CN112599889A - 一种锂离子电池自加热控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池自加热控制方法，在电池系统启动时，首先由温度传感器采集电芯单体的温度，之后根据最低温度判断是否需要加热，若电池需要加热，则下一步采集电芯单体的电压，若最低电压高于下限值，则启动相互脉冲加热，否则接通外部电源，启动交流加热。本发明所述的锂离子电池自加热控制方法，加热不受电池电量的限制，电池电量较高时采用相互脉冲加热的方式，电池电量较低时采用交流加热的方式；克服了相互脉冲加热与交流加热各自的缺点。

Description

一种锂离子电池自加热控制方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池自加热控制方法。
背景技术
锂离子电池在低温条件下性能受到影响，一方面，电池内阻增大，导致其容量与输出功率下降；另一方面，可能会产生锂枝晶，影响电池的寿命。因此在低温条件下需要对锂离子电池加热，保证电池的正常运行。目前电池加热的方式有两种，一种为采用加热膜等外部加热的方式，这种方式容易操作，技术成熟性较高，但电池受热不均匀，并且加热效率较低。另一种为内部加热的方式，直接在电池内部产生热量，故其加热效率更高，受热更加均匀。内部加热又分为镍片加热、交流加热以及相互脉冲加热三种。其中，镍片加热改变了电芯原有的结构，并且较大的短路电流也会对电池的寿命产生一定的影响，其应用受到一定制约；交流加热的方式无需耗用电池的电量，加热不受电池电量的限制，但需要外部的交流电源，电池包无法单独完成加热工作；相互脉冲加热的方式无需外部交流电源，并且单个电芯或模组充电与放电交替进行，电量的损失较低，但在电池电量较低时无法进行自加热。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种锂离子电池自加热控制方法，以解决上述技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种锂离子电池自加热控制方法，包括如下具体步骤：
S1、电池系统启动时，汽车的控制器检测电芯的温度，并根据检测到的电芯的最低温度，判断电芯是否需要加热，当判断电芯不需要加热则电池正常工作，若电芯需要加热则跳转到步骤S2；
S2、当BMS判断电池需要加热时，BMS先检测电芯的电压，并将该电压值与其内部设定的阈值对比，判断电芯的电压是否小于设定电压的阈值；
S3、当BMS判断电芯的最低电压值小于设定阈值时，BSM控制电池接通外部电源，且BSM根据电芯的具体温度设定外部电源加热的频率和电流，给电芯进行交流加热；
S4、当BMS判断电芯的最低电压值不小于设定阈值时，BSM启动DC-DC转换器，并根据电芯的具体温度设定电芯充放电的时间间隔，给电芯进行相互脉冲加热；
S5、电芯在加热的过程中，BMS每间隔1分钟检测一次电芯的温度，并根据采集值判断电芯最低温度是否小于设定的阈值；
S6、若电芯的最低温度值小于设定的阈值，则BMS判断电芯当前为交流加热或者为相互脉冲加热；
S7、若电芯当前为交流加热，则重复S3和S5；
S8、若电芯当前为直流加热，则重复S4和S5；
S9、若电芯的最低温度值不小于设定的阈值，则电芯加热过程结束，电芯正常工作。
进一步的，所述步骤S1的具体工作过程为：电芯上安装温度传感器，温度传感器信号连接至汽车的控制器BMS，当电池系统启动时，温度传感器将采集的数据传递给BMS，BMS将采集到的最低温度的数值与其内部存储的标准阈值作比较，当BMS判断电芯的最低温度不小于设定的阈值时，则电芯不需要加热，电池正常工作；当BMS判断电芯的最低温度低于设定的阈值时，则判断电芯需要加热。
进一步的，所述步骤S1中温度传感器的安装方式为：电池模组外壳两侧边缘处与中心处分别设置温度传感器，温度不高于-20℃时，模组外壳边缘处的温度较低，此时以边缘处测温点所采集的温度，作为BMS判断电芯是否达到加热停止的温度下限；温度大于40℃时，模组外壳中心温度较高，此时以中心测温点采集到的温度，作为BMS判断电芯是否达到液冷开启的温度下限。
进一步的，所述步骤S1中的电芯被分成A、B两组，A组和B组内部均采用串联的连接方式。
