CN116454469A - 一种电池加热控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池加热控制方法及系统，属于电池加热技术领域。方法包括：获取车辆的发车/充电时间、以及当前的电池温度；进而预测车辆发车/充电时的电池温度；若车辆发车/充电时的电池温度＜第一温度阈值，根据车辆发车/充电时的电池温度、电池的加热速率计算车辆的理论加热时长,加热速率根据电池的理论生热速率、第一调整系数以及第二调整系数确定，理论生热速率根据电池的比热容和加热功率计算得到，第一调整系数根据自车以及同类型车辆的往年同月的历史加热数据确定；第二调整系数根据自车当天之前设定天数内的历史加热数据确定；进而确定车辆的加热时间。本发明既保证了车辆使用时对电池温度的要求，又避免了能耗的浪费。

Description

一种电池加热控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种电池加热控制方法及系统，属于电池加热技术领域。
背景技术
随着新能源的发展，越来越多的领域采用新能源作为动力。由于具有能量密度高、可循环充电、安全环保等优点，电池被广泛应用于新能源汽车、消费电子、储能系统等领域中。但是低温环境下电池的使用会受到一定限制。具体的，电池在低温环境下的放电容量会严重衰退，以及电池在低温环境下无法充电。因此，为了能够正常使用电池，需要在低温环境下为电池进行加热。
目前对电池进行加热的方式普遍采用加热膜加热，液暖加热等外部加热的方式，但是外部加热的方式存在加热时间长，能耗较高的问题。为此，有人提出利用电池内阻进行电池自加热方法，例如：如图1a、图1b所示，基于整车现有电气架构，采用电机控制器内的电容作为储能电路中的吸收电容，采用电机定子线圈作为储能电路中的储能电感，五合一内部的IGBT作为功率开关件的电池自加热装置，其加热方法是通过对电池进行充放电实现电池的自加热。图1a为电池放电的示意图，在电池放电周期内，IGBT V1，V2，V4闭合，V3，V5，V6断开，电流从电池正极和电机控制器中电容C正级流出，经过V1，L1，(L2+L3)，(V4+V2)后，回到电池负极和电容C负极，对电感L1+(L2+L3)进行充电。图1b为电池充电的示意图，在电池充电周期内，IGBT V3，V5，V6闭合，V1，V2，V4断开，由于电感L1+(L2+L3)电流方向不能突变，电流从电感L2+L3流出，经过V3，V5后，对电池和电容C充电，之后电流经过V6流入电感L1。电池自加热的过程就是通过IGBT V1-V6的反复关断，在(电池+电容C)和电感之间形成震荡交流电，交流电通过电池内阻后，产生热量，实现电池自加热。
基于现有的各种加热装置中，加热触发的条件均为电池的温度低于某个设定的温度阈值即开启加热，但是在实际的使用过程中，如果在夜间没有电池工作需求、或者车辆长期停放的情况下，只要电池的温度低于某个设定的温度阈值就开启加热，经常出现加热后电池不工作或者电池工作前反复加热的现象，导致浪费能耗。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电池加热控制方法及系统，用以解决现有电池加热控制方式能耗浪费的问题。
为实现上述目的，本申请提出了一种电池加热控制方法的技术方案，包括以下步骤：
1)车辆在驻车状态下，获取车辆的发车/充电时间、以及当前的电池温度；
2)根据当前的电池温度预测车辆发车/充电时的电池温度；
3)若车辆发车/充电时的电池温度＜第一温度阈值，根据车辆发车/充电时的电池温度、电池的加热速率计算车辆的理论加热时长；所述电池的加热速率根据电池的理论生热速率、第一调整系数以及第二调整系数确定，所述电池的理论生热速率根据电池的比热容和加热功率计算得到，所述第一调整系数根据自车以及同类型车辆的往年同月的历史加热数据确定；所述第二调整系数根据自车当天之前设定天数内的历史加热数据确定；历史加热数据包括历史加热时长以及历史预测车辆发车/充电时的电池温度；
