CN113178643A - 锂离子电池低温直流放电的混合加热方法、系统及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池低温加热领域，具体涉及了一种锂离子电池低温直流放电的混合加热方法、系统及设备，旨在解决的问题。本发明包括：进行设定条件下的锂离子电池不同放电电压幅值的循环加热老化测试；拟合测试数据获得锂离子电池老化模型；基于当前环境温度、设定的循环次数和设定的锂离子电池容量损失计算最优放电电压幅值；锂离子电池以最优放电电压幅值进行恒压放电，启动加热；若未达预设温度，则重复进行最优放电电压幅值计算和恒压放电、持续加热；若达到预设温度，则停止恒压放电、停止加热。本发明将直流加热与液体循环加热相结合，提高了电池能量利用效率，加热效率高、速度快、耗能低、温度均匀性好，降低了损伤电池循环寿命的风险。

Description

锂离子电池低温直流放电的混合加热方法、系统及设备
技术领域
本发明属于锂离子电池低温加热领域，具体涉及了一种锂离子电池低温直流放电的混合加热方法、系统及设备。
背景技术
在能源安全和绿色交通的双重推动下，电动汽车近年来发展迅速。锂离子电池因其能量密度高、功率密度高、循环寿命长等优点成为电动汽车的主要动力源。但由于电池参数与使用条件的依赖关系，锂离子电池在实际应用中仍然面临一些困难和挑战。在低温环境下，锂离子可用容量大幅下降，直接影响电动汽车的续航里程。同时，电池的内阻随温度降低急剧增大，使得电池输出功率急剧下降，严重时可能造成安全事故。锂离子电池在低温环境下长期输出高功率将增大老化的风险，而限制功率输出又将影响驾驶体验。为此，对锂离子电池进行低温加热，改善使用性能、延长循环寿命十分重要。
目前对电池进行加热的方式主要分为两种：外部加热和内部加热。外部加热的方法主要通过热传导和热对流实现。以热对流实现加热的方式主要有：空气加热、液体加热、热管加热。空气加热的换热系数较低，容易造成电池组内部温度梯度大。相比于空气加热，液体加热法的换热系数高，加热过程中电池包的温均性更好。但液体加热法需要消耗更多的能量，能量利用效率偏低。热管加热法的加热速率和能量利用效率都较高，但其在极低温度下(-20℃)的加热性能还有待验证。以热传导实现加热的方式主要是通过PTC材料或加热膜贴在电池表面对电池加热，但该方式容易造成热量在电池表面积聚，加热效率偏低。同时，由于PTC材料和加热膜本身存在的热阻，不利于电池在高温下的冷却。内部加热利用电池内部电阻的焦耳效应所产生的热量加热电池，由于热量在电池内部产生，故其能量利用效率更高、温均性好、加热速度快。目前已有的内部加热方法主要有：交流加热法、直流加热法、脉冲电流加热法。其中，交流加热法能量利用效率最高，并且不消耗电池自身能量，但其需要外部提供交流电源，这在户外应用场景中较难实现。脉冲电流加热法和直流加热法都是利用电池自身放电能量加热。其中，脉冲电流加热法能量利用效率更高，但其需要复杂的外部辅助电路实现脉冲电流。直流加热法能量利用效率偏低，过大的电流会对电池寿命造成一定的影响。但其不需要外部电路，实现成本低，并且加热速率高。而直流加热的能量利用效率和电池循环寿命还有待于进一步提高和延长。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术中更具优势的内部直流加热法的能量利用效率和电池循环寿命还有待于进一步提高和延长的问题，本发明提供了一种锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，该方法包括：
步骤S10，进行设定条件下的锂离子电池不同放电电压幅值的循环加热老化测试，获得锂离子电池测试数据；
步骤S20，基于所述锂离子电池测试数据，通过数据拟合获得锂离子电池容量损失与循环次数、环境温度、锂离子电池放电电压幅值之间的锂离子电池老化模型；
步骤S30，基于t时刻环境温度、设定的循环次数和设定的锂离子电池容量损失，通过所述锂离子电池老化模型获取当前锂离子电池的最优放电电压幅值；
步骤S40，控制锂离子电池以所述最优放电电压幅值进行恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器启动；
步骤S50，判断t+1时刻锂离子电池温度是否达到预设温度，若未达到，则跳转步骤S30；否则，控制锂离子电池停止恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器停止。
在一些优选的实施例中，所述锂离子电池老化模型为：
Qloss＝β(u0,Tamb)Nα