进一步的，所述步骤S3中，提供外部电源加热的设备为交流加热器。
进一步的，所述交流加热器安装在充电设备上。
进一步的，所述DC-DC转换器安装在电动汽车上。
相对于现有技术，本发明所述的锂离子电池自加热控制方法具有以下优势：
(1)本发明所述的锂离子电池自加热控制方法，加热不受电池电量的限制，电池电量较高时采用相互脉冲加热的方式，电池电量较低时采用交流加热的方式；克服了相互脉冲加热与交流加热各自的缺点。
(2)本发明所述的锂离子电池自加热控制方法，在模组内靠近边缘与中心处分别设置测温点，低温环境下，模组边缘处的温度较低，此时以边缘处测温点所采集的温度判断是否达到加热停止的温度下限；高温环境下，模组中心温度较高，此时以中心测温点采集到的温度判断是否达到液冷开启的温度下限。
(3)本发明所述的锂离子电池自加热控制方法，将交流加热器安装在充电桩等设备上，降低电动汽车的成本。
(4)本发明所述的锂离子电池自加热控制方法，电池包内的模组或电芯被分成A、B两组，A组和B组内部采用串联的连接方式，以保证模组或电芯内电流大小一致。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的锂离子电池自加热控制方法的流程图；
图2为本发明实施例所述的模组内温度传感器分布示意图。
附图标记说明：
1-模组外壳；2-电芯；3-温度传感器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种锂离子电池自加热控制方法，如图1和图2所示，包括如下步骤：
S1、电池系统启动时，汽车的控制器检测电芯的温度，并根据检测到的电芯的最低温度，判断电芯是否需要加热，当判断电芯不需要加热则电池正常工作，若电芯需要加热则跳转到步骤S2；
具体的过程为：电芯上安装温度传感器，温度传感器信号连接至汽车的控制器BMS，当电池系统启动时，温度传感器将采集的数据传递给BMS，BMS将采集到的最低温度的数值与其内部存储的标准阈值作比较，当BMS判断电芯的最低温度不小于设定的阈值时，则电芯不需要加热，电池正常工作；当BMS判断电芯的最低温度低于设定的阈值时，则判断电芯需要加热；
在电池模组外壳1两侧边缘处与中心处分别设置温度传感器3，低温环境下(温度不高于-20℃时)，模组外壳1边缘处的温度较低，此时以边缘处测温点所采集的温度，作为BMS判断电芯2是否达到加热停止的温度下限；高温环境下(温度大于40℃时)，模组外壳1中心温度较高，此时以中心测温点采集到的温度，作为BMS判断电芯2是否达到液冷开启的温度下限。优选的，温度传感器3为热电偶。
优选的，电池包内的模组或电芯被分成A、B两组，A组和B组内部采用串联的连接方式，保证在加热过程中电芯或模组内部电流大小一致，从而保证电芯内部的发热功率一致，避免电芯或模组内部的温差过大。
S2、若电池需要加热，则先检测电芯的电压，根据检测到电压判断最低电压是否小于设定值；
具体为：当BMS判断电池需要加热时，BMS先检测电芯的电压，并将该电压值与其内部设定的阈值对比，判断电芯的电压是否小于设定电压的阈值；
S3、若电芯最低电压小于设定值，则电池接通外部电源，根据电芯温度设置加热的频率和电流进行交流加热；
具体的，当BMS判断电芯的最低电压值小于设定阈值时，BSM控制电池接通外部电源，且BSM根据电芯的具体温度设定外部电源加热的频率和电流，给电芯进行交流加热，优选的，提供外部电源加热的设备为交流加热器，其型号为PTC电加热器，交流加热器安装在充电桩等充电设备上，这样不需要每台电动汽车都配置交流加热器，以降低电动汽车的成本。
S4、若电芯最低电压高于设定值，则启动DC-DC转换器，设置电芯充放电的时间间隔，电芯进行相互脉冲加热；
具体的，当BMS判断电芯的最低电压值不小于设定阈值时，BSM启动DC-DC转换器，并根据电芯的具体温度设定电芯充放电的时间间隔，给电芯进行相互脉冲加热；
优选的，DC-DC转换器安装在电动汽车上。
S5、电芯加热过程中，每隔一段时间检测电芯的温度，判断电芯最低温度是否小于设定值；
具体的，电芯在加热的过程中，BMS每间隔1分钟检测一次电芯的温度，并根据采集值判断电芯最低温度是否小于设定的阈值；
