CN111137149B - 一种非接触式动力电池低温加热、阻抗测量和充电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非接触式动力电池低温加热、阻抗测量和充电的方法，利用非接触式动力电池充电装置中的交流电测量电池阻抗以及对动力电池进行加热，实现利用无线充电设备测量电池阻抗和加热动力电池，无需外接单独的激励源。此外能够根据实时测量的电池阻抗实时更新电池充电的电流和电压，实现最优电流和最优电压充电，充电效率更高，充电过程对电池损伤更小。能够根据实时测量的电池阻抗实时更新动力电池SOC和SOH，实现动力电池状态参数的估计更加准确。能够根据实时测量的电池阻抗实时更新电池交流电加热的频率、电流和功率参数，实现变频加热温升速率更高，控制精确度高且简单。

Description

一种非接触式动力电池低温加热、阻抗测量和充电的方法
技术领域
动力电池低温加热、阻抗测量和充电领域，尤其涉及一种非接触式动力电池低温加热、阻抗测量和充电的方法。
背景技术
现有的非接触式动力电池充电装置如CN109774504A，都是将接受线圈收到的电磁能转换为交流电，再将交流电转换为直流电来给动力电池充电，作用单一。
目前，阻抗测量没有车载环境下的实现装置，现有技术的在线车辆都需要额外增加特定的外接激励设备，如专利申请CN109254251，外接激励信号产生单元产生一定频率的正弦激励，但不具备车载条件。流程繁琐而且设备不灵活性、适应性差，不能很好的适应目前车辆动力电池参数及时更新的需求；
另一种计算阻抗通过建模，存在建模不精确阻抗计算误差大等诸多缺点。
还有一种现有非车载阻抗测量装置大多基于电化学工作站，采用交流阻抗法能精确得到电池阻抗信息，但是设备体积庞大，不适用与车载阻抗的测量。
现有技术CN110554327,虽然在车载充电时，到那时利用的电池充放电阶跃信号，并非使用了外接交流正弦激励，测量精度不足。
现有电池预热技术大多以PTC加热为主，但是PTC加热存在加热效率低，均匀性不好、安全隐患高、控制精确性差、升温速率慢等缺点；
传统的液体加热会大幅度降低动力电池的能量密度，同时也存在加热效率低、升温速率慢等问题；
近年来的最新的电池内部加热电阻的技术虽然提升了加热速率，但是也存在着管控成本过高，控制过于复杂等问题，目前现有方法还无法短时间内有效解决电池预热问题。
发明内容
现有技术中无人想到利用非接触式动力电池充电装置中的交流电，而本发明正是跳出了现有技术的常规使用偏见；利用非接触式动力电池充电装置中的交流电测量电池阻抗以及对动力电池进行加热，使得无增加外部设备的情况下，解决了上述现有技术存在的技术问题，实现了如下效果：
1、利用无线充电设备测量电池阻抗，无需外接单独的激励源，在车辆充电时完成电池阻抗测量，不增加新的设备，无新增成本。
2、本发明能够根据适时测量的电池阻抗适时更新电池充电的电流和电压，实现最优电流和电压充电，充电效率更高，充电过程对电池损伤更小。
3、本发明能够根据适时测量的电池阻抗适时更新动力电池参数，实现动力电池状态参数的估计更加准确。
4、本发明的电池交流电加热无需增加设备，成本低，效果好。
5、此外更进一步的本发明能够根据适时测量的电池阻抗更新电池交流电加热的频率、电流和功率参数，实现变频加热温升速率更高，控制精确度高且简单。
附图说明
图1为本发明的动力电池低温加热、和阻抗测量和充电装置示意图；
图2为充电、加热、阻抗测量模式流程图。
图3为自适应模式流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
动力电池包括多个电池模组；
本发明的一种非接触式动力电池低温加热、阻抗测量和充电的装置如图1所示，包括安装于车辆的车载端和安装于车位的车位端。所述车位端包括发射装置15、第二拓扑补偿电路14、逆变器13、第二整流滤波器12、第二无线收发装置11、主控制器10。
主控制器获取电池电压、电流、温度、实时测得的阻抗值等信息，计算电池所需最优充电电流、最优充电电压和加热电流频率及功率，从而控制逆变器13来控制发射装置15，实现动力电池的最优充电电流、最优充电电压和加热电流频率与功率。
所述车载端包括测阻抗继电器20、加热继电器21、充电继电器22、第一整流滤波器23、N个电池组24、接收装置16、第一拓扑补偿电路17、第一无线收发装置19和从控制器18。
接收装置16，为一个利兹线缠绕的线圈，将感应到的发射装置15发出的高频交变磁场转变为高频交流电。
多个电池模组控制开关Q1、Q2、Q3、Q4……Qn，电池模组控制开关与电池模组一一对应，每个所述的电池模组控制开关分别连接一个电池模组，控制各电池模组是否与测阻抗继电器20、加热继电器21或充电继电器22断开/闭合，即是否进行阻抗测量、充电或加热。
