CN112768810B - 基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热方法及控制系统，包括脉冲电流控制模块、DC‑DC电路模块、信号驱动模块、传感采集模块、电源供电模块。该预热方法包括：步骤1：在充放电过程中周期性采集每个锂离子电池单体的温度；步骤2：根据每次采集到的每个电池单体的电流，电压和温度实时进行脉冲预热操作；基于当前采集到的每个电池单体的电流，电压和平均温度，在电流约束，SOC约束和电压约束条件下，计算得出最优的脉冲充放电电流幅值。本发明通过所述方法控制锂离子电池组的脉冲充放电操作，来实现低温环境下的脉冲预热过程，使得电池组的所有电池单体实现快速升温。

Description

基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热方法及控制系统
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热方法及控制系统。
背景技术
然而，锂离子电池的性能会受到寒冷气候的严重影响，特别是在零下温度的低温环境中，锂离子电池性能会急剧下降。目前，电动汽车锂离子电池的主要类型依然是碳质阳极的锂离子电池，由于低温环境会导致电池内部的电解质和固态电解质界面(SEI)的电导率降低，固态锂扩散缓慢以及电解质-电极界面电荷转移电阻增大等诸多不利影响。在低于零摄氏度的低温条件下，锂离子电池内部电阻会急剧增加，这将不可避免地导致电池输出功率的显著降低。此外，锂离子电池在极低温下进行充电时，在阳极表面会出现镀锂现象，一旦生长中的锂枝晶刺穿了电池隔膜，就会造成严重的电池容量损失，甚至导致内部短路。
为了解决锂离子电池在低温环境下的性能损失问题，本专利采用脉冲充放电的方法对电池进行低温下的预加热，使电池尽快实现升温从而摆脱低温造成的不利影响。目前现有的脉冲预热方法在对电池进行预加热时并没有考虑电池的实际状态约束的限制，会对电池造成损伤，而本专利所采用的脉冲充放电控制系统可以根据电池的多种不同状态(电流，SOC，电压)及其约束条件实现脉冲充放电电流幅值的动态调整，从而使电池组的加热速率最大化。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热方法及控制系统，通过对锂离子电池组进行多种不同状态的观测，进而实时决策出每一个控制周期的脉冲充放电的最优幅值，进而通过控制Buck-Boost电路模块中开关器件的开断实现电池组的脉冲充放电过程，最终实现电池组的快速温升，提高锂离子电池系统低温环境下的使用性能。
本发明提供的技术方案如下：
一方面，一种基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热方法，包括如下步骤：
步骤1：对锂离子电池组进行脉冲充放电，并在充放电期间周期性采集每个电池单体的表面温度；
其中，电池单体串联以满足负载电压需求，并联以提供输出大电流，锂离子电池组通过Buck-Boost转换器与车载超级电容组完成连接，使用超级电容作为能量缓冲装置。
首先采集电池初始温度，再以初始温度采集时间为起始时刻每间隔一个周期采集每个电池单体的温度；
步骤2：根据每次采集到的每个电池单体的表面温度，动态调整脉冲充放电的电流幅值，从而进行实时脉冲预热处理，直至锂离子电池组的平均温度值上升达到预设定的温度值；
脉冲预热处理的过程如下：
步骤a：依据当前周期采集到的每个电池单体的表面温度，并使用卡尔曼滤波器估计出电池内部温度，再计算出锂电池组的平均温度；步骤b：依据当前周期采集到的每个电池单体的工作电流计算出每个电池单体的电荷状态，并以所有电池单体的电荷状态值的平均值作为锂离子电池组的电荷状态；
步骤c：在当前周期内采集锂电池组的端电压值；
步骤d：分别在三组设定的约束条件下，依据当前周期得到的锂电池组的平均温度、电荷状态以及端电压，获得对应的脉冲电流并将三组约束条件下的脉冲电流幅值最小值作为下一周期的电池组的脉冲充放电电流给定值；
其中，三组约束条件分别为基于电池电流的约束，基于电荷状态的约束以及基于电池端电压的约束；
步骤f：将获得的脉冲充放电电流给定值与锂电池组的实际工作电流值的误差输入比例-积分控制器得到Buck-Boost转换器的开闭控制信号，通过Buck-Boost转换器的电流控制模式，实现电池组的脉冲充放电过程，完成电池的内部预热。
