CN113410537A - 一种动力电池充电热管理控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池充电热管理控制方法，包括：S1.实时监测电池在充电时电池温升相对应的发热量；S2.判断监测到的电池温升相对应的发热量是否小于总发热量，若是，则继续充电，并执行步骤S1；若否，则执行步骤S3；S3.判断监测到的电池温升的当前温度是否大于第一预设温度阈值，若是，则开启液冷系统，并执行步骤S4；S4.继续实时监控电池温升，并根据电池的充电电流与充电时间判断监测到的温升是否会超过第二预设温度阈值，若是，则执行步骤S5；S5.监测液冷系统入口的温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第三预设温度阈值，若是，则降低液冷系统入口的温度；若否，则增值制冷功率。

Description

一种动力电池充电热管理控制方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车电池管理技术领域，尤其涉及一种动力电池充电热管理控制方法及系统。

背景技术

近年来，电动车辆发展迅猛，动力电池作为电动车辆的关键部件，技术上也得到了快速发展。锂离子动力电池以其能量密度高、比功率高、寿命长、自放电率低以及存储时间长等优点，成为电动车辆首选动力来源。锂离子电池作为电动车辆动力输出的主要能量来源，其充电性能与电池的温度有很大关系。动力电池在大倍率快速充电过程中，会产生大量的热量，温度过高会造成充电倍率的降低，延长充电时间，同时，动力电池的循环寿命也会很大的影响，另外，热管理过程会造成一定的能量消耗，采用合理的动力电池热管理控制方法，对提高充电效率，降低热管理能耗至关重要。

如公开号为CN107863576A的专利公开了一种锂离子电池热管理控制方法，包括以下步骤：1)锂电池充电，检测电池温度是否达到故障值；2)若所述检测温度达到上述故障值，则通知立即停止电池的使用；3)若所述检测温度未达到故障值，则比较检测温度与开启风机温度阈值；a)若所述检测温度达到开启风机温度阀门值时，则风机开启，对电池进行降温；b)若所述检测温度未达到开启风机温度阀门值时，则再次比较检测温度与小电流充电阈值-10℃；b1)若所述检测温度低于充电阈值-10℃时，则通知充电机小电流充电；b2)若所述检测温度高于充电阈值-10℃时，则关闭风机。上述专利虽然可以对电池的工作温度进行管理，使得电池工作在最佳温度范围内，但是其采用的控制方法比较简单，当电池温度大于某温度值时开启风机，当电池温度小于某温度值时，关闭风机，且现有技术中关于液冷系统的入口温度和制冷功率一般都是固定值，没有对电池的温度变化趋势进行评估，导致能量的浪费。

针对以上技术问题，故需对其进行改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种动力电池充电热管理控制方法及系统，用以解决动力电池在大倍率快充过程温度过高及热管理能耗过高的问题。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种动力电池充电热管理控制方法，包括步骤：

S1.实时监测电池在充电时电池温升相对应的发热量；

S2.判断监测到的电池温升相对应的发热量是否小于总发热量，若是，则继续充电，并执行步骤S1；若否，则执行步骤S3；

S3.判断监测到的电池温升的当前温度是否大于第一预设温度阈值，若是，则开启液冷系统，并执行步骤S4；

S4.继续实时监控电池温升，并根据电池的充电电流与充电时间判断监测到的温升是否会超过第二预设温度阈值，若是，则执行步骤S5；

S5.监测液冷系统入口的温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第三预设温度阈值，若是，则降低液冷系统入口的温度；若否，则增值制冷功率。

进一步的，所述步骤S3中还包括：

若监测到的电池温升的当前温度小于等于第一预设温度阈值，则判断监测到的电池温升的当前温度是否大于第四预设温度阈值，若是，则开启自循环，通过电动车前部风冷散热器对循环进行降温；若否，则不开启自循环。

进一步的，所述步骤S4中还包括：

若不会超过第二预设温度阈值，则根据当前充电电流与充电时间判断在液冷系统关闭条件下是否会超过第五预设温度阈值，若否，则关闭液冷系统；若是，则降低制冷功率。

进一步的，所述降低制冷功率具体为：

监测液冷系统入口的温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第六预设温度阈值，若是，则降低液冷系统中的制冷功率；若否，则继续充电。