测阻抗继电器20连接在接收装置16和多个电池模组端控制开关之间，测阻抗继电器20通断及特定的电池模组控制开关的通断，决定是否为特定电池模组测量阻抗。
加热继电器21连接在接收装置16和多个电池模组端控制开关之间，加热继电器21通断及特定的电池模组控制开关的通断，决定是否为特定电池模组加热。
充电继电器22与第一整流滤波器23串联，充电继电器22通断及特定的电池模组控制开关的通断，决定是否为所述的特定的电池模组充直流电。
第一整流滤波23连接在充电继电器22和多个电池模组端控制开关之间，将接收装置16产生的高频交流电转变为直流电。
本发明的一种非接触式动力电池低温加热、充电和阻抗测量的方法流程参见图2，具体包括四种模式：
本装置可以选择通过车载人机交互界面单独选择进行充电、加热、阻抗测量，或人为通过车辆外部控制器/上位机等指令选择进行充电、加热、阻抗测量，外部控制为非本装置主、从控制器自主选择模式控制，控制方式不具有局限性，指令正确即可。外部控制模式有充电模式、加热模式和阻抗测量三种模式，具体流程如下：
本发明充电模式、加热模式和阻抗策略模式，如图2所示，具体包括如下模式：
a、充电模式
1)获得当前电池数据信息，包括电池温度、电压、SOC等，判断电池是否需要先进行加热；
2)若需要加热，则根据当前的电池温度等信息，启动加热程序，打开加热继电器，打开需要加热的电池模组控制开关，为需要加热的电池模组进行加热；
3)若判断所有电池模组均在适宜温度范围内，则根据当前电池数据信息，计算最优充电电流和最优充电电压，启动充电程序，打开充电继电器、打开需要充电的电池模组控制开关，将电流施加到需要充电的电池模组两端。
4)每隔特定时间，循环判断电池是否充电完毕，若是，则停止充电；若否，则执行步骤3)，更新最优充电电流和最优充电电压，并施加在需要充电的电池模组两端。
b、加热模式
1)获得当前电池的数据信息，包括电池温度、电压、SOC等，计算加热的最优激励电流和最优激励频率，启动加热程序，打开加热继电器，打开需要加热的电池模组控制开关，将最优的激励电流和激励频率施加在电池模组两端，为需要加热的电池模组进行交流变频激励加热；
2)每隔特定的时间，循环判定电池是否到达目标温度，若是，停止为电池模组进行交流变频激励加热；若否，执行步骤1，更新最优激励电流和最优激励频率，施加在需要加热的电池模组两端。
c、阻抗测量模式
1)获得当前电池的数据信息，包括电池温度、电压、SOC等，判断电池是否在阻抗测量的适宜温度范围内；
2)若需要加热，则根据当前的电池温度等信息，启动加热程序，打开加热继电器，打开需要加热的电池模组控制开关，为需要加热的电池模组进行加热；
3)若判断电池组在阻抗测量的适宜温度范围内，则开始阻抗测量，接受装置产生不同频率的交流电，导通阻抗测量继电器、导通需要测量阻抗的电池模组控制开关，将变频交流电施加在需要测阻抗的电池模组的两端；
4)根据测得的电池电流、电压等电池数据，计算电池模组的阻抗；
5)判断阻抗测量过程是否结束，若是，则停止阻抗测量，传送计算出的电池模组阻抗信息；若否，则执行步骤3)和4)，重新为电池模组加载变频交流电，测算阻抗信息。
本发明还包括d、自适应模式
自适应模式为完全本装置的主、从控制器自主控制系统进行加热、充电和阻抗测量，具体流程如下：
1)获得当前电池的数据信息，包括电池温度、电压、SOC等，判断电池是否在阻抗测量的适宜温度范围内，若否，则需要先加热；
2)若需要加热，则根据当前的电池温度等信息，启动加热程序，打开加热继电器，打开需要加热的电池模组控制开关，为需要加热的电池模组进行加热；
3)若判断电池组在阻抗测量的适宜温度范围内，则开始阻抗测量，控制非接触式充电装置的接受装置产生不同频率的交流电，打开阻抗测量继电器、打开需要测量阻抗的电池模组控制开关，将变频交流电施加在需要测阻抗的电池模组的两端；
4)根据测得的电池电流、电压等电池数据，计算电池模组的阻抗；
5)判断阻抗测量过程是否结束，若是，则停止阻抗测量，传送计算出的电池模组阻抗信息；若否，则执行步骤3)和4)，重新为电池模组加载变频交流电，测算阻抗信息。
6)根据测量得到的阻抗值更新的电池的状态参数，状态参数包括SOC或SOH。
7)判断电池是否需要加热，若是，根据所述阻抗值计算加热的最优激励电流和最优激励频率，启动加热程序，打开加热继电器，打开需要加热的电池模组控制开关，将最优的激励电流和激励频率施加在电池两端，为需要加热的电池模组进行交流变频激励加热；
8)每隔特定的时间，循环判定电池是否到达目标温度，若是，停止为电池模组进行交流变频激励加热；若否，更新电池阻抗值和其他状态参数，计算最优激励电流和激励频率，继续为电池加热；