目前锂离子电池低温预热领域，对于脉冲充放电的求解绝大多数是通过离线方法求解，然而电池温度的变化是具有强时延性强非线性，因此离线求解的电流幅值往往是不精准不高效的。而本方法提出的是一种实时优化方法，我们通过实时的估计电池的内部温度，来确定确定电池在当前温度下的开路电压、内部阻值等状态信息，从而实时地调整三种约束条件的边界范围。在确定了约束条件的边界范围后，计算出当前温度下脉冲电流的最优幅值。选定三组约束条件下计算出的脉冲电流的最小值作为下一个脉冲周期的电流幅值。基于该原理，本方法在重复的脉冲充放电过程中周期性检测电池单体温度，在多次重复性的使用时，通过对脉冲充放电电流的幅值进行动态调整，实现电池组的快速预热且电池单体间的热均衡效果好，能在低温环境下快速恢复整个电池组的使用性能。
进一步地，在充放电期间周期性采集每个电池单体的表面温度、电流、电压数据，并根据电池单体的表面温度、电流、电压数据构建电池模型的状态空间方程，然后基于状态空间方程，使用卡尔曼滤波器估计电单体的内部温度；
在进行电池单体内部温度估计时，卡尔曼滤波器的输入变量为电池单体的工作电流，卡尔曼滤波器根据采集的电池单体表面温度值和工作电流数据，结合状态空间方程以最小化均方根误差计算出电池单体内部温度值。
进一步地，所述基于电池电流的约束，是指电池在低温下的充放电电流不能超过额定电流；所述基于电池电荷状态的约束，是指在低温下充放电时电池的SOC不能超过上下限阈值；所述基于电池端电压的约束，在低温下充放电时电池的电压不能超过截止电压。
进一步地，在设定的约束条件下脉冲充放电电流的计算方式分别如下：
基于电流约束条件：
Figure BDA0002901385140000031
Figure BDA0002901385140000032
式中，
Figure BDA0002901385140000033
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure BDA0002901385140000034
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，Idis，max为电池额定的最大放电电流，Ichg，max为电池额定的最大充电电流；
基于电池SOC约束条件：
Figure BDA0002901385140000035
Figure BDA0002901385140000036
式中，
Figure BDA0002901385140000037
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure BDA0002901385140000038
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，SOCmax为电池SOC的上限阈值，Ichg，max为电池SOC的下限阈值，Δt为采样时间，Cb，i为电池的标称容量值；
基于电池端电压的约束条件：
Figure BDA0002901385140000039
Figure BDA00029013851400000310
式中，
Figure BDA00029013851400000311
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure BDA00029013851400000312
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，Vt，max为电池端电压的上限阈值，Vt，min为电池端电压的下限阈值，Δt为采样时间，Cb，i为电池的标称容量，Voc，i为当前温度下电池的开路电压，R0，i(k)为第k个脉冲周期内当前温度下的电池内阻值。
进一步地，所述脉冲电流模块输出的第k个脉冲周期内的脉冲电流为三种约束条件下的最小值，计算公式如下：
Figure BDA0002901385140000041
进一步地，所述信号驱动模块输出的控制信号为PWM信号。
另一方面，一种基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热控制系统，包括：脉冲电流控制模块、信号驱动模块、DC-DC电路模块、传感采集模块以及供电电源模块；
其中，脉冲电流控制模块、信号驱动模块、DC-DC电路模块依次连接，脉冲电流控制模块和DC-DC电路模块均与传感采集模块连接；
所述脉冲电流控制模块，用于依据传感采集模块采集的电池单体的实时温度、电荷状态和端电压值，在设定的约束单元中，动态输出锂电池组的脉冲充放电电流幅值并输出控制信号；