进一步的，所述步骤S1之前还包括：

测量电池在不同温度、不同倍率充电时，不同电池荷电状态SOC阶段对应的平均发热功率。

进一步的，所述步骤S1中实时监测电池在充电时电池温升相对应的发热量，表示为：

Q1=Cm∆t*(1.2~1.3)

其中，Q1表示电池温升相对应的发热量；C表示电池比热容；m表示电池包内所有电池的质量；∆t表示电池初始温度与限功率温度的差值；1.2~1.3表示电池温度与环境温度的比例系数。

进一步的，所述步骤S2中的总发热量的计算方式具体为：

获取电池的电压信息和温度信息，并将获取到的电压信息和温度信息与预设充电矩阵表进行匹配，得到在当前电压信息和温度信息下对应的电池的充电电流及持续时间，并计算在当前持续时间内的电池包的总发热量。

进一步的，所述步骤S2中若监测到的电池温升相对应的发热量小于总发热量，则继续充电后还包括：

继续监测电池在充电时电池温升相对应的发热量，并评估电池的温度变化趋势。

相应的，还提供一种动力电池充电热管理控制系统，包括：

检测模块，用于实时监测电池在充电时电池温升相对应的发热量；

第一判断模块，用于判断监测到的电池温升相对应的发热量是否小于总发热量；

第二判断模块，用于判断监测到的电池温升的当前温度是否大于第一预设温度阈值；

第三判断模块，用于继续实时监控电池温升，并根据电池的充电电流与充电时间判断监测到的温升是否会超过第二预设温度阈值；

第四判断模块，用于监测液冷系统入口的温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第三预设温度阈值。

进一步的，所述第一判断模块中的总发热量的计算方式具体为：

获取电池的电压信息和温度信息，并将获取到的电压信息和温度信息与预设充电矩阵表进行匹配，得到在当前电压信息和温度信息下对应的电池的充电电流及持续时间，并计算在当前持续时间内的电池包的总发热量。

与现有技术相比，本发明可以实现电池温度趋势的判断，从而提前作用，提高热管理的有效性，另外，通过预测电池温度变化，液冷系统的关闭阀值动态响应，不会因关闭温度过低，或开启次数过多，造成热管理能耗的增加。

附图说明

图1是实施例一提供的一种动力电池充电热管理控制方法流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种动力电池充电热管理控制方法及系统。

实施例一

本实施例提供一种动力电池充电热管理控制方法，如图1所示，包括步骤：

S1.实时监测电池在充电时电池温升相对应的发热量；

S2.判断监测到的电池温升相对应的发热量是否小于总发热量，若是，则继续充电，并执行步骤S1；若否，则执行步骤S3；

S3.判断监测到的电池温升的当前温度是否大于第一预设温度阈值，若是，则开启液冷系统，并执行步骤S4；

S4.继续实时监控电池温升，并根据电池的充电电流与充电时间判断监测到的温升是否会超过第二预设温度阈值，若是，则执行步骤S5；

S5.监测液冷系统入口的温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第三预设温度阈值，若是，则降低液冷系统入口的温度；若否，则增值制冷功率。

在本实施例中，步骤S1之前还包括：

S0.预先测量单体电池在不同温度、不同倍率充电时，不同电池荷电状态（SOC）阶段对应的平均发热功率，比如可以将SOC按5%间隔分开，例如0~5%为一个SOC阶段。将该预先测量得到的值作为充电初始阶段判断电池温升的依据。

在步骤S1中，实时监测电池在充电时电池温升相对应的发热量。

当充电开始时，根据电池管理系统监控反馈的电池电压和温度信息，将监控到的电压、温度与预设的充电矩阵表进行匹配，得到在当前电压、温度条件下对应的电池充电电流及持续时间，并计算该时间段内的电池包的总发热量Q。其中计算得到的该时间段内的电池包的总发热量Q中的一部分造成电池温升，另一部分会通过自然冷却散失。

造成热量散失的原因是由于环境温度比电池温度低，则此时散热量就会增加，散热量是有可能大于发热量的；因此，根据下述公式可以得到电池温升的发热量Q1，表示为：

Q1=Cm∆t*(1.2~1.3)

