CN103887578B - 提高电动汽车低温续航里程的动力电池加热方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高电动汽车低温续航里程的动力电池方法和系统，可根据锂离子电池组加热和充电需求，来分配制动回收的电能，能最有效保护储能锂离子电池装置和利用制动回收的能量。能量控制单元通过监测锂离子电池组温度与荷电状态SOC，判断是否将制动能量回收的电能执行锂离子电池组充电或锂离子电池组加热操作。系统包括能量转化器、逆变器、能量控制单元和锂离子电池组，锂离子电池组内设有连接于逆变器和能量控制单元的加热器。同时还提供一种方法能高效的回收制动能量，来提高锂离子电池组的低温性能，同时也提高了电动汽车的低温续航里程。

Description

提高电动汽车低温续航里程的动力电池加热方法和系统
技术领域
本发明属于电动汽车能量回收领域，特别涉及一种可直接将制动能量回收的电能应用于电池系统加热的控制方法。
背景技术
锂离子动力电池以其优异的循环特性、高的比能量密度、比功率密度，成为目前研究最多电动汽车动力电源。但是成组后锂离子电池组的低温容量特性较差也是电动汽车发展的障碍之一。为解决该问题，各整车厂及电池厂均做了大量的工作，包括设计动力电池预热加热系统、改进电池材料、对电池系统做绝缘加热装置，但效果均不太理想。电动汽车在行驶的制动过程中有很多能量未被利用，现有的制动能量回收系统由于能量转换的路径较长导致能量回收率较低。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种可以对锂离子电池组进行加热的系统和方法。本发明提供一种电动汽车电池加热方法，能直接将制动能量回收的电能输送给电池加热装置为电池系统加热，提高电动汽车的低温续航里程。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为一种提高电动汽车低温续航里程的动力电池系统加热方法，能量转换单元将制动能回收转化为电能后，经逆变器输送至能量控制单元，能量控制单元实时监测锂离子电池组温度，并根据如下方法控制对锂离子电池组进行加热或充电：1)监测锂离子电池组温度是否小于或等于第一温度限值，若是，则开启加热器对锂离子电池组进行加热；2)监测锂离子电池组温度是否上升至第二温度限值，若否，则继续开启加热器对锂离子电池组进行持续加热，若是，则关闭加热器进入步骤3)；3)判断此时锂离子电池组温度是否小于第三温度限值，若是，则进入步骤4)；4)判断锂离子电池组的荷电状态SOC是否小于锂离子电池组的SOC限值，若是，则对锂离子电池组进行充电。
较佳地，步骤1)监测锂离子电池组温度是否小于或等于第一温度限值，若否，则进一步判断此时锂离子电池组温度是否小于或等于第三温度限值，若是，则进入步骤4)，若否，则对辅助储能单元进行充电。
较佳地，步骤3)判断此时锂离子电池组温度是否小于第三温度限值，若否，则对辅助储能单元进行充电。
较佳地，步骤4)判断锂离子电池组的荷电状态SOC是否小于锂离子电池组的SOC限值，若否，则对辅助储能单元进行充电。
较佳地，第一温度限值为电池允许充电温度下限，第二温度限值为电池适宜使用温度下限，第三温度限值为电池允许充放电温度上限；第一温度限值＜第二温度限值＜第三温度限值。
本发明还提供一种提高电动汽车低温续航里程的动力电池加热系统，包括依次连接的能量转化器、逆变器和能量控制单元，所述能量控制单元连接有电池箱，电池箱内设有锂离子电池组，电池箱内设有加热器，加热器连接于逆变器和能量控制单元。
较佳地，加热器可拆卸的安装于电池箱内，紧贴设置于锂离子电池组的底面。
较佳地，能量控制单元为单片机。
较佳地，能量控制单元还连接有辅助储能单元，辅助储能单元为蓄电池或电容器。
较佳地，能量转化器为发电机。