所述约束单元包括基于电池电流的约束模块，基于电荷状态的约束模块以及基于电池端电压的约束模块；
所述信号驱动模块，用于对脉冲电流控制模块输出的控制信号进行转换得到DC-DC电路模块的控制开关的开闭驱动信号；
所述DC-DC电路模块，用于连接锂离子电池组以及超级电容组；
所述供电电源模块，用于给DC-DC电路模块，传感采集模块，信号驱动模块和脉冲电流模块供电。
传感采集模块采集的温度信号传送给脉冲电流控制模块，脉冲电流控制模块基于上述约束条件实时计算出最优脉冲电流幅值，再将控制信号传输给信号驱动模块进行电平转换得到Buck-Boost电路模块的MOSFET开关的开闭驱动信号，进而控制开关的开闭，实现锂离子电池组的脉冲充放电过程实现低温预热。
进一步地，所述脉冲电流控制模块中设有依次连接的脉冲电流决策器和比例－积分控制器；
所述脉冲电流决策器依据约束单元计算锂电池组的脉冲充放电电流幅值，并选出最小的锂电池组的脉冲充放电电流幅值；
基于电流约束模块：
Figure BDA0002901385140000042
Figure BDA0002901385140000043
式中，
Figure BDA0002901385140000044
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure BDA0002901385140000045
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，Idis，max为电池额定的最大放电电流，Ichg，max为电池额定的最大充电电流；
基于电池SOC约束模块：
Figure BDA0002901385140000051
Figure BDA0002901385140000052
式中，
Figure BDA0002901385140000053
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure BDA0002901385140000054
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，SOCmax为电池SOC的上限阈值，Ichg，max为电池SOC的下限阈值，Δt为采样时间，Cb，i为电池的标称容量值；
基于电池端电压的约束模块：
Figure BDA0002901385140000055
Figure BDA0002901385140000056
式中，
Figure BDA0002901385140000057
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure BDA0002901385140000058
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，Vt，max为电池端电压的上限阈值，Vt，min为电池端电压的下限阈值，Δt为采样时间，Cb，i为电池的标称容量，Voc，i为电池的开路电压，R0，i(k)为第k个脉冲周期内的电池内阻值。
进一步地，所述脉冲电流控制模块为DSP处理器，所述脉冲电流控制模块通过GPIO口连接所述信号驱动模块，信号驱动模块的输出信号包括：开闭驱动信号以及锂离子电池电压、温度采集信号。
进一步地，所述传感采集模块包括：用于实现与外部编码器数据交互的双口RAM、用于实现与脉冲电流控制模块通信的通信芯片、用于实现数据采集与电平转换的传感器、以及用于实现信号滤波的低通滤波电路；
其中，所述传感器、低通滤波电路、双口RAM均与脉冲电流控制模块连接。
有益效果
本发明技术方案相较于现有技术而言，具有以下优点：
1、以往的脉冲加热方法只考虑了在加热过程中使用不同的充放电幅值却并没有具体考虑根据约束条件来实时动态调整脉冲充放电电流，虽然可以实现电池在低温下的快速预热，但是不能取得很好的效果，同时也对电池的寿命造成损伤，在电池低温预热的过程中，电池内部的状态会随温度升高而改变。在脉冲充放电的过程中，这些状态的改变往往会影响预热时的性能。比如在低温时的锂离子电池会在充放电时产生较大的压降，有可能会直接突破截止电压使得电池无法正常工作，其次低温下的电池放电容容量也会下降的很快，而充电效率却相对较低，这些问题会造成电池组中的可用能量会快速损失，导致低温预热过程无法持续进行。
