图1为本发明实施例中所述的功率再分配电池包加热装置架构框图；

图2为本发明所述的电池自适应加热方法原理图；

图3为本发明实施例中基于双容积卡尔曼滤波器的电池状态及参数估计流程图；

图4为本发明实施例所述的电池电热耦合模型原理框图；