CN113030737B - 一种动力电池脉冲加热可靠性试验方法 - Google Patents

Abstract

本方案涉及一种动力电池脉冲加热可靠性试验方法，能验证脉冲加热对动力电池的容量衰减的影响。其包括：S1，进行台架系统搭建并采集动力电池的初始容量；再循环执行S2至S6；S2，上位机控制12V低压电源进行低压上电；S3，上位机判断是否开启脉冲加热功能；S4，若满足，上位机控制开启对动力电池进行脉冲加热；S5，若上位机判定不再开启脉冲加热功能，上位机控制停止对动力电池脉冲加热；并采集动力电池的当前容量；S6，上位机判断动力电池的当前容量相对于动力电池的初始容量的衰减百分比，并判定所述衰减百分比是否大于或等于预设百分比；S7，若是，则上位机控制12V低压电源下电，以停止试验，并记录本次试验过程中对动力电池进行脉冲加热的总次数。

Description

一种动力电池脉冲加热可靠性试验方法

技术领域

本发明属于新能源动力电池领域，具体涉及一种动力电池脉冲加热可靠性试验方法。

背景技术

随着新能源技术进步和国家鼓励补贴政策，市场用户对锂离子电动汽车的接受度越来越高，电动车开始出现在全国各地的大街小巷。我国幅员辽阔，各地气候环境相差颇大，例如华北地区在-10℃左右，而东北地区冬季平均温度在-20℃。对于购买电动汽车的东北用户来说，每天早晨用车时，电动车电池的最低温度都在-20℃左右，而环境温度对动力电池的性能影响很大。此外电池温度过低，也造成电池充电时间大幅增加，使得用户的充电体验变差。故在电动汽车低温下使用充电功能，需要将电池电芯的工作温度维持在一个合理的区间内，尽可能让电池保持在最佳工作状态。因此，对电池快速加热就成为了电动汽车在东北等寒冷地区行驶和充电过程中存在的瓶颈。

而现有的电池热管理策略大部分采用液热或加热膜，加热速率太小，用户等待加热的时间太长，不能满足用户需求；而直流充放电加热则会造成电池容易析锂，有安全风险。脉冲加热技术利用电机产生的交流激励电流和低温下电池内阻产生的焦耳热来进行电池加热，由于电流频率很高，不会造成析锂，加热速率很快，且加热效果很均匀。在实际应用脉冲加热技术之前，需要对该技术进行电池包的可靠性试验，验证在工作过程中的脉冲电流下电池高压零部件和电机零部件的耐受能力，为后续产业化应用提供指导意见。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种动力电池脉冲加热可靠性试验方法，能够验证特定的加热频率和幅度的脉冲电流对动力电池进行脉冲加热后，动力电池的容量衰减的影响。

本发明的技术方案为：

本发明实施例提供了一种动力电池脉冲加热可靠性试验方法，包括：

步骤S1，进行对动力电池脉冲加热的台架系统搭建，在完成搭建后，上位机采集动力电池的初始容量；在完成步骤S1之后，循环执行步骤S2至步骤S6；

步骤S2，上位机控制12V低压电源进行低压上电；

步骤S3，上位机基于电池管理系统和电驱动控制系统发送的信号判断是否满足开启脉冲加热功能的条件；

步骤S4，若判断出满足开启脉冲加热功能的条件，则上位机向电池管理系统和电驱动控制系统发出第一类型指令，以开启对动力电池进行脉冲加热；

步骤S5，当上位机根据电池管理系统发送的信号判定动力电池实时温度不再满足开启脉冲加热功能的条件时，上位机向电池管理系统和电驱动控制系统发出第二类型指令，以停止对动力电池脉冲加热；同时，上位机采集一次动力电池的当前容量；

步骤S6，上位机判断动力电池的当前容量相对于动力电池的初始容量的衰减百分比，并判定所述衰减百分比是否大于或等于预设百分比；若是，则执行步骤S7；

步骤S7，上位机控制12V低压电源下电，以停止试验，并记录本次试验过程中对动力电池进行脉冲加热的总次数。

其中，若步骤S6中判断出所述衰减百分比小于预设百分比，所述方法还包括：

步骤S8，启动低温环境舱以对动力电池进行降温，直至上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池实时温度降低至满足开启脉冲加热功能的条件；再重复执行步骤S2至步骤S6。