而本发明提供的脉冲预热方法和控制系统采用双向脉冲的充放电操作，并设定了考虑多种实际状态的约束条件，使得预热系统可以根据当前电池的实际状态动态的调整下一时刻的脉冲充放电电流幅值，不仅考虑了电池的预热速率最大化，而且避免低温下脉冲充放电电流峰值对电池的冲击，从而减少对电池寿命的不利影响。此外，本方法采实时多约束条件下的电池脉冲充放电预热控制，电池组并不需要额外的保护电路既可避免出现过充过放的现象，进一步地保护了电池的寿命。
2、本发明将脉冲电流决策器与比例-积分控制器结合起来，脉冲电流决策器根据电池组当前的工作电流，端电压和SOC状态计算出下一时刻电池组的脉冲充放电电流幅值，相较于只使用单一的状态进行脉冲电流决策的方式，本发明具有更简单且有效的控制方法，大大提高锂离子电池组低温预热的工作效率。
3、采用本发明所述的脉冲充放电方法和控制系统，对于锂离子电池类型和数目的选择没有特殊要求，提高了本装置的适用性。
附图说明
图1是本发明提供的控制系统的模块示意图；
图2是本发明提供的控制方法的流程图；
图3是本发明提供的控制系统的电路示意图；
其中，附图标记的进一步说明如下：
1、脉冲充放电控制模块，2、DC-DC电路模块，3、信号驱动模块，4、传感采集模块，5、电源供电模块。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。参见图1，本实施例提供的一种基于脉冲充放电的锂离子电池低温预热控制系统包括：脉冲电流控制模块1、DC-DC电路模块2、信号驱动模块3、传感采集模块4和电源供电模块5。
如图3所示，DC-DC电路模块2包括相互串并联的电池单体，双向buck-boost DC-DC电路和超级电容组。本实施例中控制DC-DC中开关开闭的信号为PWM信号，因此开关可以采用现有的半导体开关。
所述脉冲电流控制模块，用于依据传感采集模块采集的电池单体的实时温度、电荷状态和端电压值，在设定的约束单元中，动态输出锂电池组的脉冲充放电电流幅值并输出控制信号；
所述约束单元包括基于电池电流的约束模块，基于电荷状态的约束模块以及基于电池端电压的约束模块；
其中，脉冲充放电控制模块1采用通用输出端口连接信号驱动模块3，信号驱动模块3连接到DC-DC电路模块2中的开关上，脉冲充放电控制模块1通过信号驱动模块3输出控制DC-DC电路模块2的开关控制信号，控制其MOSFET开关的闭合，实现锂离子电池组充放电的控制；脉冲充放电控制模块1通过总线通信控制器与传感采集模块4相连读取电池单体的温度信号；然后电池单体的温度送至脉冲充放电控制模块1作为脉冲充放电电流决策的依据。电源供电模块5为整个控制系统提供电源。
脉冲充放电控制模块1：用于脉冲充放电电流幅值的实时决策和控制信号的输出。本实施例中，控制模块只需要一个，与电池组中单体的数量无关，脉冲充放电控制模块1中设有脉冲电流决策器和比例-积分控制器，本实施例中脉冲电流决策器和比例-积分控制器是通过脉冲电流控制模块1内部的程序软件来实现的。本实施例中控制模块1可选择但不限于DSP28035控制器，控制器通过GPIO口连接所述信号驱动模块3。
信号驱动模块3：受脉冲充放电控制模块1的控制信号，进行电平转换将其转化为DC-DC电路模块中电路开关的驱动信号，控制锂离子电池的脉冲充放电操作。本实施例中，信号驱动模块3的输出信号包括：开闭驱动信号。
传感采集模块4包括：用于实现与外部编码器数据交互的双口存储单元RAM、用于实现与脉冲电流控制模块1通信的通信芯片、用于实现数据采集与电平转换的传感器、以及用于实现信号滤波的低通滤波电路。传感器采集锂电池电流电压数据经过低通滤波器得到噪声较少的数据，其通信芯片连接到用于采集模拟量的传感器，脉冲充放电控制模块1通过外部地址数据总线和一双端口存储单元来与通信芯片连接，可以通过通信总线为脉冲充放电控制模块1提供锂电池的温度数据。本实施例中通信芯片采用但不限于SPI通信协议。
电源供电模块5：直流24V电压通过电源转换模块后为整个控制系统提供电源，转换为±15V的正负电压为传感采集模块4供电。转换为5V的电源用来给脉冲充放电控制模块1供电。如图2所示，直流24V电源首先经过EMI滤波模块滤除高频干扰信号，然后通过DC-DC转换出稳定的±15V电源，来给传感采集模块4供电；转换出的5V电源处理后供脉冲充放电控制模块1使用。
如图3所示，基于上述控制系统，本发明提供的脉冲预热方法包括如下步骤：
步骤1：对锂离子电池组进行脉冲充放电，并在充放电期间周期性采集每个电池单体的表面温度；
其中，电池单体串联以满足负载电压需求，并联以提供输出大电流，锂离子电池组通过Buck-Boost转换器与车载超级电容组完成连接，使用超级电容作为能量缓冲装置。
首先采集电池初始温度，再以初始温度采集时间为起始时刻每间隔一个周期采集每个电池单体的温度；