4)根据车辆的发车/充电时间和理论加热时长确定车辆的加热时间，达到车辆的加热时间控制开启加热。
另外，本申请还提出了一种电池加热控制系统的技术方案，电池加热控制系统包括温度采集装置、加热装置和控制器，加热装置用于为电池进行加热，温度采集装置用于采集电池温度；温度采集装置连接控制器的输入端，控制器控制连接加热装置，控制器包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述的电池加热控制方法。
本发明的电池加热控制方法及系统的技术方案的有益效果是：本发明通过对车辆发车/充电时的电池温度进行预测，结合预测的温度和电池的加热速率计算出车辆的理论加热时长，进而确定了车辆的加热时间，在车辆发车/充电前对电池进行加热，既保证了车辆使用时对电池温度的要求，又避免了能耗的浪费。
进一步地，上述电池加热控制方法及系统中，车辆的理论加热时长的计算过程为：
其中，ΔT为车辆的理论加热时长；C为车辆发车/充电时的电池温度；Tm为电池的理论生热速率；k1为第一调整系数；k2为第二调整系数；Δt为加热后升温等待时长。
进一步地，上述电池加热控制方法及系统中，第一调整系数为：
其中，k1为第一调整系数；Cij为往年同月中第i天第j台车的历史预测车辆发车/充电时的电池温度；n为同类型车辆以及自车的车辆总数；tij为往年同月中第i天第j台车的历史加热时长。
进一步地，上述电池加热控制方法及系统中，第二调整系数为：
其中，k2为第二调整系数；Ci为自车当天之前第i天的历史预测车辆发车/充电时的电池温度；P为设定天数；ti为自车当天之前第i天的历史加热时长。
进一步地，上述电池加热控制方法及系统中，为了减小整体车队的能耗，当所述车辆处于车队中时，所述车辆加热完成后，还获取所述车辆的实际加热时长，根据所述车辆的实际加热时长确定后续车辆的加热时长。
进一步地，上述电池加热控制方法及系统中，为了减小计算量，将所述车辆的实际加热时长作为后续车辆的加热时长，根据后续车辆的发车时间和加热时长确定后续车辆的加热时间。
进一步地，上述电池加热控制方法及系统中，为了提高加热控制的可靠性，通过所述车辆的理论加热时长和实际加热时长计算出加热时长误差，同时计算后续车辆的理论加热时长，通过加热时长误差修正后续车辆的理论加热时长，进而确定后续车辆的加热时间：若所述车辆的理论加热时长＞实际加热时长，则按照加热时长误差减小后续车辆的理论加热时长；若所述车辆的理论加热时长＜实际加热时长，则按照加热时长误差增加后续车辆的理论加热时长。
进一步地，上述电池加热控制方法中，为了提高加热效率，当第二温度阈值＜车辆发车/充电时的电池温度＜第一温度阈值，所述加热功率包括电池加热器的加热功率；当车辆发车/充电时的电池温度≤第二温度阈值，所述加热功率包括电池加热器的加热功率和电机控制加热器的加热功率；所述电池加热器为加热膜、或者自加热器。
进一步地，上述电池加热控制系统中，为了提高加热效率，所述加热装置包括电池加热器和电机控制加热器；所述电池加热器为加热膜、或者自加热器，当第二温度阈值＜车辆发车/充电时的电池温度＜第一温度阈值，所述加热功率包括电池加热器的加热功率；当车辆发车/充电时的电池温度≤第二温度阈值，所述加热功率包括电池加热器的加热功率和电机控制加热器的加热功率。
附图说明
图1a是现有技术电机控制器自加热过程中电池放电的示意图；
图1b是现有技术电机控制器自加热过程中电池充电的示意图；
图2是本发明电池加热控制方法流程图。
具体实施方式
电池加热控制系统实施例：
本发明的主要构思在于，基于现有加热控制能耗浪费的现象，本发明通过获取车辆的发车/充电时间预测车辆的发车/充电时的电池温度，进而结合车辆发车/充电时的电池温度、电池的加热速率计算车辆的理论加热时长，按照理论加热时长和发车/充电时间确定车辆启动加热的时间。本发明在车辆发车/充电之前按照相应的加热时长启动加热，避免车辆搁置过程中车辆反复加热的能耗浪费。
