CN106773650B - 锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法 - Google Patents
锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106773650B CN106773650B CN201611202993.6A CN201611202993A CN106773650B CN 106773650 B CN106773650 B CN 106773650B CN 201611202993 A CN201611202993 A CN 201611202993A CN 106773650 B CN106773650 B CN 106773650B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery pack
- temperature
- heating
- starts
- lithium ion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 62
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
本发明涉及一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，实施步骤：(1)采用电热聚酰亚胺加热膜和电池组保温层，以及内温监控BMS组成配置；(2)当电池组内温降至到0℃以下，电池组BMS开启加热回路，此时电池组可被允许加热，充放电回路关断；当操作人员开启加热命令以后，加热膜会在外部电源的作用下开启加热，随后电池组内部温度会线性增加，15分钟后电池组内部温度到达10℃左右，此时BMS即自动开启恒温模式；(3)采用PID算法，通过比例、微分、积分运算调节；(4)为保证升温速度，在电池组外部包裹保温层。该方法实现了在极端低温条件下对锂离子蓄电池组进行快速加热及保持恒温的目标；其设计合理，易于实施，效果非常显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子蓄电池组快速加热并保持恒温的方法，特别涉及一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法。
背景技术
目前，锂离子蓄电池组已经被广泛用于航空、航天、动力等各个领域，但是锂离子蓄电池组往往存在极端低温条件下性能变差，稳定性变差等缺陷。现今通常对锂离子蓄电池组在极端低温条件下加热的解决方案是用加热膜进行加热，但是主流方案下加热膜又无法快速加热，加热后电池组内部温度波动会大大增加，使得锂离子蓄电池组内部温度的稳定性欠佳，将会严重影响锂离子蓄电池组性能的稳定性和可靠性。
因此，要改变锂离子蓄电池组在极端低温条件下运行不良的现状，提供一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，将是该领域技术人员亟待着手解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种设计合理、操作简便、应用效果显著的锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，其特征在于：该方法实施步骤如下：
(1)采用电热聚酰亚胺加热膜和电池组保温层，以及内温监控BMS组成配置；其中电热聚酰亚胺加热膜要保证绝缘电阻大于500MΩ，表面空烧温度小于60℃；
(2)当电池组内温降至到0℃以下，电池组BMS开启加热回路，此时电池组可被允许加热，充放电回路关断；当操作人员开启加热命令以后，加热膜会在外部电源的作用下开启加热，随后电池组内部温度会线性增加，15分钟后电池组内部温度到达10℃左右，此时BMS即自动开启恒温模式；
(3)采用PID算法，通过比例、微分、积分运算调节；调节电池组恒温阶段内部温度，保证恒温阶段内部温度波动控制在10％以内，充放电回路被打开，此时电池组既可充电也可放电；
(4)为保证升温速度，在电池组外部包裹保温层，使电池组加热快速以及提高适用性。
本发明的有益效果是：本发明方法应用可在-40℃条件下，以重量为10kg的锂离子蓄电池组经过15分钟时间即可升温至零上10℃，并且利用PID算法对锂离子蓄电池组温度进行恒温控制，使得锂离子蓄电池组内部温度保持恒温，更加稳定可靠。本发明方法设计合理，易于实施，成本低以及拓展性强，应用效果非常显著，大大提高了锂离子蓄电池组性能的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明组成部分示意图；
图2是本发明中温度随时间变化效果曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对依据本发明提供的具体实施方式、特征详述如下：
一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，该方法具体实施步骤如下：
(1)采用电热聚酰亚胺(PI)加热膜和电池组保温层，以及内温监控BMS(电池管理系统)组成配置；其中PI加热膜要保证绝缘电阻大于500MΩ，表面空烧温度小于60℃；所述电热聚酰亚胺(PI)加热膜具有功率密度大，功率衰减低的特点；
(2)当电池组内温降至到0℃以下，电池组BMS开启加热回路，此时电池组可被允许加热，充放电回路关断；当操作人员开启加热命令以后，加热膜会在外部电源的作用下开启加热，随后电池组内部温度会线性增加，15分钟后电池组内部温度到达10℃左右，此时BMS即自动开启恒温模式；
(3)采用PID算法，通过比例、微分、积分运算调节；调节电池组恒温阶段内部温度，保证恒温阶段内部温度波动控制在10％以内，充放电回路被打开，此时电池组既可充电也可放电；