在充放电期间周期性采集每个电池单体的表面温度、电流、电压数据，是根据每次采集到的每个电池单体的表面温度、电流、电压数据构建电池模型的状态空间方程，然后使用卡尔曼滤波器估计电池单体的内部温度；
在进行电池单体内部温度估计时，卡尔曼滤波器的输入变量为电池单体的工作电流，卡尔曼滤波器根据采集的电池单体表面温度值和工作电流数据，结合状态空间方程以最小化均方根误差计算出电池单体内部温度值。
步骤2：根据每次采集到的每个电池单体的表面温度，动态调整脉冲充放电的电流幅值，从而进行实时脉冲预热处理，直至锂离子电池组的平均温度值上升达到预设定的温度值；
脉冲预热处理的过程如下：
步骤a：依据当前周期采集到的每个电池单体的表面温度，并使用卡尔曼滤波器估计出电池内部温度，再计算出锂电池组的平均温度；步骤b：依据当前周期采集到的每个电池单体的工作电流计算出每个电池单体的电荷状态，并以所有电池单体的电荷状态值的平均值作为锂离子电池组的电荷状态；
步骤c：在当前周期内采集锂电池组的端电压值；
步骤d：分别在三组设定的约束条件下，依据当前周期得到的锂电池组的平均温度、电荷状态以及端电压，获得对应的脉冲电流并将三组约束条件下的脉冲电流幅值最小值作为下一周期的电池组的脉冲充放电电流给定值；
其中，三组约束条件分别为基于电池电流的约束，基于电荷状态的约束以及基于电池端电压的约束；
所述基于电池电流的约束，是指电池在低温下的充放电电流不能超过额定电流；所述基于电池电荷状态的约束，是指在低温下充放电时电池的SOC不能超过上下限阈值；所述基于电池端电压的约束，在低温下充放电时电池的电压不能超过截止电压。
在设定的约束条件下脉冲充放电电流的计算方式分别如下：
基于电流约束条件：
Figure BDA0002901385140000091
Figure BDA0002901385140000092
式中，
Figure BDA0002901385140000093
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure BDA0002901385140000094
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，Idis，max为电池额定的最大放电电流，Ichg，max为电池额定的最大充电电流；
基于电池SOC约束条件：
Figure BDA0002901385140000095
Figure BDA0002901385140000096
式中，
Figure BDA0002901385140000097
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure BDA0002901385140000098
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，SOCmax为电池SOC的上限阈值，Ichg，max为电池SOC的下限阈值，Δt为采样时间，Cb，i为电池的标称容量值；
基于电池端电压的约束条件：
Figure BDA0002901385140000099
Figure BDA00029013851400000910
式中，
Figure BDA00029013851400000911
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure BDA00029013851400000912
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，Vt，max为电池端电压的上限阈值，Vt，min为电池端电压的下限阈值，Δt为采样时间，Cb，i为电池的标称容量，Voc，i为电池的开路电压，R0，i(k)为第k个脉冲周期内的电池内阻值。
所述脉冲电流模块输出的第k个脉冲周期内的脉冲电流为三种约束条件下的最小值，计算公式如下：
Figure BDA00029013851400000913
Figure BDA00029013851400000914
步骤f：将获得的脉冲充放电电流给定值与锂电池组的实际工作电流值的误差输入比例-积分控制器得到Buck-Boost转换器的开闭控制信号，通过Buck-Boost转换器的电流控制模式，实现电池组的脉冲充放电过程，完成电池的内部预热。
所述信号驱动模块输出的控制信号为PWM信号。