其中，在执行步骤S2至步骤S6的任一步骤中，若电池管理系统发送的动力电池实时SOC低于第一预设SOC值，所述方法还包括：

步骤S9：上位机先向电池管理系统和电驱动控制系统发出第二类型指令，再向12V低压电源发出低压下电指令，以停止对动力电池进行脉冲加热；然后再搭建充电系统并启动所搭建的充电系统对动力电池进行充电，直至上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池实时SOC为100%时停止充电；再启动低温环境舱以对动力电池进行降温，直至上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池实时温度降低至满足开启脉冲加热功能的条件，然后循环执行步骤S2至步骤S6。

其中，步骤S1包括：将动力电池置于未启动的低温环境舱中；将上位机通过信号线束分别连接电池管理系统、电驱动控制系统、12V低压电源和主继电器；将动力电池通过高压线束连接主继电器，将主继电器通过高压线束连接电驱动系统中的三相逆变器模块；将12V低压电源分别通过低压线束连接电池管理系统和电驱动控制系统；将冷却水泵的入口和出口连接至所述电驱动系统中布置的冷却管路；将电池管理系统与动力电池和主继电器建立连接，将电驱动控制系统与电驱动系统建立连接。

其中，步骤S3中，若上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池未故障、动力电池实时温度低于第一预设温度且动力电池实时SOC高于第二预设SOC值，以及根据电驱动控制系统发送的信号确定三相逆变器模块未故障且三相交流电机模块未故障，则上位机确定满足开启脉冲加热功能的条件；第二预设SOC值大于第一预设SOC值。

其中，步骤S5中，动力电池实时温度不再满足开启脉冲加热功能为：动力电池实时温度高于第二预设温度；第二预设温度大于步骤S3中的第一预设温度。

其中，在执行步骤S4的过程中，所述方法还包括：

步骤S10，若上位机根据电驱动控制系统发送的信号确定三相逆变器模块温度高于第三预设温度和/或三相交流电机模块温度高于第四预设温度，则上位机控制冷却水泵开启，以对电驱动系统中的三相逆变器模块和三相交流电机模块进行冷却。

其中，所述方法还包括：

步骤S11，在执行步骤S2至步骤S6的任一步骤中，若上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池故障，和/或，根据电驱动控制系统发送的信号确定三相逆变器模块故障和/或三相交流电机模块故障，则上位机控制12V低压电源进行紧急下电；直至上位机根据电池管理系统发送的信号和电驱动控制系统发送的信号确定动力电池未故障、三相逆变器模块未故障和三相交流电机模块未故障时，上位机再恢复控制12V低压电源低压上电，此后，再执行步骤S3至步骤S6。

其中，步骤S4包括：

上位机向电池管理系统发出高压上电指令，使电池管理系统基于高压上电指令控制主继电器闭合，以使动力电池开始对电驱动系统输出电压；

上位机在接收到电池管理系统反馈的动力电池高压上电成功信号后，向电驱动控制系统发出开启脉冲加热指令和动力电池高压上电成功信号，使电驱动控制系统基于开启脉冲加热指令控制电驱动系统中的三相逆变器模块产生预先设置的具有特定频率和幅度的脉冲电流。

本发明的有益效果为：

利用台架试验，验证特定的加热频率和幅度的脉冲电流对动力电池进行脉冲加热后，动力电池的容量衰减的影响。利用上位机控制电源管理系统和电驱动控制系统，实现脉冲加热自动控制的试验的台架策略，相比于采用人工控制，减少了人为操作的时间，避免误操作或者错过关闭时间，造成动力电池过放安全风险，同时简化了台架操作难度，由于可实现无人值守，加快了台架试验进度，降低了试验成本。

附图说明

图1为本发明实施例中的脉冲加热台架系统的框图；

图2为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

接下来将结合本发明中的设计示意图来阐述本发明的实施例，以及台架自动控制脉冲加热功能开启关闭的的实际操作流程。由于需要保护本发明的核心技术点，故所展示的实施例仅仅时本发明的一部分内容，但都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种动力电池脉冲加热可靠性试验方法，该方法用于验证特定的加热频率和幅度的脉冲电流对动力电池进行脉冲加热后，动力电池的容量衰减的影响。