其中，Qloss代表锂电池容量损失，β代表锂电池放电电压和环境温度相关的老化增益系数，u0代表锂离子电池放电电压幅值，Tamb代表环境温度，N代表循环次数，α代表为设定的超参数。
在一些优选的实施例中，所述锂离子电池以所述最优放电电压幅值进行恒压放电时，热量来源包括锂离子电池自产热和循环加热装置产热：
Ppack＝Pself+γPheater
其中，Ppack为总热量功率，Pself锂离子电池自产热功率，Pheater为循环加热装置产热功率，γ为高温液体工质和电池包的对流传热功率与循环加热装置的PTC加热器的加热功率比值。
在一些优选的实施例中，所述锂离子电池自产热功率Pself，其计算方法为：
Figure BDA0002979047570000031
其中，M为锂离子电池中主电池包包含的动力磷酸铁锂电池的节数，Uocv为锂离子电池开路电压，R0和Rp分别为锂离子电池的等效内阻和等效极化内阻。
在一些优选的实施例中，所述循环加热装置产热功率Pheater，其计算方法为：
Pheater＝M×u0×I
其中，M为锂离子电池中主电池包包含的动力磷酸铁锂电池的节数，I为锂离子电池中主电池包放电电流。
在一些优选的实施例中，所述设定的循环次数为2000次。
在一些优选的实施例中，所述设定的锂离子电池容量损失为5％。
本发明的另一方面，提出了一种锂离子电池低温直流放电的混合加热系统，该系统包括以下模块：
测试数据获取模块，配置为进行设定条件下的锂离子电池不同放电电压幅值的循环加热老化测试，获得锂离子电池测试数据；
模型构建模块，配置为基于所述锂离子电池测试数据，通过数据拟合获得锂离子电池容量损失与循环次数、环境温度、锂离子电池放电电压幅值之间的锂离子电池老化模型；
最优放电电压幅值获取模块，配置为基于t时刻环境温度、设定的循环次数和设定的锂离子电池容量损失，通过所述锂离子电池老化模型获取当前锂离子电池的最优放电电压幅值；
恒压放电控制模块，配置为控制锂离子电池以所述最优放电电压幅值进行恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器启动；
温度采集判断模块，配置为判断t+1时刻锂离子电池温度是否达到预设温度，若未达到，则跳转最优放电电压幅值获取模块；否则，控制锂离子电池停止恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器停止。
本发明的第三方面，提出了一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有多条程序指令，所述多条程序指令用于被电池管理装置执行以实现上述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法。
本发明的第四方面，提出了一种锂离子电池低温直流放电的混合加热设备，该设备包括：
液体循环加热装置，基于电池管理装置发送的液体循环加热装置启动或停止信息，通过循环泵驱动液体工质在管道中循环流动或停止循环流动以及控制PTC加热器启动加热或停止加热，使热量均衡分布于锂离子电池的主电池包和辅助电池包周围；
温度传感器，用于采集锂离子电池的主电池包和辅助电池包周围的环境温度，并将采集的温度值发送至电池管理装置；
锂离子电池，包括一个主电池包和一个辅助电池包，所述主电池包用于在锂离子电池恒压放电模式下进行放电为车辆提供驱动以及为所述液体循环加热装置中的PTC加热器功能，所述辅助电池包用于为所述液体循环加热装置中的循环泵提供电源；
电池管理装置，设置有锂离子电池低温直流放电的混合加热系统，所述锂离子电池低温直流放电的混合加热系统可加载并实现上述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法：在锂离子电池温度是未达到预设温度时，发送液体循环加热装置启动信息至所述液体循环加热装置；在锂离子电池温度是达到预设温度时，发送液体循环加热装置停止信息至所述液体循环加热装置。
本发明的有益效果：
(1)本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，避免了现有的外部加热方法加热效率低、温度均匀性较差的问题，利用直流加热法的优势，从内部加热锂离子电池，实现了更高的锂离子电池加热效率和更好的温度均匀性。
(2)本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，避免了现有交流加热法虽然能够实现较高的加热速率，但需要外部交流电源供电，不适用于户外应用场景的问题，仅利用电池自身能量加热电池，不需要外部辅助电源，具有更广泛的应用场景。