需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：对锂离子电池组进行脉冲充放电，并在充放电期间周期性采集每个电池单体的表面温度；
步骤2：根据每次采集到的每个电池单体的表面温度，动态调整脉冲充放电的电流幅值，从而进行实时脉冲预热处理，直至锂离子电池组的平均温度值上升达到预设定的温度值；
脉冲预热处理的过程如下：
步骤a：依据当前周期采集到的每个电池单体的表面温度，并使用卡尔曼滤波器估计出电池内部温度，再计算出锂电池组的平均温度；
步骤b：依据当前周期采集到的每个电池单体的工作电流计算出每个电池单体的电荷状态，并以所有电池单体的电荷状态值的平均值作为锂离子电池组的电荷状态；
步骤c：在当前周期内采集锂电池组的端电压值；
步骤d：分别在三组设定的约束条件下，依据当前周期得到的锂电池组的平均温度、电荷状态以及端电压，获得对应的脉冲电流并将三组约束条件下的脉冲电流幅值最小值作为下一周期的电池组的脉冲充放电电流给定值；
其中，三组约束条件分别为基于电池电流的约束，基于电荷状态的约束以及基于电池端电压的约束；
步骤f：将获得的脉冲充放电电流给定值与锂电池组的实际工作电流值的误差输入比例-积分控制器得到Buck-Boost转换器的开闭控制信号，通过Buck-Boost转换器的电流控制模式，实现电池组的脉冲充放电过程，完成电池的内部预热；
在设定的约束条件下脉冲充放电电流的计算方式分别如下：
基于电流约束条件：
Figure FDA0003360046440000011
Figure FDA0003360046440000012
式中，
Figure FDA0003360046440000013
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure FDA0003360046440000014
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，Idis，max为电池额定的最大放电电流，Ichg，max为电池额定的最大充电电流；
基于电池SOC约束条件：
Figure FDA0003360046440000015
Figure FDA0003360046440000016
式中，
Figure FDA0003360046440000021
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure FDA0003360046440000022
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，SOCmax为电池SOC的上限阈值，Ichg，max为电池SOC的下限阈值，Δt为采样时间，Cb，i为电池的标称容量值；
基于电池端电压的约束条件：
Figure FDA0003360046440000023
Figure FDA0003360046440000024
式中，
Figure FDA0003360046440000025
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure FDA0003360046440000026
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，Vt，max为电池端电压的上限阈值，Vt，min为电池端电压的下限阈值，Δt为采样时间，Cb，i为电池的标称容量，Voc，i为当前温度下的电池的开路电压，R0，i(k)为第k个脉冲周期内当前温度下的电池内阻值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在充放电期间周期性采集每个电池单体的表面温度、电流、电压数据，并根据电池单体的表面温度、电流、电压数据构建电池模型的状态空间方程，然后基于状态空间方程，使用卡尔曼滤波器估计电池单体的内部温度；
在进行电池单体内部温度估计时，卡尔曼滤波器的输入变量为电池单体的工作电流，卡尔曼滤波器根据采集的电池单体表面温度值和工作电流数据，结合状态空间方程以最小化均方根误差计算出电池单体内部温度值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于电池电流的约束，是指电池在低温下的充放电电流不能超过额定电流；所述基于电池电荷状态的约束，是指在低温下充放电时电池的SOC不能超过上下限阈值；所述基于电池端电压的约束，在低温下充放电时电池的电压不能超过截止电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：脉冲电流模块输出的第k个脉冲周期内的脉冲电流为三种约束条件下的最小值，计算公式如下：