本发明的有益效果是在于本系统和方法可根据锂离子电池组加热和充电需求，来分配制动回收的电能，能最有效保护储能锂离子电池装置和利用制动回收的能量。直接将制动能量回收的电能输送给电池加热装置为电池系统加热，判断电池组温度状态与荷电状态，将制动能量回收的能量选择性的给电池充电或辅助电瓶充电，从而使电池组工作在最适环境，延长电动汽车的低温续航里程和使用寿命。
能量控制单元通过监测锂离子电池组温度与荷电状态SOC，判断是否将制动能量回收的电能执行锂离子电池组充电或锂离子电池组加热操作。当锂离子电池组温度低于锂离子电池组允许充电温度下限时启动电池加热操作，加热至电池适宜使用温度下限时，判断锂离子电池组温度是否低于电池允许充放电温度上限，若是则进一步判断其荷电状态SOC是否在限值范围之内，若是则对锂离子电池组进行充电，否则对辅助储能单元进行充电。能高效的回收制动能量，来提高锂离子电池组的低温性能，同时也提高了电动汽车的低温续航里程。
附图说明
图1为本发明实施例系统结构示意图
图2为本发明实施例加热系统控制方法流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示本实施例的一种提高电动汽车低温续航里程的动力电池加热系统包括依次连接的能量转化器、逆变器和电池箱，电池箱内设有锂离子电池组，锂离子电池组连接于逆变器，还包括加热器和能量控制单元，加热器连接于逆变器，能量控制单元通过CAN总线与能量转化器、逆变器、锂离子电池组和加热器连接，还包括辅助储能单元，辅助储能单元与逆变器和能量控制单元连接。图1中虚线所示即为CAN总线，表示能量控制单元对其他部件进行监测和控制的信号流。本实施例的能量转化器优选为发电机，辅助储能单元优选为蓄电池或电容器，在锂离子电池组内还设置有连接于逆变器和能量控制单元的加热器，加热器可拆卸的安装于锂离子电池组内，接收来经逆变器转化过来的电能，由能量控制单元控制。
由于加热器是可拆卸的，电动汽车在寒区使用时，可将其安装到电池包内，而当电动汽车在相应的温度较高的环境下使用时，则可将其拆除而不影响电池本身的散热。能量控制单元与锂离子电池组及加热器、辅助储能单元通过强电线并行连接，能量控制单元通过CAN总线与能量转换单元，逆变器，能量控制单元，辅助储能单元，锂离子电池组，电池加热单元进行通信，能控制锂离子电池组与辅助储能单元的充放电，并监测锂离子电池组内电池温度、电压、电流、荷电状态(SOC)等信息及辅助储能单元的荷电状态信息。
能量转化器也即发电机用于将制动时的机械能转换为电能，行车驱动时将电能转换为机械能，逆变器用于交直流电之间的转换，电池箱内锂离子电池组底面设有加热器。
本实施例利用上述系统实现一种提高电动汽车低温续航里程的动力电池系统加热方法，能量转换单元将制动能回收转化为电能后，经逆变器输送至能量控制单元，能量控制单元实时监测锂离子电池组温度，并根据如下方法控制对锂离子电池组进行加热、充电或对辅助储能单元进行充电，下述的第一温度限值为电池允许充电温度下限，第二温度限值为电池适宜使用温度下限，第三温度限值为电池允许充放电温度上限，其中电池允许充电温度下限<电池适宜使用温度下限<电池允许充放电温度上限。本实施例中第一温度限制：电池允许充电温度下限为-5℃，第二温度限制：电池适宜使用温度下限为30℃，第二温度限制：电池允许充放电温度上限为45℃。
步骤1，监测锂离子电池组温度是否小于或等于第一温度限值，若是，则开启加热器对锂离子电池组进行加热并进入步骤2，若否，则进入步骤3；
步骤2，监测锂离子电池组温度是否大于第二温度限值，若否，则继续开启加热器对锂离子电池组进行持续加热，若是，则关闭加热器进入步骤3；
步骤3，进一步判断此时锂离子电池组温度是否小于第三温度限值，若是，则进入步骤4，若否，则对辅助储能单元进行充电；
步骤4，判断锂离子电池组的荷电状态SOC是否小于锂离子电池组的SOC限值，若是，则对锂离子电池组进行充电，若否，则对辅助储能单元进行充电。