S6、若电芯的最低温度小于设定值，则BMS判断电芯当前为交流加热或者为相互脉冲加热；
若电芯的最低温度值小于设定的阈值，则BMS判断电芯当前为交流加热或者为相互脉冲加热；
S7、若电芯当前为交流加热，则重复S3和S5；
S8、若电芯当前为直流加热，则重复S4和S5；
S9、若电芯的最低温度高于设定值，则加热过程结束，电芯正常工作。
若电芯的最低温度值不小于设定的阈值，则电芯加热过程结束，电芯正常工作；
模组内器件的控制工作均由BMS完成，温度传感器、DC-DC转换器、电压检测系统均信号连接至BMS。DC-DC转换器和电压检测系统为现有技术中常用的即可。
本方案在电池电量较高时，采用相互脉冲加热的方式，不需要外部电源；在电池电量较低时，采用交流加热的方式对电芯进行加热，克服了相互脉冲加热与交流加热各自的缺点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池自加热控制方法，其特征在于：包括如下具体步骤：
S1、电池系统启动时，汽车的控制器检测电芯的温度，并根据检测到的电芯的最低温度，判断电芯是否需要加热，当判断电芯不需要加热则电池正常工作，若电芯需要加热则跳转到步骤S2；
S2、当BMS判断电池需要加热时，BMS先检测电芯的电压，并将该电压值与其内部设定的阈值对比，判断电芯的电压是否小于设定电压的阈值；
S3、当BMS判断电芯的最低电压值小于设定阈值时，BSM控制电池接通外部电源，且BSM根据电芯的具体温度设定外部电源加热的频率和电流，给电芯进行交流加热；
S4、当BMS判断电芯的最低电压值不小于设定阈值时，BSM启动DC-DC转换器，并根据电芯的具体温度设定电芯充放电的时间间隔，给电芯进行相互脉冲加热；
S5、电芯在加热的过程中，BMS每间隔1分钟检测一次电芯的温度，并根据采集值判断电芯最低温度是否小于设定的阈值；
S6、若电芯的最低温度值小于设定的阈值，则BMS判断电芯当前为交流加热或者为相互脉冲加热；
S7、若电芯当前为交流加热，则重复S3和S5；
S8、若电芯当前为直流加热，则重复S4和S5；
S9、若电芯的最低温度值不小于设定的阈值，则电芯加热过程结束，电芯正常工作。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池自加热控制方法，其特征在于：步骤S1的具体工作过程为：电芯上安装温度传感器，温度传感器信号连接至汽车的控制器BMS，当电池系统启动时，温度传感器将采集的数据传递给BMS，BMS将采集到的最低温度的数值与其内部存储的标准阈值作比较，当BMS判断电芯的最低温度不小于设定的阈值时，则电芯不需要加热，电池正常工作；当BMS判断电芯的最低温度低于设定的阈值时，则判断电芯需要加热。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池自加热控制方法，其特征在于：步骤S1中温度传感器的安装方式为：电池模组外壳两侧边缘处与中心处分别设置温度传感器，温度不高于-20℃时，模组外壳边缘处的温度较低，此时以边缘处测温点所采集的温度，作为BMS判断电芯是否达到加热停止的温度下限；温度大于40℃时，模组外壳中心温度较高，此时以中心测温点采集到的温度，作为BMS判断电芯是否达到液冷开启的温度下限。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池自加热控制方法，其特征在于：步骤S1中的电芯被分成A、B两组，A组和B组内部均采用串联的连接方式。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池自加热控制方法，其特征在于：步骤S3中，提供外部电源加热的设备为交流加热器。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池自加热控制方法，其特征在于：交流加热器安装在充电设备上。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池自加热控制方法，其特征在于：DC-DC转换器安装在电动汽车上。
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