(3)本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，避免了现有直流加热法没有考虑放电电压幅值对电池循环寿命的影响，有损伤电池循环寿命的风险的问题，利用测试数据拟合得到锂离子电池老化模型(即锂离子电池老化半经验公式)，揭示放电电压与电池循环寿命的依赖关系，在不同环境温度下，依据锂离子电池老化模型科学选取锂离子电池放电电压，有效降低了损伤电池循环寿命的风险。
(4)本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，避免了现有直流加热法中电池放电能量没有得到利用，电池的能量利用效率低的问题，本发明将直流加热与液体循环加热相结合，利用电池放电能量加热循环工质，进而实现从电池的内部、外部同时加热电池，本发明的直流混合加热方法充分利用了电池放电能量，大幅提高了电池能量利用效率。
(5)本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，避免了现有直流加热法中电池包与外部低温环境发生自然对流换热，损失了一部分热能，且容易造成电池包内部温度的不均匀分布的问题，通过外部液体循环加热的方式大幅增加了电池包与环境之间的漏热热阻，降低了热能的损失，提高了电池包内部的温度均匀性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法的流程示意图；
图2是本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法一种实施例的电池恒压放电模式示意图；
图3是本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法一种实施例的放电电压1.6V工况下，电池容量损失与循环次数、环境温度的关系曲线示意图；
图4是本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法一种实施例的-30℃环境下电池容量损失与循环次数、放电电压的关系曲线示意图；
图5是本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法一种实施例的-30℃环境下电池加热至4℃所需加热时间与放电电压的关系曲线示意图；
图6是本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热设备的结构示意图；
图7是本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热设备的工作原理图；
图8是本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热设备一种实施例的电池包液体循环系统结构示意图；
图9是本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热设备一种实施例的新型电池包结构示意图；
附图中各部件的序号和名称：1、循环泵；2、三通阀；3、PTC加热器；4、散热器；5、温度传感器；6、新型电池包；7、主电池包；8、辅助电池包；9、热电偶；10、冷板；11、管道；12、电池管理装置(BMS)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明通过对各种加热方式比较发现：内部加热法相比于外部加热更有优势。直流加热法和脉冲电流加热法相比于交流加热法的应用场景更广泛。而从实现成本和系统复杂性的角度考虑，若能提高直流加热法的能量利用效率、延长电池循环寿命，直流加热法将更具应用价值。即使在低温环境下，得益于直流加热过程中电池正极较高的电位，短时间内电池也不易发生锂沉积，从而减少了对电池循环寿命的影响。同时，受电极固相扩散系数的限制，直流恒压放电加热相比于直流恒流放电加热对电池寿命的影响更小。已有研究表明，以直流恒压放电重复加热锂电池2000次后，容量损失约为4.95％。
本发明的一种锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，该方法包括：
步骤S10，进行设定条件下的锂离子电池不同放电电压幅值的循环加热老化测试，获得锂离子电池测试数据；
步骤S20，基于所述锂离子电池测试数据，通过数据拟合获得锂离子电池容量损失与循环次数、环境温度、锂离子电池放电电压幅值之间的锂离子电池老化模型；
步骤S30，基于t时刻环境温度、设定的循环次数和设定的锂离子电池容量损失，通过所述锂离子电池老化模型获取当前锂离子电池的最优放电电压幅值；