能量控制单元通过监测锂离子电池组温度与荷电状态SOC，判断是否将制动能量回收的电能执行锂离子电池组充电或锂离子电池组加热操作。当锂离子电池组温度低于锂离子电池组允许充电温度下限时启动电池加热操作，加热至电池适宜使用温度下限时，判断锂离子电池组温度是否低于电池允许充放电温度上限，若是则进一步判断其荷电状态SOC是否在限值范围之内，若是则对锂离子电池组进行充电，否则对辅助储能单元进行充电。
本实施例可根据锂离子电池组加热和充电需求，来分配制动回收的电能，能最有效保护储能锂离子电池装置，并很好的利用制动回收的能量。在锂离子电池组允许条件下，制动能量回收的电能可直接输送给电池加热装置为电池系统加热。另外辅助储能单元也可直接为汽车提供驱动的机械能，为电池加热单元提供电能。在电动汽车低温启动时锂离子电池组也可直接为电池加热单元提供电能。
通过本实施例所提供的系统和方法，能高效的回收制动能量，来提高锂离子电池组的低温性能，同时也提高了电动汽车的低温续航里程。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种提高电动汽车低温续航里程的动力电池系统加热控制方法，其特征在于：能量转换单元将制动能回收转化为电能后，经逆变器输送至能量控制单元，能量控制单元实时监测锂离子电池组温度，并根据如下方法控制对锂离子电池组的加热或充电：
1)监测锂离子电池组温度是否小于或等于第一温度限值，若是，则开启加热器对所述锂离子电池组进行加热；
2)监测锂离子电池组温度是否上升至第二温度限值，若否，则继续开启加热器对锂离子电池组进行持续加热，若是，则关闭加热器进入步骤3)；
3)判断此时锂离子电池组温度是否小于第三温度限值，若是，则进入步骤4)；
4)判断锂离子电池组的荷电状态SOC是否小于锂离子电池组的SOC限值，若是，则对锂离子电池组进行充电。
2.根据权利要求1所述的提高电动汽车低温续航里程的动力电池系统加热控制方法，其特征在于：所述步骤1)监测锂离子电池组温度是否小于或等于第一温度限值，若否，则进一步判断此时锂离子电池组温度是否小于或等于第三温度限值，若是，则进入步骤4)，若否，则对辅助储能单元进行充电。
3.根据权利要求1所述的提高电动汽车低温续航里程的动力电池系统加热控制方法，其特征在于：所述步骤3)判断此时锂离子电池组温度是否小于第三温度限值，若否，则对辅助储能单元进行充电。
4.根据权利要求1所述的提高电动汽车低温续航里程的动力电池系统加热控制方法，其特征在于：所述步骤4)判断锂离子电池组的荷电状态SOC是否小于锂离子电池组的SOC限值，若否，则对辅助储能单元进行充电。
5.根据权利要求1至4任一项所述的提高电动汽车低温续航里程的动力电池系统加热控制方法，其特征在于：所述第一温度限值为电池允许充电温度下限，所述第二温度限值为电池适宜使用温度下限，所述第三温度限值为电池允许充放电温度上限；所述第一温度限值＜所述第二温度限值＜所述第三温度限值。
6.提高电动汽车低温续航里程的动力电池加热系统，包括依次连接的能量转化器、逆变器和电池箱，所述电池箱内设有锂离子电池组，所述锂离子电池组与所述逆变器连接，其特征在于：还包括加热器和能量控制单元，所述加热器与所述逆变器连接，所述能量控制单元通过CAN总线与所述能量转化器、所述逆变器、所述锂离子电池组和所述加热器连接，所述加热器可拆卸的安装于所述电池箱内，紧贴设置于所述锂离子电池组的底面。
7.如权利要求6所述的提高电动汽车低温续航里程的动力电池加热系统，其特征在于：所述能量控制单元为单片机单元。
8.如权利要求7所述的提高电动汽车低温续航里程的动力电池加热系统，其特征在于：还包括辅助储能单元，所述辅助储能单元与所述逆变器和所述能量控制单元连接，所述辅助储能单元为蓄电池或电容器。
9.如权利要求6所述的提高电动汽车低温续航里程的动力电池加热系统，其特征在于：所述能量转化器为发电机。
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