(4)为保证升温速度，在电池组外部包裹保温层，使电池组加热快速以及提高适用性。
如图1所示，BMS通过MOS管控制加热膜实现加热，内部则采用PID算法对电池组加热进行调节。
具体实施PID算法如下：
其中：
ΔTemp:调整温度，
TempOffset(t)＝设定温度(t)-TempNow(t)，
TempNow(t):当前测定温度，
Kp:比例参数,KI：积分参数,KD：微分参数，
TW:脉冲宽度,TS：脉冲周期；
在PID整定过程中采用典型PID参数计算表预设参数(Ziegler-Nichols参数，根据不同系统环境下PID参数不尽相同，以下计算举例说明)：
Step1：根据不同类型和功率的加热膜在不同环境温度下会有不同的PWM控制模式，可根据自身的加热膜工况得出公式2(经验公式)，按照此公式配置PWM控制波形，保温曲线会较为平稳；
Step2:调节控制参数直至较为满意，最终三个控制参数如下：
Kp＝0.8,KI＝0.17,KD＝0.112，
如实时测定在t时刻，温度偏差为：
Tempoffset(t)＝0.5，
则将数值带入公式1
根据之前的记录数据最终得到输出为：3.26带入公式2，此时PWM占空比应为85％。
伪代码如下：
经过对参数进行调节，系统实现了加热以及恒温的控制功能。
如图2所示，X轴为加热时间(标度单位0.5S)，Y轴为测定点温度(标度单位1℃)，其中每一个曲线则代表测定点的实时温度；说明随时间变化加热温度快速，效果非常突出。
本发明的工作原理及特点：
本发明方法在对加热膜结构和控制进行改进后，提出了在15分钟内将10kg左右的电池组从-40℃低温环境加热到10℃左右，并且保持内温10℃恒定的一体化解决方案。
本发明采用PI加热膜(PI加热膜具有功率密度大，功率衰减低的特点)和电池组保温层，以及内温监控BMS组成配置，当电池组内温突降到零下以后，电池组BMS开启加热回路此时电池组可以被允许加热，充放电回路关断，当操作人员开启加热命令以后，加热膜会在外部电源的作用下开启加热，随后电池组内部温度会线性增加，约15分钟后电池组内部温度到达10℃左右，此时BMS会自动开启恒温模式，采用PID算法调节电池组内部温度波动会在10％以内，充放电回路被打开此时电池组可以充电也可以放电。
本发明方法是一种实现-40℃低温环境下对10kg电池组在15分钟快速加热到零上10℃，并且保持电池组内部10℃恒温(±10％)的调节控制方法；并可将10kg电芯于15分钟内升温50℃；可用PID算法系统进行恒温保持，且恒温段波动范围在10％之内。
本发明使用PI加热膜，以及PID算法调节，是对锂离子蓄电池组进行快速加热和最终保持恒温的新技术方案；本发明方法具有操作简单，安全性好，实施成本低和拓展性强等特点。
上述参照实施例对锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的；因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法，其特征在于该方法实施步骤如下：
(1)采用电热聚酰亚胺加热膜和电池组保温层，以及内温监控BMS组成配置；其中电热聚酰亚胺加热膜要保证绝缘电阻大于500MΩ，表面空烧温度小于60℃；
(2)当电池组内温降至到0℃以下，电池组BMS开启加热回路，此时电池组被允许加热，充放电回路关断；当操作人员开启加热命令以后，加热膜会在外部电源的作用下开启加热，随后电池组内部温度会线性增加，15分钟后电池组内部温度到达10℃左右，此时BMS即自动开启恒温模式；
(3)采用PID算法，通过比例、微分、积分运算调节；调节电池组恒温阶段内部温度，保证恒温阶段内部温度波动控制在10％以内，充放电回路被打开，此时电池组既可充电也可放电；
(4)为保证升温速度，在电池组外部包裹保温层，使电池组加热快速以及提高适用性；
所述PID算法是：
公式1：ΔTemp＝KpTempOffset(t)+KI∫TempOffset(t)dt+KDdTempNow(t)；
公式2：
其中：
ΔTemp:调整温度,
TempOffset(t)＝设定温度(t)-TempNow(t),
TempNow(t):当前测定温度,
Kp:比例参数,KI：积分参数,KD：微分参数,
TW:脉冲宽度,TS：脉冲周期；
在PID整定过程中采用PID参数计算表预设参数：
Step1：根据不同类型和功率的加热膜在不同环境温度下会有不同的PWM控制模式，可根据自身的加热膜工况得出公式2，按照此公式配置PWM控制波形，保温曲线会较为平稳；
Step2:调节控制参数直至较为满意，最终三个控制参数如下：
Kp＝0.8,KI＝0.17,KD＝0.112,
实时测定在t时刻，温度偏差为：
Tempoffset(t)，
将数值带入公式1：
根据之前的记录数据最终得到输出为：3.26带入公式2，得到PWM占空比为85％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611202993.6A CN106773650B (zh) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | 锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611202993.6A CN106773650B (zh) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | 锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106773650A CN106773650A (zh) | 2017-05-31 |
| CN106773650B true CN106773650B (zh) | 2020-10-30 |
Family