步骤S40，控制锂离子电池以所述最优放电电压幅值进行恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器启动；
步骤S50，判断t+1时刻锂离子电池温度是否达到预设温度，若未达到，则跳转步骤S30；否则，控制锂离子电池停止恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器停止。
为了更清晰地对本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法进行说明，下面结合附图对本发明实施例中各步骤展开详述。
本发明第一实施例的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，包括步骤S10-步骤S50，各步骤详细描述如下：
如图1所示，为本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法的流程示意图，直流放电混合加热系统启动自检，确认无故障。当电池管理装置12检测到主电池包7有加热需求时，电池管理装置12通过热电偶9采集主电池包7初始温度(当前环境温度Tamb)。以当前环境温度Tamb、循环次数2000次、电池容量损失5％为变量值，代入老化实验数据拟合得到的电池老化半经验公式Qloss＝β(u0,Tamb)Nα计算得到电池最优放电电压幅值u0,opt。电池管理装置12控制电池执行电压幅值为u0,opt的恒压放电模式并控制PTC加热器9启动运行。同时，电池管理装置12输出PWM信号给调压电路，控制循环泵1启动运行。直流放电混合加热系统工作时，PTC加热器9以主电池包7恒压放电能量加热工质，循环泵1由辅助电池包8供能使液体工质循环流动，从而实现液体工质循环加热。当主电池包7的温度达到预设温度时，电池管理装置12控制电池退出恒压放电模式，PTC加热器9和循环泵1停止运行。
步骤S10，进行设定条件下的锂离子电池不同放电电压幅值的循环加热老化测试，获得锂离子电池测试数据。
在不同的环境温度下，对应用混合加热方法、具有相同荷电状态(SOC)的锂离子电池施加不同幅值的放电电压进行循环加热老化测试，获得测试数据。
步骤S20，基于所述锂离子电池测试数据，通过数据拟合获得锂离子电池容量损失与循环次数、环境温度、锂离子电池放电电压幅值之间的锂离子电池老化模型。
依据测试数据拟合得到描述电池容量损失与循环次数、放电电压、环境温度之间依赖关系的锂离子电池老化模型，即锂离子电池老化半经验公式，如式(1)所示：
Qloss＝β(u0,Tamb)Nα (1)
其中，Qloss代表锂电池容量损失，β代表锂电池放电电压和环境温度相关的老化增益系数，u0代表锂离子电池放电电压幅值，Tamb代表环境温度，N代表循环次数，α代表为设定的超参数。
步骤S30，基于t时刻环境温度、设定的循环次数和设定的锂离子电池容量损失，通过所述锂离子电池老化模型获取当前锂离子电池的最优放电电压幅值。
以当前(即t时刻)环境温度值Tamb、设定的循环次数2000次和设定的电池容量损失5％为变量值，依据拟合得到的电池老化半经验公式Qloss＝β(u0,Tamb)Nα，计算得到电池的最优放电电压幅值u0,opt。
步骤S40，控制锂离子电池以所述最优放电电压幅值进行恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器启动。
电池管理装置(BMS)控制电池执行电压幅值为u0,opt的恒压放电模式。与此同时，电池管理装置(BMS)控制液体循环加热装置中的循环泵和PTC加热器启动。
步骤S50，判断t+1时刻锂离子电池温度是否达到预设温度，若未达到，则跳转步骤S30；否则，控制锂离子电池停止恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器停止。
检测电池包是否达到预设温度，若没有达到预设温度，则返回步骤S30；若达到预设温度，则电池管理装置(BMS)控制电池退出恒压放电模式，同时控制液体循环加热装置中的泵和加热器停止运行。
如图2所示，为本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法一种实施例的电池恒压放电模式示意图，以锂离子电池的一阶戴维南等效电路进一步阐述电池恒压放电模式和直流放电混合加热方法，图中Uocv为锂离子电池开路电压，R0和Rp分别为锂离子电池的等效内阻和等效极化内阻，Cp为锂离子电池的等效极化电容。当电池处于恒压放电模式时，其路端电压幅值恒为u0。
锂离子电池以所述最优放电电压幅值进行恒压放电时，热量来源包括锂离子电池自产热和循环加热装置产热，如式(2)所示：
