CN113721153A - 一种动力电池系统加热实验方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力电池系统加热实验方法及系统，属于动力电池系统检测技术领域。其中实验方法包括：动力电池系统置于恒温箱中，通过恒温箱外部的恒流/恒压源为动力电池系统中的加热装置供电；动力电池系统中电池包的数量大于等于1；使恒温箱温度达到设定低温值；当动力电池系统的温度与恒温箱温度一致时，启动恒流/恒压源，监测动力电池系统的加热过程。本发明让恒流/恒压源替代电池包给加热装置供电，减少了通过电池包供电而需要调整供电电压的时间，可以快速、稳定的调整加热装置供电电压的大小，提高实验的效率和精准度。

Description

一种动力电池系统加热实验方法及系统

技术领域

本发明涉及一种动力电池系统加热实验方法及系统，属于动力电池系统检测技术领域。

背景技术

随着绿色能源和环保理念的逐渐升级，动力电池系统作为电动汽车提供动力来源，动力锂离子电池产品呈爆发式增长，但是动力电池的特性受环境温度的影响比较显著，尤其是在低温环境中，锂离子动力电池的能量和功率特性会出现严重衰减，影响动力电池的充放电性能。制约锂离子动力电池低温特性的关键因素是多方面的，主要包括低温下电解液离子电导率、负极颗粒表面SEI膜的低电导率、电池电化学反应速率，和负极石墨材料颗粒中的锂离子扩散系数降低等。因此，为了提高动力电池在低温时的性能，就需要对其进行加热。

目前，常用的一种对动力电池加热的方法是在动力电池表面布置的加热板、加热膜类的加热装置，加热装置通电后加热装置加热，加热装置的热量通过热传导的方式传给动力电池而使得动力电池温度上升，可以保证动力电池的充放电性能。具体的，动力电池系统是由多个电池包串并联组成，每个电池包均配置相应的加热膜，每个加热膜均设置对应的电气接口，用于与其他电池包的加热膜进行电气连接。电池包经过串并联组合，各加热膜通过电气接口进行连接，最终形成可加热的动力电池系统。

一般情况下，加热膜与动力电池系统由不同的厂家进行生产，加热膜产品在出厂时虽然经过厂内的质量检查，但是当动力电池系统的生产厂家在给电池包进行加热膜的配置前，需要对加热膜的加热性能进行实验，以确保加热膜的加热效果。然而现有的加热性能实验均是将单个加热膜与电池包配置完成后，放置在低温环境中，通过电池包对加热膜供电，使得加热膜进行短期加热，记录电池包的温度变化以实现加热膜加热效果的检测。

现有的实验方法中加热膜的供电由电池包完成，电池包在进行放电时，由于其放电功率受到温度的影响较大，导致其功率输出不稳定，使得加热膜的供电不稳定，进而影响加热膜的加热效果，最终检测结果并不准确。

发明内容

本申请的目的在于提供一种动力电池系统加热实验方法，用以解决现有实验方法检测结果不准确的问题；同时还提出一种动力电池系统加热实验系统，用以解决现有实验系统检测结果不准确的问题。

为实现上述目的，本申请提出了一种动力电池系统加热实验方法的技术方案，包括以下步骤：

1)动力电池系统置于恒温箱中，通过恒温箱外部的恒流/恒压源为动力电池系统中的加热装置供电；动力电池系统中电池包的数量大于等于1；

2)使恒温箱温度达到设定低温值；

3)当动力电池系统的温度与恒温箱温度一致时，启动恒流/恒压源，监测动力电池系统的加热过程。

本发明的动力电池系统加热实验方法的技术方案的有益效果是：本发明在进行动力电池系统加热实验时采用单独的恒流/恒压源对动力电池系统中的加热装置进行供电，以提高动力电池系统的温度，本发明让恒流/恒压源替代电池包给加热装置供电，减少了通过电池包供电而需要调整供电电压的时间，可以快速、稳定的调整加热装置供电电压的大小，提高实验的效率和精准度。