ID=58897629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611202993.6A Active CN106773650B (zh) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | 锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106773650B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107887672A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-04-06 | 中车工业研究院有限公司 | 一种锂离子电池温度控制方法及装置 |
| CN112637974A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-09 | 北京雪迪龙科技股份有限公司 | 一种加热设备及其控温方法 |
| US11960268B2 (en) | 2021-05-04 | 2024-04-16 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Power allocation to heat a processing chip of a network device |
| CN114388918A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-04-22 | 江西赣锋锂电科技股份有限公司 | 动力电池包 |
| CN114924190A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-19 | 哈尔滨理工大学 | 一种在寒冷环境下对电动汽车锂电池荷电状态（soc）的估算方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6056374A (ja) * | 1983-09-07 | 1985-04-01 | Toshiba Corp | 燃料電池の燃料流量制御装置 |
| JP2007165243A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池熱電併給装置 |
| WO2008126650A2 (en) * | 2007-03-22 | 2008-10-23 | Casio Computer Co., Ltd. | Temperature control apparatus, processing apparatus, and temperature control method |
| CN101399386A (zh) * | 2007-09-25 | 2009-04-01 | 南京德朔实业有限公司 | 一种锂电池包及其充电方法 |
| CN201956430U (zh) * | 2011-01-28 | 2011-08-31 | 河南环宇赛尔新能源科技有限公司 | 温度可控动力锂离子电池 |
| CN102650890A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-08-29 | 湖南迪斯生物技术有限公司 | 一种自适应pid温度控制方法 |
| CN204732501U (zh) * | 2015-07-02 | 2015-10-28 | 上海玖行能源科技有限公司 | 一种应用在高空极寒环境下的电池组 |
| CN204857867U (zh) * | 2015-06-29 | 2015-12-09 | 辽宁凯信新能源技术有限公司 | 一种在低温环境下使用的锂离子电池 |
| CN205194793U (zh) * | 2015-11-03 | 2016-04-27 | 大荔德飞新能源科技有限公司 | 一种带有恒温加热装置的锂离子电池 |
| CN105700587A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-06-22 | 山东科技大学 | 一种锂电池性能测试用恒温控制系统 |
| CN106129528A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-11-16 | 北京长城华冠汽车科技股份有限公司 | 一种电动汽车动力电池模组的保温方法和保温装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8093862B2 (en) * | 2008-09-03 | 2012-01-10 | Modalis Engineering, Inc. | Systems, apparatus and methods for battery charge management |
-
2016
- 2016-12-23 CN CN201611202993.6A patent/CN106773650B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6056374A (ja) * | 1983-09-07 | 1985-04-01 | Toshiba Corp | 燃料電池の燃料流量制御装置 |
| JP2007165243A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池熱電併給装置 |
| WO2008126650A2 (en) * | 2007-03-22 | 2008-10-23 | Casio Computer Co., Ltd. | Temperature control apparatus, processing apparatus, and temperature control method |