Ppack＝Pself+γPheater (2)
其中，Ppack为总热量功率，Pself锂离子电池自产热功率，Pheater为循环加热装置产热功率，γ为高温液体工质和电池包的对流传热功率与循环加热装置的PTC加热器的加热功率比值。
锂离子电池自产热功率Pself，其计算方法如式(3)所示：
Figure BDA0002979047570000111
其中，M为锂离子电池中主电池包包含的动力磷酸铁锂电池的节数。
循环加热装置产热功率Pheater，其计算方法如式(4)所示：
Pheater＝M×u0×I (4)
其中，I为锂离子电池中主电池包放电电流。
为进一步明确直流放电混合加热方法对电池循环寿命的影响，在不同环境温度及放电电压工况下对电池进行循环加热老化实验。为降低实验复杂度，以单节动力磷酸铁锂电池及液体循环系统组成的混合加热系统为实验对象进行循环加热老化实验。如图3所示，为本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法一种实施例的放电电压1.6V工况下，电池容量损失与循环次数、环境温度的关系曲线示意图，可以看出，电池容量损失与循环加热次数成正相关关系，与环境温度成负相关关系。
如图4所示，为本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法一种实施例的-30℃环境下电池容量损失与循环次数、放电电压的关系曲线示意图，可以看出，电池容量损失与循环加热次数成正相关关系，与电池放电电压成负相关关系。依据电池老化广义Dakin公式，结合电池循环加热老化实验数据，拟合得到描述动力磷酸铁锂电池容量损失Qloss与放电电压u0、环境温度Tamb、循环次数N之间依赖关系的半经验公式Qloss＝β(u0,Tamb)Nα(式中α一般取定值)。
如图5所示，为本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热方法一种实施例的-30℃环境下电池加热至4℃所需加热时间与放电电压的关系曲线示意图，可以看出，加热时间t与电池放电电压u0成正相关关系。
对比图4和图5可知，加热时间t与电池容量损失Qloss不能同时达到最优。因此，为减小直流放电混合加热方法对电池容量造成的不可逆损失并缩短加热时间，本发明以循环加热次数2000次、电池容量损失5％为阈值结合环境温度值计算得到电池最优放电电压u0,opt。
上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。
本发明第二实施例的锂离子电池低温直流放电的混合加热系统，该系统包括以下模块：
测试数据获取模块，配置为进行设定条件下的锂离子电池不同放电电压幅值的循环加热老化测试，获得锂离子电池测试数据；
模型构建模块，配置为基于所述锂离子电池测试数据，通过数据拟合获得锂离子电池容量损失与循环次数、环境温度、锂离子电池放电电压幅值之间的锂离子电池老化模型；
最优放电电压幅值获取模块，配置为基于t时刻环境温度、设定的循环次数和设定的锂离子电池容量损失，通过所述锂离子电池老化模型获取当前锂离子电池的最优放电电压幅值；
恒压放电控制模块，配置为控制锂离子电池以所述最优放电电压幅值进行恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器启动；
温度采集判断模块，配置为判断t+1时刻锂离子电池温度是否达到预设温度，若未达到，则跳转最优放电电压幅值获取模块；否则，控制锂离子电池停止恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器停止。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，上述实施例提供的锂离子电池低温直流放电的混合加热系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
本发明第三实施例的一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有多条程序指令，所述多条程序指令用于被电池管理装置执行以实现上述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法。
本发明第四实施例的一种锂离子电池低温直流放电的混合加热设备，该设备包括：