进一步的，为了体现加热装置的加热效果，所述步骤3)中，所述监测动力电池系统的加热过程包括监测动力电池系统的加热时长。

进一步的，为了更加全面的对动力电池系统进行检测，在加热实验过程中通过充放电测试系统对动力电池系统进行充放电。

进一步的，为了提高充放电实验的准确性，对动力电池系统进行充放电的方式为循环充放电。

另外，本申请还提出一种动力电池系统加热实验系统的技术方案，包括：

恒温箱，用于为动力电池系统提供实验环境；

恒流/恒压源，设置在恒温箱外部，用于为动力电池系统中的加热装置供电。

本发明的动力电池系统加热实验系统的技术方案的有益效果是：本发明在进行动力电池系统加热实验时采用单独的恒流/恒压源对动力电池系统中的加热装置进行供电，以提高动力电池系统的温度，本发明让恒流/恒压源替代电池包给加热装置供电，减少了通过电池包供电而需要调整供电电压的时间，可以快速、稳定的调整加热装置供电电压的大小，提高实验的效率和精准度。

进一步的，为了更加全面的对动力电池系统进行检测，还包括：

充放电测试系统，用于在加热实验过程中对动力电池系统进行充放电。

附图说明

图1是本发明实施方式1的动力电池系统加热实验系统示意图；

图2是本发明实施方式1的动力电池系统加热实验方法流程图；

图3是本发明实施方式2的动力电池系统加热实验系统示意图；

图4是本发明实施方式2的动力电池系统循环充电加热实验方法示意图；

图中：1为环境试验箱、2为恒流/恒压源、3为充放电测试系统、4为SOC检测装置、5为电池包NTC、6为加热膜、7为电池包。

具体实施方式

实施方式1

动力电池系统加热实验系统实施例：

动力电池系统加热实验系统(以下简称实验系统)用于对动力电池系统进行加热实验，如图1所示，包括环境试验箱1和恒流/恒压源2。

动力电池系统包括若干个电池包7，以及数量对应的加热膜6(即加热装置)，每个电池包7配置一个加热膜6，电池包7对应有正负极接口，加热膜6也有对应的电气接口，当若干电池包7进行串联后，各加热膜6也进行相应的电气连接。

同时，动力电池系统配置有BMS和温度检测装置，温度检测装置用于检测动力电池系统的温度，具体的温度检测装置为电池包NTC5(即热敏电阻)，对于动力电池系统的温度，可以为各电池包7的温度(每个电池包7均配置一个电池包NTC5，用于检测每个电池包7的温度)，也可以为某个电池包7的温度，本发明对此不做限制；BMS作为动力电池系统的控制器，与温度检测装置连接，用于接收动力电池系统的温度信息，对温度信息进行判断或者显示等，以提示操作人员动力电池系统的温度。

实验系统中，环境试验箱1作为恒温箱的一种，用于为动力电池系统提供实验环境，将动力电池系统放入环境试验箱1中，环境试验箱1可以模拟各种环境温度，以实现对动力电池系统进行加热实验。

恒流/恒压源2，用于给电池包7的加热膜6供电，使得动力电池系统的温度提高，可以为加热膜6提供稳定的、可调节的电压。

动力电池系统配置完成后，与恒流/恒压源2连接，恒流/恒压源2连接动力电池系统中加热膜6的总接口，进而开始对动力电池系统进行实验。

实验系统对动力电池系统的加热实验方法的过程如图2所示，包括以下步骤：

1)将动力电池系统放置在环境试验箱1中；设置环境试验箱1的温度-20℃。

本步骤中，设置环境试验箱1的温度的目的在于将动力电池系统进行降温，模拟低温环境，所以环境试验箱1的温度设定为设定低温值，设定低温值一般小于动力电池系统正常充放电的温度T₀，将动力电池系统的温度降至其可充电的温度T₀以下。

2)设置恒流/恒压源2的电压，恒流/恒压源2的电压V＝V₀＝3V*电池包串数。

3)静置动力电池系统，当动力电池系统的温度与环境试验箱1的温度T一致时，开启恒流/恒压源2，监测动力电池系统的加热过程。

步骤3)中开启恒流/恒压源2后，监测动力电池系统的加热过程为动力电池系统的温度达到动力电池系统正常充放电的温度T₀所用的时长，具体为：开启恒流/恒压源2为动力电池系统中的加热装置供电，动力电池系统的温度上升，当电池包NTC5检测到动力电池系统的温度为T₀时，记录加热时长，关闭恒流/恒压源2。

4)静置动力电池系统，重新设置恒流/恒压源2的电压，恒流/恒压源2的电压在步骤2)的基础上增加ΔV，恒流/恒压源2的电压变为V＝V₁＝V₀+ΔV，重复步骤3)再次记录动力电池系统的加热时长，之后再次改变恒流/恒压源2的电压V＝V₂＝V₁+ΔV，重复步骤3)再次记录加热时长，直至恒流/恒压源2的电压V＝3.55V*电池包串数，得到在-20℃时，不同加热电压时动力电池系统需要的加热时长。