| CN101399386A (zh) * | 2007-09-25 | 2009-04-01 | 南京德朔实业有限公司 | 一种锂电池包及其充电方法 |
| CN201956430U (zh) * | 2011-01-28 | 2011-08-31 | 河南环宇赛尔新能源科技有限公司 | 温度可控动力锂离子电池 |
| CN102650890A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-08-29 | 湖南迪斯生物技术有限公司 | 一种自适应pid温度控制方法 |
| CN204857867U (zh) * | 2015-06-29 | 2015-12-09 | 辽宁凯信新能源技术有限公司 | 一种在低温环境下使用的锂离子电池 |
| CN204732501U (zh) * | 2015-07-02 | 2015-10-28 | 上海玖行能源科技有限公司 | 一种应用在高空极寒环境下的电池组 |
| CN205194793U (zh) * | 2015-11-03 | 2016-04-27 | 大荔德飞新能源科技有限公司 | 一种带有恒温加热装置的锂离子电池 |
| CN105700587A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-06-22 | 山东科技大学 | 一种锂电池性能测试用恒温控制系统 |
| CN106129528A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-11-16 | 北京长城华冠汽车科技股份有限公司 | 一种电动汽车动力电池模组的保温方法和保温装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 无人机电池温控系统设计;张旭，等;《无人机电池温控系统设计》;20150531;第139卷(第139期);第965-967页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106773650A (zh) | 2017-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106773650B (zh) | 锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法 | |
| CN103904382B (zh) | 混合动力汽车车载动力电池冷却控制方法 | |
| CN110228396B (zh) | 增加电池包续航里程的方法、装置、控制器和介质 | |
| CN108390131B (zh) | 纯内阻电池加热系统 | |
| CN107293821B (zh) | 动力电池热处理方法、装置及电动汽车 | |
| JP5884929B1 (ja) | ゴム組成物の混合方法および混合システム | |
| WO2013047109A1 (ja) | リチウムイオン二次電池の充電方法 | |
| CN108954892B (zh) | 一种基于模糊控制的空气源热泵的计算机可读存储介质 | |
| CN203715692U (zh) | 温度控制系统以及真空气冷热处理炉 | |
| CN103904384B (zh) | 一种混合动力汽车车载动力电池的冷却控制方法 | |
| CN102384618A (zh) | 一种热泵热水器系统电子膨胀阀开度的控制方法 | |
| CN103809126B (zh) | 一种锂离子电池比热容的评估方法 | |
| CN106286227A (zh) | 一种压缩机及其油温控制方法与装置 | |
| CN104238599B (zh) | 一种用于光纤系统的温度控制器中单片机的工作方法 | |
| CN111435048B (zh) | 变频压缩机的频率控制方法及热泵机组 | |
| KR102396875B1 (ko) | 차량의 하이브리드 파워 트레인을 관리하는 방법 | |
| CN107887672A (zh) | 一种锂离子电池温度控制方法及装置 | |
| CN114243136A (zh) | 一种锂电池的充电优化方法 | |
| CN103677001A (zh) | 电动车制冷控制方法、装置及系统、电动车 | |
| CN113056180B (zh) | 通过损耗与环境对流协同调节的功率变换器热管理系统 | |
| CN106058381B (zh) | 一种基于电池的低温补偿方法及装置 | |
| CN116538743B (zh) | 一种冷水机的控制方法 | |
| CN103017429A (zh) | 变频式工业冷水机高精度快速控制方法 | |
| CN107959329B (zh) | 卫星用锂离子蓄电池恒压充电双环控制系统及其控制方法 | |
| CN205843350U (zh) | 一种网带式烧结炉 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 4-6, Lanyuan Road, Huayuan Industrial Zone, Binhai New Area, Tianjin 300384 Patentee after: Tianjin Lantian Special Power Technology Co.,Ltd. Address before: No. 6 Lanyuan Road, Huayuan Industrial Park, Binhai New Area, Tianjin 300384 Patentee before: TIANJIN LISHEN SPECIAL POWER TECHNOLOGY CO.,LTD. |