具体地，本发明的电池加热控制系统包括用于采集电池温度的温度采集装置、用于为电池进行加热的加热装置和控制器，温度采集装置连接控制器的输入端，控制器控制连接加热装置，控制器用于通过电池温度计算理论加热时长，进而控制加热装置的开启时间，进而实现对电池的加热。
加热装置包括电池加热器和电机控制加热器；这里的电池加热器为单独设置的电池加热器，可以为外部加热器，例如：加热膜、或者液暖加热器等通过设置在电池外表面以热传递的方式进行加热的加热器；也可以为自加热器，这里的自加热器为单独设置的通过形成交流电使得电池充放电而产生热量的自加热器，自加热器的具体结构可参考电机加热控制器的结构，能够实现电池自加热即可。电机控制加热器即如图1a、图1b所示的电机控制器，通过电机控制器实现自加热。
控制器包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器在执行计算机程序时实现电池加热控制方法。
在公交车队的领域中，公交车的发车/充电时间均为设定好的，以实现车队的有序管理。以下以车队发车为实施例对本发明的电池加热控制方法进行描述。
电池加热控制方法如图2所示，包括以下步骤：
1)确定车队中每个车辆的发车时间序列。
发车时间序列为T11、T12、T13、……、T1m、……、T1n；T1m为车队中第m辆车的发车时间，n为车队中车辆的总数。
2)获取每辆车当前的电池温度，并预测每辆车发车时的电池温度。
本步骤中，预测电池温度可以根据当前的电池温度、环境温度和距离发车的时长进行确定。
预测电池温度的具体过程为：
其中，T为预测发车时的电池温度；T0当前的电池温度；Q1为在当前环境温度与发车时环境温度的差值下电池能量的耗散速率；Δt′为距离发车的时长；m为电池的质量；C′为电池的比热容。Q1可以通过实验得出。
预测的车辆发车时的电池温度序列为C1、C2、C3、……、Cm……、Cn；Cm为预测的第m辆车发车时的电池温度。
3)若每辆车发车时的电池温度＜第一温度阈值，根据车辆发车时的电池温度、电池的加热速率计算车辆的理论加热时长。
本步骤中，第一温度阈值一般选10℃，也即预测出发车时的电池温度小于10℃时开始加热，当然第一温度阈值可选0-25℃之间的任何值。
理论加热时长的计算过程为：
其中，ΔT为车辆的理论加热时长；C为车辆发车时的电池温度；Tm为电池的理论生热速率；k1为第一调整系数；k2为第二调整系数；Δt为加热后升温等待时长，一般设置为5min。
上述公式中，25代表25℃，电池在常温25℃下，性能最优，随着温度降低，放电性能会逐渐受限，因此以该温度为加热目标，将电池加热到25℃，也即理论加热时长为将电池加热到25℃所需要的时长。其中，根据电池的理论生热速率Tm、第一调整系数k1以及第二调整系数k2得到电池的加热速率。电池需要加热的温度差除以加热速率加上升温等待时长即为电池的理论加热时长。当然这里的25也可以选取10-25℃中的任意值，本发明不做限制。
电池的理论生热速率Tm根据电池的比热容和加热功率计算得到：
其中，η为加热效率；Q加为加热功率。
理论生热速率的加热功率和加热器有关：
当第二温度阈值＜车辆发车时的电池温度＜第一温度阈值，表明此时电池的温度较低，通过电池加热器为电池进行加热，因此加热功率包括电池加热器的加热功率；
当车辆发车时的电池温度≤第二温度阈值(第二温度阈值取-10℃)，表明此时电池的较低，通过电池加热器和电机控制加热器同时为电池进行加热，因此加热功率包括电池加热器的加热功率和电机控制加热器的加热功率。
第一调整系数根据自车以及车队中其他车辆(也即同类型车辆)的往年同月的历史加热数据确定，历史加热数据包括历史加热时长以及历史预测车辆发车/充电时的电池温度。这里的历史加热时长为当时加热时的实际加热时长，而且往年一般指去年的历史加热数据。
第一调整系数为：