Figure FDA0003360046440000027
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：信号驱动模块输出的控制信号为PWM信号。
6.一种基于脉冲充放电的锂离子电池低温快速预热控制系统，其特征在于：包括：脉冲电流控制模块、信号驱动模块、DC-DC电路模块、传感采集模块以及供电电源模块；
其中，脉冲电流控制模块、信号驱动模块、DC-DC电路模块依次连接，脉冲电流控制模块和DC-DC电路模块均与传感采集模块连接；
所述脉冲电流控制模块，用于依据传感采集模块采集的电池单体的实时温度、电荷状态和端电压值，在设定的约束单元中，动态输出锂电池组的脉冲充放电电流幅值并输出控制信号；
所述约束单元包括基于电池电流的约束模块，基于电荷状态的约束模块以及基于电池端电压的约束模块；
所述信号驱动模块，用于对脉冲电流控制模块输出的控制信号进行转换得到DC-DC电路模块的控制开关的开闭驱动信号；
所述DC-DC电路模块，用于连接锂离子电池组以及超级电容组；
所述供电电源模块，用于给DC-DC电路模块，传感采集模块，信号驱动模块和脉冲电流模块供电。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述脉冲电流控制模块中设有依次连接的脉冲电流决策器和比例－积分控制器；
所述脉冲电流决策器依据约束单元计算锂电池组的脉冲充放电电流幅值，并选出最小的锂电池组的脉冲充放电电流幅值；
基于电流约束模块：
Figure FDA0003360046440000031
Figure FDA0003360046440000032
式中，
Figure FDA0003360046440000033
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure FDA0003360046440000034
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，Idis，max为电池额定的最大放电电流，Ichg，max为电池额定的最大充电电流；
基于电池SOC约束模块：
Figure FDA0003360046440000035
Figure FDA0003360046440000036
式中，
Figure FDA0003360046440000037
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure FDA0003360046440000038
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，SOCmax为电池SOC的上限阈值，Ichg，max为电池SOC的下限阈值，Δt为采样时间，Cb，i为电池的标称容量值；
基于电池端电压的约束模块：
Figure FDA0003360046440000041
Figure FDA0003360046440000042
式中，
Figure FDA0003360046440000043
为第k个脉冲周期内的放电电流幅值，
Figure FDA0003360046440000044
为第k个脉冲周期内的充电电流幅值，Vt，max为电池端电压的上限阈值，Vt，min为电池端电压的下限阈值，Δt为采样时间，Cb，i为电池的标称容量，Voc，i为当前温度下电池的开路电压，R0，i(k)为第k个脉冲周期内当前温度下的电池内阻值。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述脉冲电流控制模块为DSP处理器，所述脉冲电流控制模块通过GPIO口连接所述信号驱动模块，信号驱动模块的输出信号包括：开闭驱动信号以及锂离子电池电压、温度采集信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述传感采集模块包括：用于实现与外部编码器数据交互的双口RAM、用于实现与脉冲电流控制模块通信的通信芯片、用于实现数据采集与电平转换的传感器、以及用于实现信号滤波的低通滤波电路；
其中，所述传感器、低通滤波电路、双口RAM均与脉冲电流控制模块连接。
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