其中，Q1表示电池温升相对应的发热量；C表示电池比热容；m表示电池包内所有单体电池的质量；∆t表示电池初始温度与限功率温度的差值；1.2~1.3表示电池温度与环境温度的比例系数，具体为：自然冷却散失的部分可以按照1.2~1.3的比例系数，比例系数是电池温度与环境温度差值取得，差值越大，系数越大。

当自然冷却散失的热量越多，则系数越大，则表示电池温升相对应的发热量越多。

在步骤S2中，判断监测到的电池温升相对应的发热量是否小于总发热量，若是，则继续充电，并执行步骤S1；若否，则执行步骤S3。

判断Q1是否小于Q，若Q1＜Q，则继续充电，并继续进行实时监且应用上述判断方法继续判断，进而评估电池的温度变化趋势；若Q1≥Q，则继续执行步骤S3。

在步骤S3中，判断监测到的电池温升的当前温度是否大于第一预设温度阈值，若是，则开启液冷系统，并执行步骤S4。

当Q1≥Q时，进一步的判断监测到的电池温升的当前温度T是否大于第一预设温度阈值T1（例如35℃）。

若T≤T1，则进一步判断T是否大于第四预设温度阈值T4（如30℃），若T＞T4，则开启自循环，具体为通过电动车前部风冷散热器对循环进行降温，抑制电池温升；若T＜T4时，则不开启自循环，并继续执行步骤S3。

若T＞T1，则开启液冷系统，并执行步骤S4。

在步骤S4中，继续实时监控电池温升，并根据电池的充电电流与充电时间判断监测到的温升是否会超过第二预设温度阈值，若是，则执行步骤S5。

当液冷系统开启以后，继续实时监控电池温升，并根据充电电流与充电时间判断该温升是否会超过第二预设温度阈值T2（即是否会对后续充电过程造成温度过高限功率现象。

若不会超温，则进一步判断此时的充电电流及充电时间在液冷关闭条件下是否会超过第五预设温度阈值T5（即是否会对后续充电过程造成发生温度过高限功率现象）；若不会，则关闭液冷系统；如会发生温度过高限功率现象，则考虑降低制冷功率，以降低热管理能耗。

其中降低制冷功率可采用如下方案：

通过电池管理系统采集反馈液冷系统入口温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第六预设温度阈值T6，如差值＜T6（例如5℃），则降低制冷功率（如每次降低20%）；如差值≥T6，则继续充电。

其中请求阈值可以为预设温度。

若会超温，则执行步骤S5。

在步骤S5中，监测液冷系统入口的温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第三预设温度阈值，若是，则降低液冷系统入口的温度；若否，则增值制冷功率。

通过电池管理系统反馈的液冷系统入口温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第三预设温度阈值T3，若差值＜T3（例如2℃），表示此时制冷功率不是影响温升的主要因素，则降低液冷系统入口温度；若差值≥T3，表示制冷功率不足，则增值制冷功率（如每次增加20%）。

需要说明的是，通过不同工况发热功率测试，预测充电开始时电池温度变化趋势，在充电过程中，通过电池温升及充电时间，判断充电后期电池温度变化，通过调整入口流量，制冷功率等方式控制电池温升的防范，都处于本发明的保护范围内。

与现有技术相比，本实施例可以实现电池温度趋势的判断，从而提前作用，提高热管理的有效性，另外，通过预测电池温度变化，液冷系统的关闭阀值动态响应，不会因关闭温度过低，或开启次数过多，造成热管理能耗的增加。

实施例二

本实施例提供一种动力电池充电热管理控制系统，包括：

检测模块，用于实时监测电池在充电时电池温升相对应的发热量；

第一判断模块，用于判断监测到的电池温升相对应的发热量是否小于总发热量；

第二判断模块，用于判断监测到的电池温升的当前温度是否大于第一预设温度阈值；

第三判断模块，用于继续实时监控电池温升，并根据电池的充电电流与充电时间判断监测到的温升是否会超过第二预设温度阈值；

第四判断模块，用于监测液冷系统入口的温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第三预设温度阈值。

进一步的，所述第一判断模块中的总发热量的计算方式具体为：

获取电池的电压信息和温度信息，并将获取到的电压信息和温度信息与预设充电矩阵表进行匹配，得到在当前电压信息和温度信息下对应的电池的充电电流及持续时间，并计算在当前持续时间内的电池包的总发热量。