其中，k1为第一调整系数；Cij为往年同月中第i天第j台车的历史预测车辆发车时的电池温度(一个月为30天)；n为同类型车辆以及自车的车辆总数；tij为往年同月中第i天第j台车的历史加热时长。
第二调整系数根据自车当天之前设定天数内的历史加热数据确定，这里设定天数一般为10天，也即当前之前十天内的历史加热数据，这里的历史加热数据包括历史加热时长以及历史预测车辆发车时的电池温度。
第二调整系数为：
其中，k2为第二调整系数；Ci为自车当天之前第i天的历史预测车辆发车时的电池温度；P为设定天数；ti为自车当天之前第i天的历史加热时长；Tm为电池的理论生热速率。
4)每辆车的发车时间减去理论加热时长得到每辆车的加热时间序列，当达到第一辆车的加热时间控制开启加热。
加热时间T2的确定过程如下：
加热时间序列为T21、T22、T23、……、T2m、……、T2n；T2m为车队中第m辆车的加热时间，例如：第一辆车的发车时间为早上6:00，得到的理论加热时长为17分钟，则控制器控制加热装置在早上5:43开启加热。
5)第一辆车加热完毕达到25℃时，记录第一辆车的实际加热时长，得到第一辆车的实际加热时长和理论加热时长的加热时长误差，通过加热时长误差动态调整车队中后续车辆的理论加热时长。
调整过程为确定第二辆车的理论加热时长，通过加热时长误差修正后续车辆的理论加热时长，进而确定后续车辆的加热时间。若第一辆车的理论加热时长＞实际加热时长，则按照加热时长误差减小第二辆车的理论加热时长；若第一辆车的理论加热时长＜实际加热时长，则按照加热时长误差增加第二辆车的理论加热时长。
例如：第一辆车的理论加热时长为17分钟，实际加热时长为15分钟，得到加热时长误差为2分钟，那么如果第二辆车的发车时间为早上6：20，且计算出的第二辆车的理论加热时长为16分钟，则第二辆车的加热时长定为16-2＝14分钟，在早上6:06分启动加热。
上述实施例中，一次性将车队中所有的车的理论加热时长进行确定，通过前车的实际加热时长动态调整后续车辆的加热时长，作为其他实施方式，在发车间隔允许并且加热功率足够的情况下，也可以先计算第一辆车的理论加热时长，第一辆车加热完毕启动发车后，记录第一辆车的实际加热时长，那么基于环境温度相差较小的条件下，可以为直接将第一辆车的实际加热时长作为第二辆车的加热时长，当环境温度变化较大时，可以继续计算车辆的理论加热时长，进行后续的加热时间的确定。例如：第一辆车的实际加热时长为15分钟，如果第二辆车的发车时间为早上6：20，则在早上6:05分启动加热，这样可以简便计算，上午9:00时，环境温度变化较大，则上午9:00以后发车的第一辆车继续计算理论加热时长，进而确定上午9:00以后发车的第一辆车的加热时间，以此类推。
上述实施例为对整个车队的加热控制，当然，在只有一个车辆的情况下也可以采用步骤3)的计算过程计算车辆的理论加热时长，进而提前对车辆进行加热，只不过在只有一辆车的情况下，无需加热时间动态调整的过程。
上述实施例中，为了保证加热效率，加热装置包括电池加热器和电机控制加热器，作为其他实施方式，加热装置也可以只有电池加热器、或者电机控制加热器，本发明对此不做限制。
同理，车辆发车是车辆工作的一种形式，当车辆需要充电时，电池的温度也非常重要，在电池温度低的情况下，影响电池的充电效率，因此，在车辆驻车状态下，充电时间确定的情况下，预测充电时的电池温度，当电池温度较低需要加热时，采用同样的计算方式计算电池的理论加热时长，进而确定充电前的电池加热开启时间，为电池进行提前加热。同时，历史加热数据中也并非只是发车前的加热数据，也可以是充电前的加热数据，这里并不做限制。
本发明通过预测车辆在发车/充电时的电池温度，根据预测的电池温度以及加热速率得到理论加热时长，进而确定了加热时间，在车辆发车/充电前，达到加热时间后对电池进行加热，避免了加热后不发车/充电，或者发车/充电前反复加热导致的能量损耗。
电池加热控制方法实施例：
电池加热控制方法的具体实施过程和效果在上述电池加热控制系统中已经介绍，这里不做赘述。

