CN113206325B - 一种动力电池内外部联合加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池内外部联合加热方法，其将脉冲加热与加热膜加热相结合，在动力电池温度很低时分档位进行脉冲加热和加热膜加热，在动力电池温度较低时只进行加热膜加热，使动力电池加热与车辆正常使用达到平衡，在提升动力电池加热升温速率的同时，能避免因脉冲加热时间过长对电机占用过多，而导致车辆不能行驶的情况出现，从而达成动力电池低温放电功率需求，提升动力电池续航里程，增强用户体验感。

Description

一种动力电池内外部联合加热方法
技术领域
本发明属于新能源汽车的动力电池热管理技术领域，具体涉及一种动力电池内外部联合加热方法。
背景技术
社会可持续发展号召及国家政策大力支持下，新能源汽车顺势而生，成为各大主机厂及新兴造车势力的重点研究对象。磷酸铁锂（LFP）电池常/高温优异的电化学性能，不仅可提高车辆安全性，还可免除里程、寿命、充放电、成本等多项问题，在新能源汽车动力传输上占据不可替代的位置，然而低温下，磷酸铁锂电池电化学性能急剧下降，电池温升速率缓慢，充放电功率需求无法得到满足，导致其在应用和推广上受到极大限制。
目前，用于新能源汽车动力电池低温加热方案主要有：PTC加热、加热膜加热、电阻丝加热、液热和脉冲加热等。因受功率密度、加热功率、风险温度、流量分配等因素影响，导致加热效率较低，温升速率缓慢，约0.5℃/min，动力电池充放电能力受到极大限制，进而直接影响顾客使用直观感受。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池内外部联合加热方法，以提升动力电池加热升温速率。
本发明所述的动力电池内外部联合加热方法，包括：
电池管理系统实时监测动力电池的温度T和SOC；在需要进行脉冲加热时，电池管理系统根据动力电池的温度T确定脉冲加热档位请求，并向整车控制器发送脉冲加热档位请求；在需要停止脉冲加热时，电池管理系统向整车控制器发送脉冲加热关闭请求；在需要进行加热膜加热时，电池管理系统控制加热继电器闭合，加热膜通电工作；在需要停止加热膜加热时，电池管理系统控制加热继电器断开，加热膜断电停止工作；
整车控制器收到脉冲加热档位请求后，执行高压上电，且在判断出车辆满足脉冲加热开启条件时，根据脉冲加热档位请求确定功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq，然后向电机控制器发送允许脉冲加热命令、功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq；
电机控制器在收到允许脉冲加热命令、功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq后，根据功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq控制电机工作，对动力电池进行脉冲加热；
整车控制器收到脉冲加热关闭请求或者判断出车辆满足脉冲加热退出条件时，向电机控制器发送停止脉冲加热命令；
电机控制器收到停止脉冲加热命令后，控制电机停止工作，停止对动力电池进行脉冲加热。
优选的，当动力电池的温度T小于预设的第一加热启动温度T1，且动力电池的SOC大于预设的加热启动SOC值TBD1时，表示需要进行脉冲加热；当动力电池的温度T小于预设的第二加热启动温度T2时，表示需要进行加热膜加热；当动力电池的温度T大于或等于预设的第一加热停止温度T3，或者动力电池的SOC小于或等于预设的加热停止SOC值TBD2时，表示需要停止脉冲加热；当动力电池的温度T大于或等于预设的第二加热停止温度T4时，表示需要停止加热膜加热；其中，T1< T2< T3< T4，TBD1> TBD2。
优选的，若车辆处于静置状态，且电机未工作，且不存在脉冲加热故障，则表示车辆满足脉冲加热开启条件；若车辆行驶或者出现脉冲加热故障，则表示车辆满足脉冲加热退出条件。
优选的，所述整车控制器根据脉冲加热档位请求确定功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq的具体方式为：整车控制器根据脉冲加热档位请求查询档位-频率-电流表，得到功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq；其中，档位-频率-电流表为通过标定方式得到且已存储的脉冲加热档位请求与功率开关通断频率请求值、脉冲电流大小请求值的对应关系表。