参照图2，本发明实施例中对方法包括：

步骤S1，进行台架系统搭建；在完成搭建后，上位机采集动力电池的初始容量。

其中，本实施例中，参照图1，台架系统所涉及的模块或器件包括：上位机、动力电池、电池管理系统、12V低压电源、集成有三相逆变器模块和三相交流电机模块的电驱动系统、电驱动控制系统、主继电器和冷却水泵。进行台架系统搭建时，需要：将上位机通过信号线束分别连接电池管理系统、电驱动控制系统、12V低压电源和主继电器；将动力电池通过高压线束连接主继电器，将主继电器通过高压线束连接电驱动系统中的三相逆变器模块；将12V低压电源分别通过低压线束连接电池管理系统和电驱动控制系统；将冷却水泵的入口和出口连接至所述电驱动系统中布置的冷却管路；将电池管理系统与动力电池和主继电器建立连接，将电驱动控制系统与电驱动系统建立连接。

在完成台架系统搭建后，上位机处于静置状态，12V低压电源处于休眠状态，同时，冷却水泵也处于关闭状态。

在完成步骤S1之后，循环执行步骤S2至S6。

其中，步骤S2为：上位机控制12V低压电源进行低压上电。

具体来说，上位机向12V低压电源发出低压上电指令，12V低压电源基于该低压上电指令低压上电，电池管理系统、电驱动系统和电驱动控制系统在12V低压电源的唤醒下进入待机准备状态。

电池管理系统在被唤醒后，向上位机发送动力电池的当前SOC、最低温度和是否故障的信号。电驱动控制系统在被唤醒后，向上位机发送电机故障与否、三相交流电机模块的温度和三相逆变器模块的温度信号。

步骤S3，上位机基于电池管理系统和电驱动控制系统发送的信号判断满足是否开启脉冲加热功能的条件。

具体来说，在该步骤S3中，若上位机判断出动力电池、三相逆变器模块和三相交流电机模块均未故障，动力电池的最低温度＜-30℃（第一预设温度值）且动力电池的SOC≥30%（第二预设SOC值），则上位机确定满足开启脉冲加热功能的条件。其它条件下，则确定不满足开启脉冲加热功能的条件。

步骤S4，上位机在判断出满足开启脉冲加热功能的条件时，则上位机向电池管理系统和电驱动控制系统发出第一类型指令，以开启对动力电池进行脉冲加热。

具体来说，第一类型指令包含：上位机向电池管理系统发出的高压上电指令，以及向电驱动控制系统发出的开启脉冲加热指令。电池管理系统在接收到高压上电指令后，控制主继电器闭合，动力电池开始对电驱动系统输出电压；电池管理系统在控制主继电器闭合成功后，向上位机反馈高压上电成功的信号，上位机并向电驱动控制系统转发动力电池高压上电成功的信号。电驱动控制系统在确定动力电池高压上电成功后，便基于开启脉冲加热指令，控制电驱动系统中的三相逆变器模块产生预先设置的具有特定频率和幅度的脉冲电流（三相逆变器模块具体是通过控制IGBT电流来调整电流波形占空比产生特定频率和幅度的脉冲电流）。

步骤S5，当上位机根据电池管理系统发送的信号判定动力电池实时温度不再满足开启脉冲加热功能的条件时，上位机向电池管理系统和电驱动控制系统发出第二类型指令，以停止对动力电池脉冲加热；同时，上位机采集一次动力电池的当前容量。

具体来说，动力电池实时温度不再满足开启脉冲加热功能的条件具体是指：动力电池实时温度高于第二预设温度（如-10℃）。并且，第二预设温度大于步骤S3中的第一预设温度。

其中，第二类型指令包含：上位机向电驱动控制系统发送的停止脉冲加热指令和向电池管理系统发送的高压下电指令。电驱动控制系统在接收到停止脉冲加热指令后，先控制三相逆变器模块停止工作，然后，电源管理系统再接收到三相逆变器模块停止工作信号后，再基于接收到的高压下电指令，断开主继电器，使动力电池进入低压待机状态。