恒流/恒压源2的电压的设置范围为3V*电池包串数～3.55V*电池包串数，3V*电池包串数的电压大小属于低电压，3.55V*电池包串数的电压大小属于高电压，在进行电压调节时，如何增加电压的方式并不做限制，可以为线性增加，也可以为非线性增加。

5)改变环境试验箱1的温度为-25℃、-30℃、-35℃、……，重复步骤2)～步骤4)，直至环境试验箱1温度的设定次数达到要求，得到不同环境温度下，不同加热电压时需要的加热时长。

6)将所记录的数据进行分析，评价加热效果。

上述实施例步骤3)中，关于动力电池系统的温度，如果每个电池包7均配置电池包NTC5，那么开启恒流/恒压源2的条件为所有电池包NTC5检测的温度均与环境试验箱1的温度一致；如果动力电池系统只配置一个电池包NTC5，那么开启恒流/恒压源2的条件为该电池包NTC5检测的温度与环境试验箱1的温度一致。而且这里所说的动力电池系统的温度与环境试验箱1的温度T一致并不是绝对意义上的温度相等，而是电池包NTC5检测的电池包温度在环境试验箱1的温度的设定范围内时(这里设定范围为±2℃以内)，表明温度一致。

上述实施例中，监测动力电池系统的加热过程为监测动力电池系统的温度达到动力电池系统正常充放电的温度T₀所用的时长，作为其他实施方式，本发明对如何监测动力电池系统的加热过程并不做限制，也可以为记录动力电池系统随着时间的温升曲线(对于动力电池系统最终达到的温度并不做限制)，或者监测动力电池系统能够达到的最终温度大小等，只要可以体现加热效果即可。而且为了调高检测效率，在保证检测效果的情况下，也无需改变环境试验箱1的温度和恒流/恒压源2的电压，只进行一次检测即可。

上述实施例中，动力电池系统中各电池包7连接的方式为串联，因此恒流/恒压源2的电压的设置范围为3V*电池包串数～3.55V*电池包串数，作为其他实施方式，如果动力电池系统中各电池包7连接的方式为并联，那么恒流/恒压源2的电压的设置范围根据需要进行设定，只要在动力电池系统工作的电压范围内，不影响电池包7的寿命即可。而且电压改变的方式也可以从高压逐渐降低至低压，或者随机挑选电压的设置范围内的电压值进行试验等。

对于动力电池系统中电池包7的数量，可以为若干个也可以为1个，这里优选为若干个电池包7，而且与实际动力电池系统的电池包数量相同为最佳，这样不仅可以模拟实际动力电池系统的情况，而且还可以发现单个电池包7做实验时无法检测出的故障(单个电池包7进行实验时，加热膜的供电电压较低，对于出现异物短接故障时，并不会出现故障后果，进而无法发现故障；对于若干个电池包进行实验时，加热膜的供电电压高，如果现异物短接故障时，由于电压高，故障后果明显，比如：加热膜损坏等，进而可以发现更多的故障)。

本发明让恒流/恒压源2替代电池包7给加热膜6供电，可以快速、稳定的调整加热膜6供电电压的大小，提高实验效率。

动力电池系统加热实验方法实施例：

动力电池系统加热实验方法的具体实施过程以及效果在上述动力电池系统加热实验系统实施例中已经介绍，这里不做赘述。

实施方式2

动力电池系统加热实验系统实施例：

本实施方式的动力电池系统加热实验系统(以下简称实验系统)与实施方式1中的动力电池系统加热实验系统的不同之处在于，实验系统增加了充放电测试系统，用于在加热实验过程中对动力电池系统进行充放电，模拟动力电池系统的实车应用环境，进而可以在模拟实车应用环境下进行实验，提高实验结果的准确度。

具体的，实验系统如图3所示，包括环境试验箱1、恒流/恒压源2以及充放电测试系统3。

同时动力电池系统配置有SOC检测装置4，用于检测动力电池系统的SOC，SOC检测装置4与BMS连接，BMS接收动力电池系统的SOC信息，对SOC信息进行判断或者显示等，以提示操作人员动力电池系统的SOC。