优选的，所述电池管理系统根据动力电池的温度T确定脉冲加热档位请求的具体方式为：若动力电池的温度T大于或等于预设的第一温度阈值Tthr1，且小于预设的第一加热启动温度T1，则确定脉冲加热档位请求为一档；若动力电池的温度T大于或等于预设的第二温度阈值Tthr2，且小于预设的第一温度阈值Tthr1，则确定脉冲加热档位请求为二档；若动力电池的温度T小于预设的第二温度阈值Tthr2，则确定脉冲加热档位请求为三档；其中，所述对应关系表中：一档对应一个功率开关通断频率请求值和一个脉冲电流大小请求值，二档对应一个功率开关通断频率请求值和一个脉冲电流大小请求值，三档对应一个功率开关通断频率请求值和一个脉冲电流大小请求值。
本发明将脉冲加热（属于内部加热）与加热膜加热（属于外部加热）相结合，在动力电池温度很低时分档位进行脉冲加热和加热膜加热，在动力电池温度较低时只进行加热膜加热，使动力电池加热与车辆正常使用达到平衡，在提升了动力电池加热升温速率的同时，避免了因脉冲加热时间过长对电机占用过多，而导致车辆不能行驶的情况出现，从而达成了动力电池低温放电功率需求，提升了动力电池续航里程，增强了用户体验感。
附图说明
图1为实现本实施例中的动力电池内外部联合加热方法所涉及的部分硬件框图。
图2为本实施例中的动力电池内外部联合加热方法流程图。
具体实施方式
脉冲加热是利用低温下动力电池内阻较大特性，通过电机系统（包括电机控制器和电机）对动力电池进行高频充放电控制，产生脉冲电流，从而使动力电池内部产生焦耳热，实现动力电池自身发热快速升温，主要用于车辆低温环境下热车。
加热膜加热是电阻加热的常见方式，加热膜（比如PI膜、硅胶膜等）可布置在电池模组两侧面/上表面/底面，通过与电池模组紧密接触以实现热量传递，可用于车辆低温环境下热车、行车加热、充电加热等。
如图1所示，实现动力电池内外部联合加热方法所涉及的部分硬件包括电池管理系统1（即BMS）、整车控制器2（即VCU）、电机控制器3（即IPU）、加热继电器4和电机5，电池管理系统1、整车控制器2和电机控制器3通过CAN总线进行通信，电池管理系统1与加热继电器4连接，电池管理系统1能控制加热继电器4接通/断开加热膜加热回路，电机控制器3与电机5连接，电机控制器3控制电机5工作或停止工作。
如图2所示的动力电池内外部联合加热方法，包括：
步骤一、电池管理系统1实时监测动力电池的温度T和SOC，然后执行步骤二。
步骤二、电池管理系统1判断动力电池的温度T是否小于预设的第二加热启动温度T2，如果是，则执行步骤三，否则返回执行步骤一。
步骤三、电池管理系统1控制加热继电器4闭合，加热膜通电工作，加热膜对动力电池进行加热，然后执行步骤四。
步骤四、电池管理系统1判断是否动力电池的温度T小于预设的第一加热启动温度T1（T1< T2），且动力电池的SOC大于预设的加热启动SOC值TBD1，如果是，则执行步骤六，否则执行步骤五。
步骤五、电池管理系统1向整车控制器2发送无脉冲加热请求信息，然后执行步骤十八。
步骤六、电池管理系统1根据动力电池的温度T确定脉冲加热档位请求，并向整车控制器2发送脉冲加热档位请求，然后执行步骤七。其中，电池管理系统1根据动力电池的温度T确定脉冲加热档位请求的具体方式为：若Tthr1≤T<T1，则确定脉冲加热档位请求为一档；若Tthr2≤T< Tthr1，则确定脉冲加热档位请求为二档；若T<Tthr2，则确定脉冲加热档位请求为三档。
步骤七、整车控制器2收到脉冲加热档位请求后，执行高压上电，然后执行步骤八。
步骤八、整车控制器2判断是否车辆处于静置状态，且电机未工作，且不存在脉冲加热故障，如果是，则执行步骤九，否则执行步骤十八。
步骤九、整车控制器2根据脉冲加热档位请求查询档位-频率-电流表，得到功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq，然后执行步骤十。其中，档位-频率-电流表为通过标定方式得到且已存储的脉冲加热档位请求与功率开关通断频率请求值、脉冲电流大小请求值的对应关系表。该对应关系表中：一档对应一个功率开关通断频率请求值和一个脉冲电流大小请求值，二档对应一个功率开关通断频率请求值和一个脉冲电流大小请求值，三档对应一个功率开关通断频率请求值和一个脉冲电流大小请求值。
步骤十、整车控制器2向电机控制器3发送允许脉冲加热命令、功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq，然后执行步骤十一。
步骤十一、电机控制器3在收到允许脉冲加热命令、功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq后，根据功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq控制电机5工作，对动力电池进行脉冲加热，然后执行步骤十二。
步骤十二、整车控制器2判断是否车辆行驶或者出现脉冲加热故障，如果是,则执行步骤十三，否则执行步骤十四。
步骤十三、整车控制器2向电机控制器3发送停止脉冲加热命令，然后执行步骤十七。