步骤S6，上位机判断动力电池的当前容量相对于动力电池的初始容量的衰减百分比，并判定所述衰减百分比是否大于或等于预设百分比；若是，则执行步骤S7。

其中，预设百分比为预先实验出的对电池寿命产生影响的电池容量衰减百分比。

步骤S7，上位机控制12V低压电源下电，以停止试验，并记录本次试验过程中对动力电池进行脉冲加热的总次数。

该步骤S7中所记录出的总次数即为使动力电池寿命衰减到预设百分比的次数。

步骤S8，若步骤S6中判断出所述衰减百分比小于预设百分比，则启动低温环境舱以对动力电池进行降温，直至上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池实时温度降低至满足开启脉冲加热功能的条件；再重复执行步骤S2至步骤S6。

在步骤S8中，动力电池实时温度降低至满足开启脉冲加热功能的条件具体为：动力电池实时温度小于第一预设温度。低温环境舱对动力电池降温过程中：环境舱温度设定为恒定-30℃，大约5小时后，电池的温度将冷却到-30℃左右。

其中，在执行步骤S2至步骤S6的任一步骤中，若电池管理系统发送的动力电池实时SOC低于第一预设SOC值，本实施例中的方法还包括：

步骤S9，上位机先向电池管理系统和电驱动控制系统发出第二类型指令，再向12V低压电源发出低压下电指令，以停止对动力电池进行脉冲加热；然后再搭建充电系统并启动所搭建的充电系统对动力电池进行充电，直至上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池实时SOC为100%时停止充电；再启动低温环境舱以对动力电池进行降温，直至上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池实时温度降低至满足开启脉冲加热功能的条件，然后循环执行步骤S2至步骤S6。

此处，步骤S9中的第二类型指令与步骤S5中的第二类型指令相同。对动力电池充电系统的搭建过程同现有技术中对动力电池进行充电试验的过程一致，本实施例中不再进行赘述。

第一预设SOC值小于第二预设SOC值。本发明实施例中，当动力电池实时SOC低于第一预设SOC值（如20%）时，上位机确定动力电池需要进行充电。此外，在三相交流电机模块工作的同时，本实施例中的方法还包括：

步骤S10，若上位机根据电驱动控制系统发送的信号确定三相逆变器模块的温度高于第三预设温度和/或三相交流电机模块温度高于第四预设温度，则上位机还控制冷却水泵开启，确保电驱动系统中的三相逆变器模块和三相交流电机模块在产生脉冲电流的过程中能够得到充分冷却。

本发明实施例中的上述方法还包括：步骤S11，在执行步骤S2至步骤S6的任一步骤中，若上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池故障，和/或，根据电驱动控制系统发送的信号确定三相逆变器模块故障和/或三相交流电机模块故障，则上位机控制12V低压电源进行紧急下电；直至上位机根据电池管理系统发送的信号和电驱动控制系统发送的信号确定动力电池未故障、三相逆变器模块未故障和三相交流电机模块未故障时，上位机再恢复控制12V低压电源低压上电，；此后，再执行步骤S3至步骤S6。

本实施例中，脉冲加热功能开启后，上位机可以通过CAN线记录整个加热过程的动力电池、三相交流电机模块和三相逆变器模块的运行情况，为后续回放和复盘加热过程提供数据基础。

本发明实施例提供上述方法，能够实现验证特定的加热频率和幅度的脉冲电流对动力电池进行脉冲加热后，动力电池的容量衰减的影响。

虽然本文只对本发明的一个或几个实例进行了描述，但针对本领域的专业人员而言，本发明可以在不超出其逻辑和基本框架下以更多其他方式实施。因此，本发明将不会局限于本文所述的这些实施例。

Claims (8)