如图6所示，为本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热设备的结构示意图，包括新型电池包6、循环泵1、PTC加热器3、温度传感器5、管道11、电池管理装置12，PTC加热器3由新型电池包6中的主电池包7提供电能，循环泵1由新型电池包6中的辅助电池包8提供电能。工质由循环泵1驱动在管道11中循环流动，经PTC加热器3加热后流入新型电池包6中的主电池包7。电池管理装置12采集电池包温度、工质温度及电池状态，并根据指令控制电池放电模式及PTC加热器3和循环泵1的运行。
如图7所示，为本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热设备的工作原理图，热电偶9采集的电池包温度数据、温度传感器5采集的工质温度数据、电池状态数据经A/D转换为数字信号后传入电池管理装置12。电池管理装置12依据热电偶9所采集的主电池包7初始温度(当前环境温度Tamb)及提前设定的容量损失阈值条件计算得到电池最优放电电压u0,opt，控制电池执行恒压放电模式并控制PTC加热器9启动加热工质。同时，电池管理装置12输出PWM信号给调压电路，控制循环泵1的运行状态。
液体循环加热装置，基于电池管理装置发送的液体循环加热装置启动或停止信息，通过循环泵驱动液体工质在管道中循环流动或停止循环流动以及控制PTC加热器启动加热或停止加热，使热量均衡分布于锂离子电池的主电池包和辅助电池包周围；
如图8所示，为本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热设备一种实施例的电池包液体循环系统结构示意图，本发明在电池包现有的液体冷却循环结构基础上增添了加热回路。加热回路由新型电池包6、循环泵1、三通阀2、PTC加热器3及温度传感器5组成。当电池包有冷却需求时，所述三通阀2的左接口不导通，下接口导通。由此，吸收了电池包热量的工质流经散热器4冷却，从而实现液体工质循环冷却。当电池有加热需求时，所述三通阀2的左接口导通，下接口不导通。由此，工质经PTC加热器3加热后直接流入电池包而不经过散热器4，从而实现液体工质循环加热。
温度传感器，用于采集锂离子电池的主电池包和辅助电池包周围的环境温度，并将采集的温度值发送至电池管理装置；
锂离子电池，包括一个主电池包和一个辅助电池包，所述主电池包用于在锂离子电池恒压放电模式下进行放电为车辆提供驱动以及为所述液体循环加热装置中的PTC加热器功能，所述辅助电池包用于为所述液体循环加热装置中的循环泵提供电源；
如图9所示，为本发明锂离子电池低温直流放电的混合加热设备一种实施例的新型电池包结构示意图，图8所述新型电池包6由主电池包7和辅助电池包8组成，其中主电池包7由M节动力磷酸铁锂电池组成，主要负责为车辆驱动及其他辅助设备提供动力来源。辅助电池包8采用低温性能较好的三元材料电池，主要负责低温加热工况下为循环泵1提供电力。主电池包7中电池表面中心处贴有热电偶9监测温度。主电池包7中每相邻两块电池之间放置一冷板10，冷板10与电池之间涂有硅脂以减小接触热阻。工质流经主电池包7中的冷板10，通过对流换热方式加热或冷却电池。电池箱采用铝合金材质制成，箱体表面喷涂热保温材料以减少电池箱与外界换热造成的热量损失。
电池管理装置，设置有锂离子电池低温直流放电的混合加热系统，所述锂离子电池低温直流放电的混合加热系统可加载并实现上述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法：在锂离子电池温度是未达到预设温度时，发送液体循环加热装置启动信息至所述液体循环加热装置；在锂离子电池温度是达到预设温度时，发送液体循环加热装置停止信息至所述液体循环加热装置。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，其特征在于，该方法包括：
步骤S10，进行设定条件下的锂离子电池不同放电电压幅值的循环加热老化测试，获得锂离子电池测试数据；
步骤S20，基于所述锂离子电池测试数据，通过数据拟合获得锂离子电池容量损失与循环次数、环境温度、锂离子电池放电电压幅值之间的锂离子电池老化模型；
步骤S30，基于t时刻环境温度、设定的循环次数和设定的锂离子电池容量损失，通过所述锂离子电池老化模型获取当前锂离子电池的最优放电电压幅值；
步骤S40，控制锂离子电池以所述最优放电电压幅值进行恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器启动；
步骤S50，判断t+1时刻锂离子电池温度是否达到预设温度，若未达到，则跳转步骤S30；否则，控制锂离子电池停止恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器停止。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，其特征在于，所述锂离子电池老化模型为：