9)若电池加热完成，则根据阻抗值以及阻抗值更新的电池SOC或SOH等信息计算最优充电电流和最优充电电压，启动充电程序，打开充电继电器、打开需要充电的电池模组控制开关，将电流施加到需要充电的电池模组两端。
10)每隔一定时间判断电池在充电过程中温度是否满足适宜温度要求，若否，则将电池加热到适宜温度后再充电；
若充电过程中电池温度一直处于适宜状态，则判断电池是否充满电，若是，则停止充电；若否，则依次重复执行步骤9)和10)，将电池加热到适宜温度后再充电，直至电池充满电。
应理解，本发明实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种非接触式动力电池低温加热、阻抗测量和充电的方法,
所述动力电池包括多个电池模组；
包括安装于车辆的车载端和安装于车位的车位端；所述车位端包括产生高频交变磁场发射装置；所述车载端包括将感应到的发射装置发出的高频交变磁场转变为高频交流电的接收装置；
将接收装置发出的高频交流电转变为直流电对电池模组进行非接触式充电；
其特征在于：利用接收装置发出的高频交流电测量需要测量阻抗的电池模组的阻抗值，施加所述高频交流电到需要测量阻抗的电池模组两端，利用电池模组的状态参数，计算需要测量阻抗的电池模组的阻抗值；
根据所述阻抗值计算非接触式充电的最优充电电流和最优充电电压；
若所述电池模组需要加热，则计算所述电池模组加热的最优激励电流和最优激励频率，控制接收装置发出的高频交流电实现将最优的激励电流和激励频率施加在电池两端，为需要加热的电池模组进行交流变频激励加热；
每隔特定的时间，更新最优激励电流和最优激励频率，直到判定电池到达目标温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据所述阻抗值更新电池SOC或SOH。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据所述阻抗值计算加热的所述最优激励电流和所述最优激励频率。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于：本发明包括测阻抗模式，具体如下：
1)判断各电池模组是否在阻抗测量的适宜温度范围内；
2)若不在适宜温度范围内，则为需要加热的电池模组进行加热；
3)若在阻抗测量的适宜温度范围内，则开始针对电池模组进行阻抗测量；
4)判断阻抗测量过程是否结束，若是，则停止阻抗测量，传送计算出的电池模组阻抗值；若否，重新为电池模组加载变频交流电，再次执行阻抗测量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：本发明包括加热模式，具体如下：
1)获得当前电池的数据信息，包括电池温度、电压和SOC，计算为各电池模组加热的最优激励电流和最优激励频率；
2)每隔特定的时间，更新最优激励电流和最优激励频率，直到判定电池到达目标温度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：本发明包括加热模式，具体如下：
1)根据当前电池模组的所述阻抗值计算最优激励电流和最优激励频率；
2)每隔特定的时间，重新计算所述阻抗值，根据更新的所述阻抗值更新最优激励电流和最优激励频率，直到判定电池到达目标温度。
7.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于：本发明包括自适应模式，具体如下：
1)判断电池是否在阻抗测量的适宜温度范围内；
2)若不在适宜温度范围内，则为需要加热的电池模组进行加热；
3)若在阻抗测量的适宜温度范围内，则开始对电池模组进行阻抗测量；
4)判断阻抗测量过程是否结束，若是，则停止阻抗测量，传送计算出的电池模组的阻抗值；若否，重新为电池模组加载变频交流电，更新测算阻抗信息；
5)判断电池是否需要加热，若是，根据所述阻抗值计算最优激励电流和最优激励频率，控制接收装置发出的高频交流电将最优的激励电流和激励频率施加在需要加热的电池模组两端，为需要加热的电池模组进行交流变频激励加热；
6)每隔特定的时间，重新计算所述阻抗值，根据更新的所述阻抗值，更新最优激励电流和最优激励频率，直到判定电池是否到达目标温度；
7)若电池加热完成，则根据阻抗值以及利用阻抗值更新的电池SOC计算最优充电电流和最优充电电压，将所述最优充电电流和所述最优充电电压电流施加到需要充电的电池模组两端；
8)每隔一定时间判断电池在充电过程中温度是否满足适宜温度要求，若否，则将电池加热到适宜温度后再充电。
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