需要说明的是，本实施例提供的一种动力电池充电热管理控制系统与实施例一类似，在此不多做赘述。

与现有技术相比，本实施例可以实现电池温度趋势的判断，从而提前作用，提高热管理的有效性，另外，通过预测电池温度变化，液冷系统的关闭阀值动态响应，不会因关闭温度过低，或开启次数过多，造成热管理能耗的增加。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例， 而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种动力电池充电热管理控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1.实时监测电池在充电时电池温升相对应的发热量；

S2.判断监测到的电池温升相对应的发热量是否小于总发热量，若是，则继续充电，并执行步骤S1；若否，则执行步骤S3；

S3.判断监测到的电池温升的当前温度是否大于第一预设温度阈值，若是，则开启液冷系统，并执行步骤S4；

S4.继续实时监控电池温升，并根据电池的充电电流与充电时间判断监测到的温升是否会超过第二预设温度阈值，若是，则执行步骤S5；

S5.监测液冷系统入口的温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第三预设温度阈值，若是，则降低液冷系统入口的温度；若否，则增值制冷功率。

2.根据权利要求1所述的一种动力电池充电热管理控制方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括：

若监测到的电池温升的当前温度小于等于第一预设温度阈值，则判断监测到的电池温升的当前温度是否大于第四预设温度阈值，若是，则开启自循环，通过电动车前部风冷散热器对循环进行降温；若否，则不开启自循环。

3.根据权利要求1所述的一种动力电池充电热管理控制方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括：

若不会超过第二预设温度阈值，则根据当前充电电流与充电时间判断在液冷系统关闭条件下是否会对超过第五预设温度阈值，若否，则关闭液冷系统；若是，则降低制冷功率。

4.根据权利要求3所述的一种动力电池充电热管理控制方法，其特征在于，所述降低制冷功率具体为：

监测液冷系统入口的温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第六预设温度阈值，若是，则降低液冷系统中的制冷功率；若否，则继续充电。

5.根据权利要求1所述的一种动力电池充电热管理控制方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：

测量电池在不同温度、不同倍率充电时，不同电池荷电状态SOC阶段对应的平均发热功率。

6.根据权利要求1所述的一种动力电池充电热管理控制方法，其特征在于，所述步骤S1中实时监测电池在充电时电池温升相对应的发热量，表示为：

Q1=Cm∆t*(1.2~1.3)

其中，Q1表示电池温升相对应的发热量；C表示电池比热容；m表示电池包内所有电池的质量；∆t表示电池初始温度与限功率温度的差值；1.2~1.3表示电池温度与环境温度的比例系数。

7.根据权利要求1所述的一种动力电池充电热管理控制方法，其特征在于，所述步骤S2中的总发热量的计算方式具体为：

获取电池的电压信息和温度信息，并将获取到的电压信息和温度信息与预设充电矩阵表进行匹配，得到在当前电压信息和温度信息下对应的电池的充电电流及持续时间，并计算在当前持续时间内的电池包的总发热量。

8.根据权利要求1所述的一种动力电池充电热管理控制方法，其特征在于，所述步骤S2中若监测到的电池温升相对应的发热量小于总发热量，则继续充电后还包括：

继续监测电池在充电时电池温升相对应的发热量，并评估电池的温度变化趋势。

9.一种动力电池充电热管理控制系统，其特征在于，包括：

检测模块，用于实时监测电池在充电时电池温升相对应的发热量；

第一判断模块，用于判断监测到的电池温升相对应的发热量是否小于总发热量；

第二判断模块，用于判断监测到的电池温升的当前温度是否大于第一预设温度阈值；

第三判断模块，用于继续实时监控电池温升，并根据电池的充电电流与充电时间判断监测到的温升是否会超过第二预设温度阈值；

第四判断模块，用于监测液冷系统入口的温度信息，计算监测到的温度信息与请求阈值的差值，并判断计算得到的差值是否小于第三预设温度阈值。

10.根据权利要求9所述的一种动力电池充电热管理控制系统，其特征在于，所述第一判断模块中的总发热量的计算方式具体为：

获取电池的电压信息和温度信息，并将获取到的电压信息和温度信息与预设充电矩阵表进行匹配，得到在当前电压信息和温度信息下对应的电池的充电电流及持续时间，并计算在当前持续时间内的电池包的总发热量。

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