Qloss＝β(u0，Tamb)Nα
其中，Qloss代表锂电池容量损失，β代表锂电池放电电压和环境温度相关的老化增益系数，u0代表锂离子电池放电电压幅值，Tamb代表环境温度，N代表循环次数，α代表为设定的超参数。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，其特征在于，所述锂离子电池以所述最优放电电压幅值进行恒压放电时，热量来源包括锂离子电池自产热和循环加热装置产热：
Ppack＝Pself+γPheater
其中，Ppack为总热量功率，Pself锂离子电池自产热功率，Pheater为循环加热装置产热功率，γ为高温液体工质和电池包的对流传热功率与循环加热装置的PTC加热器的加热功率比值。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，其特征在于，所述锂离子电池自产热功率Pself，其计算方法为：
Figure FDA0002979047560000021
其中，M为锂离子电池中主电池包包含的动力磷酸铁锂电池的节数，Uocv为锂离子电池开路电压，R0和Rp分别为锂离子电池的等效内阻和等效极化内阻。
5.根据权利要求3所述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，其特征在于，所述循环加热装置产热功率Pheater，其计算方法为：
Pheater＝M×u0×I
其中，M为锂离子电池中主电池包包含的动力磷酸铁锂电池的节数，I为锂离子电池中主电池包放电电流。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，其特征在于，所述设定的循环次数为2000次。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法，其特征在于，所述设定的锂离子电池容量损失为5％。
8.一种锂离子电池低温直流放电的混合加热系统，其特征在于，该系统包括以下模块：
测试数据获取模块，配置为进行设定条件下的锂离子电池不同放电电压幅值的循环加热老化测试，获得锂离子电池测试数据；
模型构建模块，配置为基于所述锂离子电池测试数据，通过数据拟合获得锂离子电池容量损失与循环次数、环境温度、锂离子电池放电电压幅值之间的锂离子电池老化模型；
最优放电电压幅值获取模块，配置为基于t时刻环境温度、设定的循环次数和设定的锂离子电池容量损失，通过所述锂离子电池老化模型获取当前锂离子电池的最优放电电压幅值；
恒压放电控制模块，配置为控制锂离子电池以所述最优放电电压幅值进行恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器启动；
温度采集判断模块，配置为判断t+1时刻锂离子电池温度是否达到预设温度，若未达到，则跳转最优放电电压幅值获取模块；否则，控制锂离子电池停止恒压放电，并控制液体循环加热装置中的泵和加热器停止。
9.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质存储有多条程序指令，所述多条程序指令用于被电池管理装置执行以实现权利要求1-7任一项所述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法。
10.一种锂离子电池低温直流放电的混合加热设备，其特征在于，该设备包括：
液体循环加热装置，基于电池管理装置发送的液体循环加热装置启动或停止信息，通过循环泵驱动液体工质在管道中循环流动或停止循环流动以及控制PTC加热器启动加热或停止加热，使热量均衡分布于锂离子电池的主电池包和辅助电池包周围；
温度传感器，用于采集锂离子电池的主电池包和辅助电池包周围的环境温度，并将采集的温度值发送至电池管理装置；
锂离子电池，包括一个主电池包和一个辅助电池包，所述主电池包用于在锂离子电池恒压放电模式下进行放电为车辆提供驱动以及为所述液体循环加热装置中的PTC加热器功能，所述辅助电池包用于为所述液体循环加热装置中的循环泵提供电源；
电池管理装置，设置有锂离子电池低温直流放电的混合加热系统，所述锂离子电池低温直流放电的混合加热系统可加载并实现权利要求1-7任一项所述的锂离子电池低温直流放电的混合加热方法：在锂离子电池温度是未达到预设温度时，发送液体循环加热装置启动信息至所述液体循环加热装置；在锂离子电池温度是达到预设温度时，发送液体循环加热装置停止信息至所述液体循环加热装置。
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