Claims (10)

1.一种电池加热控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)车辆在驻车状态下，获取车辆的发车/充电时间、以及当前的电池温度；
2)根据当前的电池温度预测车辆发车/充电时的电池温度；
3)若车辆发车/充电时的电池温度＜第一温度阈值，根据车辆发车/充电时的电池温度、电池的加热速率计算车辆的理论加热时长；所述电池的加热速率根据电池的理论生热速率、第一调整系数以及第二调整系数确定，所述电池的理论生热速率根据电池的比热容和加热功率计算得到，所述第一调整系数根据自车以及同类型车辆的往年同月的历史加热数据确定；所述第二调整系数根据自车当天之前设定天数内的历史加热数据确定；历史加热数据包括历史加热时长以及历史预测车辆发车/充电时的电池温度；
4)根据车辆的发车/充电时间和理论加热时长确定车辆的加热时间，达到车辆的加热时间控制开启加热。
2.根据权利要求1所述的电池加热控制方法，其特征在于，车辆的理论加热时长的计算过程为：
其中，ΔT为车辆的理论加热时长；C为车辆发车/充电时的电池温度；Tm为电池的理论生热速率；k1为第一调整系数；k2为第二调整系数；Δt为加热后升温等待时长。
3.根据权利要求2所述的电池加热控制方法，其特征在于，第一调整系数为：
其中，k1为第一调整系数；Cij为往年同月中第i天第j台车的历史预测车辆发车/充电时的电池温度；n为同类型车辆以及自车的车辆总数；tij为往年同月中第i天第j台车的历史加热时长。
4.根据权利要求2所述的电池加热控制方法，其特征在于，第二调整系数为：
其中，k2为第二调整系数；Ci为自车当天之前第i天的历史预测车辆发车/充电时的电池温度；P为设定天数；ti为自车当天之前第i天的历史加热时长。
5.根据权利要求1所述的电池加热控制方法，其特征在于，当所述车辆处于车队中时，所述车辆加热完成后，还获取所述车辆的实际加热时长，根据所述车辆的实际加热时长确定后续车辆的加热时长。
6.根据权利要求5所述的电池加热控制方法，其特征在于，将所述车辆的实际加热时长作为后续车辆的加热时长，根据后续车辆的发车时间和加热时长确定后续车辆的加热时间。
7.根据权利要求5所述的电池加热控制方法，其特征在于，通过所述车辆的理论加热时长和实际加热时长计算出加热时长误差，同时计算后续车辆的理论加热时长，通过加热时长误差修正后续车辆的理论加热时长，进而确定后续车辆的加热时间：若所述车辆的理论加热时长＞实际加热时长，则按照加热时长误差减小后续车辆的理论加热时长；若所述车辆的理论加热时长＜实际加热时长，则按照加热时长误差增加后续车辆的理论加热时长。
8.根据权利要求1所述的电池加热控制方法，其特征在于，当第二温度阈值＜车辆发车/充电时的电池温度＜第一温度阈值，所述加热功率包括电池加热器的加热功率；当车辆发车/充电时的电池温度≤第二温度阈值，所述加热功率包括电池加热器的加热功率和电机控制加热器的加热功率；所述电池加热器为加热膜、或者自加热器。
9.一种电池加热控制系统，包括温度采集装置、加热装置和控制器，加热装置用于为电池进行加热，温度采集装置用于采集电池温度；温度采集装置连接控制器的输入端，控制器控制连接加热装置，其特征在于，控制器包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的电池加热控制方法。
10.根据权利要求9所述的电池加热控制系统，其特征在于，所述加热装置包括电池加热器和电机控制加热器；所述电池加热器为加热膜、或者自加热器，当第二温度阈值＜车辆发车/充电时的电池温度＜第一温度阈值，所述加热功率包括电池加热器的加热功率；当车辆发车/充电时的电池温度≤第二温度阈值，所述加热功率包括电池加热器的加热功率和电机控制加热器的加热功率。
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