1.一种动力电池脉冲加热可靠性试验方法，其特征在于，包括：

步骤S1，进行对动力电池脉冲加热的台架系统搭建，在完成搭建后，上位机采集动力电池的初始容量；在完成步骤S1之后，循环执行步骤S2至步骤S6；

步骤S2，上位机控制12V低压电源进行低压上电；

步骤S3，上位机基于电池管理系统和电驱动控制系统发送的信号判断是否满足开启脉冲加热功能的条件；

步骤S4，若判断出满足开启脉冲加热功能的条件，则上位机向电池管理系统和电驱动控制系统发出第一类型指令，以开启对动力电池进行脉冲加热；

步骤S5，当上位机根据电池管理系统发送的信号判定动力电池实时温度不再满足开启脉冲加热功能的条件时，上位机向电池管理系统和电驱动控制系统发出第二类型指令，以停止对动力电池脉冲加热；同时，上位机采集一次动力电池的当前容量；

步骤S6，上位机判断动力电池的当前容量相对于动力电池的初始容量的衰减百分比，并判定所述衰减百分比是否大于或等于预设百分比；若是，则执行步骤S7；

步骤S7，上位机控制12V低压电源下电，以停止试验，并记录本次试验过程中对动力电池进行脉冲加热的总次数；

若步骤S6中判断出所述衰减百分比小于预设百分比，所述方法还包括：

步骤S8，启动低温环境舱以对动力电池进行降温，直至上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池实时温度降低至满足开启脉冲加热功能的条件；再重复执行步骤S2至步骤S6。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行步骤S4至步骤S5的任一步骤中，若电池管理系统发送的动力电池实时SOC低于第一预设SOC值，所述方法还包括：

步骤S9：上位机先向电池管理系统和电驱动控制系统发出第二类型指令，再向12V低压电源发出低压下电指令，以停止对动力电池进行脉冲加热；然后再搭建充电系统并启动所搭建的充电系统对动力电池进行充电，直至上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池实时SOC为100%时停止充电；再启动低温环境舱以对动力电池进行降温，直至上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池实时温度降低至满足开启脉冲加热功能的条件，然后循环执行步骤S2至步骤S6。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：将动力电池置于未启动的低温环境舱中；将上位机通过信号线束分别连接电池管理系统、电驱动控制系统、12V低压电源和主继电器；将动力电池通过高压线束连接主继电器，将主继电器通过高压线束连接电驱动系统中的三相逆变器模块；将12V低压电源分别通过低压线束连接电池管理系统和电驱动控制系统；将冷却水泵的入口和出口连接至所述电驱动系统中布置的冷却管路；将电池管理系统与动力电池和主继电器建立连接，将电驱动控制系统与电驱动系统建立连接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，

若上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池未故障、动力电池实时温度低于第一预设温度且动力电池实时SOC高于第二预设SOC值，以及根据电驱动控制系统发送的信号确定三相逆变器模块未故障且三相交流电机模块未故障，则上位机确定满足开启脉冲加热功能的条件；第二预设SOC值大于第一预设SOC值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，动力电池实时温度不再满足开启脉冲加热功能为：动力电池实时温度高于第二预设温度；第二预设温度大于步骤S3中的第一预设温度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行步骤S4的过程中，所述方法还包括：

步骤S10，若上位机根据电驱动控制系统发送的信号确定三相逆变器模块温度高于第三预设温度和/或三相交流电机模块温度高于第四预设温度，则上位机控制冷却水泵开启，以对电驱动系统中的三相逆变器模块和三相交流电机模块进行冷却。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤S11，在执行步骤S4至步骤S5的任一步骤中，若上位机根据电池管理系统发送的信号确定动力电池故障，和/或，根据电驱动控制系统发送的信号确定三相逆变器模块故障和/或三相交流电机模块故障，则上位机控制12V低压电源进行紧急下电；直至上位机根据电池管理系统发送的信号和电驱动控制系统发送的信号确定动力电池未故障、三相逆变器模块未故障和三相交流电机模块未故障时，上位机再恢复控制12V低压电源低压上电；此后，再执行步骤S3至步骤S6。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：

上位机向电池管理系统发出高压上电指令，使电池管理系统基于高压上电指令控制主继电器闭合，以使动力电池开始对电驱动系统输出电压；

上位机在接收到电池管理系统反馈的动力电池高压上电成功信号后，向电驱动控制系统发出开启脉冲加热指令和动力电池高压上电成功信号，使电驱动控制系统基于开启脉冲加热指令控制电驱动系统中的三相逆变器模块产生预先设置的具有特定频率和幅度的脉冲电流。

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