充放电测试系统3与动力电池系统中的电池包7总正极和总负极连接，可以为动力电池系统进行充放电。

关于动力电池系统的配置以及与实验系统的其他连接方式与实施方式1相同，这里不做赘述，动力电池系统与实验系统连接之后，进而开始对动力电池系统进行加热实验。

本实施方式中，实验系统对动力电池系统的加热实验方法为在加热过程中对动力电池系统进行充放电，而且为了模拟整个冬季的充放电过程，对动力电池系统进行低温循环充放电加热实验，具体步骤如图4所示，包括以下步骤：

1)将动力电池系统放置在环境试验箱1中，通过充放电测试系统3将动力电池系统的SOC调节为20％。

2)设置环境试验箱1的温度为-40℃(模拟最恶劣环境)，设置恒流/恒压源2的电压为3.55V*电池包串数。

本实验过程中，恒流/恒压源2只需给加热膜6供电，使动力电池系统可以正常充放电即可，因此设置一种电压可以进行加热即可，为了更准确的检测加热膜6，采用高电压进行供电。

3)静置动力电池系统，当动力电池系统的温度与环境试验箱1的温度一致时，开启恒流/恒压源2，监测动力电池系统充放电的加热过程。

动力电池系统充放电的加热过程为动力电池系统的SOC从20％充电至满电、再从满电放电至20％所需的时长。具体为：开启恒流/恒压源2，充放电测试系统3为动力电池系统进行充电，动力电池系统满电后，静置动力电池系统30min，充放电测试系统3为动力电池系统放电至SOC为20％，之后关闭恒流/恒压源2，记录充放电过程的加热时长。

4)重复步骤1)和步骤3)120次，也即等同于最恶劣环境下循环运行4个月，得到每次加热的加热时长。

5)循环结束后检查加热膜6状态是否完好，通过加热膜6的状态和每次循环的加热时长对加热膜6进行长期耐久的评价。

上述实施例中，充电前和放电后的SOC相同，均为20％，作为其他实施方式，充电前和放电后的SOC可以不相同，根据需要进行设置，小于满电100％即可。

上述实施例中，循环加热充放电的次数为120次，作为其他实施方式，为了加快实验效率，可以减少循环次数，而且在保证实验效果的情况下，也可以只进行一次充放电实验；当然为了保证实验效果的准确，也可以增加循环次数。

上述实施例中，对于充放电加热实验为得到动力电池系统充电至满电后放电至某个SOC的加热时长，作为其他实施方式，也可以只记录充电过程的加热时长或者放电过程的加热时长，或者动力电池系统在低温环境下是否可以进行正常充放电等，本发明对如何进行充放电加热过程的实验方式并不做限制，可以根据需要对动力电池系统进行实验，体现充放电的加热效果即可。

对于步骤5)中，加热膜6状态是否完好是指是否烧蚀或发黑，经过循环加热后，如果加热膜6烧蚀或发黑表明加热设计不安全，需要对加热膜6进行重新设计，当然在保证加热膜6设计可靠的情况下，也可以无需检查加热膜6的状态。

关于步骤3)中动力电池系统的温度、以及动力电池系统的温度与环境试验箱1的温度一致的介绍与实施方式1相同，这里不做赘述。

动力电池系统加热实验方法实施例：

动力电池系统加热实验方法的具体实施过程以及效果在上述动力电池系统加热实验系统实施例中已经介绍，这里不做赘述。

Claims (6)

1.一种动力电池系统加热实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)动力电池系统置于恒温箱中，通过恒温箱外部的恒流/恒压源为动力电池系统中的加热装置供电；动力电池系统中电池包的数量大于等于1；

2)使恒温箱温度达到设定低温值；

3)当动力电池系统的温度与恒温箱温度一致时，启动恒流/恒压源，监测动力电池系统的加热过程。

2.根据权利要求1所述的动力电池系统加热实验方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述监测动力电池系统的加热过程包括监测动力电池系统的加热时长。

3.根据权利要求1或2所述的动力电池系统加热实验方法，其特征在于，在加热实验过程中通过充放电测试系统对动力电池系统进行充放电。

4.根据权利要求3所述的动力电池系统加热实验方法，其特征在于，对动力电池系统进行充放电的方式为循环充放电。

5.一种动力电池系统加热实验系统，其特征在于，包括：

恒温箱，用于为动力电池系统提供实验环境；

恒流/恒压源，设置在恒温箱外部，用于为动力电池系统中的加热装置供电。

6.根据权利要求5所述的动力电池系统加热实验系统，其特征在于，还包括：

充放电测试系统，用于在加热实验过程中对动力电池系统进行充放电。

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