步骤十四、电池管理系统1判断是否动力电池的温度T大于或等于预设的第一加热停止温度T3（T3>T2），或者动力电池的SOC小于或等于预设的加热停止SOC值TBD2（TBD2<TBD1），如果是，则执行步骤十五，否则返回执行步骤十一。
步骤十五、电池管理系统1向整车控制器2发送脉冲加热关闭请求，然后执行步骤十六。
步骤十六、整车控制器2收到脉冲加热关闭请求时，向电机控制器3发送停止脉冲加热命令，然后执行步骤十七。
步骤十七、电机控制器3收到停止脉冲加热命令后，控制电机5停止工作，停止对动力电池进行脉冲加热，然后执行步骤十八。
步骤十八、电池管理系统1判断是否动力电池的温度T大于或等于预设的第二加热停止温度T4（T4>T3），如果是，则执行步骤十九，否则继续执行步骤十八。
步骤十九、电池管理系统1控制加热继电器4断开，加热膜断电停止工作，加热膜停止对动力电池进行加热，然后结束。

Claims (5)

1.一种动力电池内外部联合加热方法，其特征在于，包括：
电池管理系统（1）实时监测动力电池的温度T和SOC；在需要进行脉冲加热时，电池管理系统（1）根据动力电池的温度T确定脉冲加热档位请求，并向整车控制器（2）发送脉冲加热档位请求；在需要停止脉冲加热时，电池管理系统（1）向整车控制器（2）发送脉冲加热关闭请求；在需要进行加热膜加热时，电池管理系统（1）控制加热继电器（4）闭合，加热膜通电工作；在需要停止加热膜加热时，电池管理系统（1）控制加热继电器（4）断开，加热膜断电停止工作；
整车控制器（2）收到脉冲加热档位请求后，执行高压上电，且在判断出车辆满足脉冲加热开启条件时，根据脉冲加热档位请求确定功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq，然后向电机控制器（3）发送允许脉冲加热命令、功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq；
电机控制器（3）在收到允许脉冲加热命令、功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq后，根据功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq控制电机（5）工作，对动力电池进行脉冲加热；
整车控制器（2）收到脉冲加热关闭请求或者判断出车辆满足脉冲加热退出条件时，向电机控制器（3）发送停止脉冲加热命令；
电机控制器（3）收到停止脉冲加热命令后，控制电机（5）停止工作，停止对动力电池进行脉冲加热。
2.根据权利要求1所述的动力电池内外部联合加热方法，其特征在于：
当动力电池的温度T小于预设的第一加热启动温度T1，且动力电池的SOC大于预设的加热启动SOC值TBD1时，表示需要进行脉冲加热；
当动力电池的温度T小于预设的第二加热启动温度T2时，表示需要进行加热膜加热；
当动力电池的温度T大于或等于预设的第一加热停止温度T3，或者动力电池的SOC小于或等于预设的加热停止SOC值TBD2时，表示需要停止脉冲加热；
当动力电池的温度T大于或等于预设的第二加热停止温度T4时，表示需要停止加热膜加热；
其中，T1< T2< T3< T4，TBD1> TBD2。
3.根据权利要求1或2所述的动力电池内外部联合加热方法，其特征在于：
若车辆处于静置状态，且电机未工作，且不存在脉冲加热故障，则表示车辆满足脉冲加热开启条件；
若车辆行驶或者出现脉冲加热故障，则表示车辆满足脉冲加热退出条件。
4.根据权利要求3所述的动力电池内外部联合加热方法，其特征在于：
所述整车控制器（2）根据脉冲加热档位请求确定功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq的具体方式为：
整车控制器（2）根据脉冲加热档位请求查询档位-频率-电流表，得到功率开关通断频率请求值f和脉冲电流大小请求值Ireq；其中，档位-频率-电流表为通过标定方式得到且已存储的脉冲加热档位请求与功率开关通断频率请求值、脉冲电流大小请求值的对应关系表。
5.根据权利要求4所述的动力电池内外部联合加热方法，其特征在于：
所述电池管理系统（1）根据动力电池的温度T确定脉冲加热档位请求的具体方式为：
若动力电池的温度T大于或等于预设的第一温度阈值Tthr1，且小于预设的第一加热启动温度T1，则确定脉冲加热档位请求为一档；
若动力电池的温度T大于或等于预设的第二温度阈值Tthr2，且小于预设的第一温度阈值Tthr1，则确定脉冲加热档位请求为二档；
若动力电池的温度T小于预设的第二温度阈值Tthr2，则确定脉冲加热档位请求为三档；
其中，所述对应关系表中：一档对应一个功率开关通断频率请求值和一个脉冲电流大小请求值，二档对应一个功率开关通断频率请求值和一个脉冲电流大小请求值，三档对应一个功率开关通断频率请求值和一个脉冲电流大小请求值。
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