一種電動汽車動力電池組加熱控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于汽車動力電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電動汽車動力電池組加熱控制方法。它包括整車儀表、整車控制單元、動力電池系統(tǒng)、可電機(jī)控制系統(tǒng)和驅(qū)動電機(jī)，所述整車儀表與整車控制單元連接，所述整車控制單元分別與所述動力電池系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)連接，所述電機(jī)控制系統(tǒng)分別與所述動力電池系統(tǒng)和驅(qū)動電機(jī)連接。本發(fā)明利用電動汽車原有電驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動力電池加熱，動力電池的能量主要用于動力電池自身發(fā)熱，不用額外增加成本，可以較快將動力電池溫度升高，有較高的加熱效率。
【專利說明】一種電動汽車動力電池組加熱控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車動力電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電動汽車動力電池組加熱控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全球能源與環(huán)境的嚴(yán)峻形勢、特別是國際金融危機(jī)對汽車產(chǎn)業(yè)的巨大沖擊，推動 世界各國加快交通能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，以混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車為代表的 新能源汽車成為未來汽車發(fā)展的重要方向。
[0003]由于鋰離子動力電池具有工作電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、自發(fā)電率低等優(yōu) 點(diǎn)，因此在電動汽車中被廣泛應(yīng)用，但該類動力電池在低溫時(shí)其輸出容量隨溫度下降而迅 速降低，溫度越低下降幅度越大，如圖1所示，LiFePCM電池_40°C時(shí)的電池輸出容量只有 常溫容量的1/3。在冬天氣溫較低時(shí)，由于動力電池的輸出容量降低，極大影響具有起停功 能的車輛起動發(fā)動機(jī)的成功率，甚至無法起動發(fā)動機(jī)。因此，在冬天溫度較低時(shí)，發(fā)動起啟 動前，采取措施對動力電池進(jìn)行升溫顯得尤為必要。傳統(tǒng)的做法都是給電池組增加升溫系 統(tǒng)，如電熱絲、PTC材料加熱，循環(huán)水加熱等，實(shí)現(xiàn)困難、成本較高，占用了整車有限的空間、 重量，且熱量都是從單體外表傳到里面，效率低，加熱緩慢。
[0004]檢索現(xiàn)有專利，中國專利文獻(xiàn)公開了申請?zhí)枮?01010280142.x的一種純電動汽 車動力電池的加熱系統(tǒng)及其控制方法，該加熱系統(tǒng)安裝于電池組內(nèi)，加熱裝置為有進(jìn)水口 和出水口的中空的散熱片及一個(gè)輔助加熱器。輔助加熱器與燃料供給裝置連接，該加熱裝 置為電阻加熱方式，同時(shí)輔助加熱器采用燃燒乙醇燃料作為輔助加熱?？梢娫摲椒ㄐ柙趧?力電池組內(nèi)增加一套加熱裝置，不僅加熱效率低，而且占用整車有限空間，增加了成本，同 時(shí)燃燒乙醇作為輔助加熱，燃燒后產(chǎn)生二氧化碳，增加了車輛的碳排放。
[0005]現(xiàn)中國專利文獻(xiàn)公開了申請?zhí)枮?01120479849.3的一種電動汽車動力電池組加 熱裝置，該加熱裝置包括內(nèi)部盛有加熱介質(zhì)的封閉容器和與車載電源連接的加熱控制器， 在封閉容器上設(shè)置進(jìn)、出液口，并通過管子連接進(jìn)液口和出液口形成循環(huán)管路，在循環(huán)管路 中串接水泵，循環(huán)管路的一部分與電動汽車的動力電池組接觸，封閉容器內(nèi)設(shè)置感應(yīng)發(fā)熱 部件，感應(yīng)發(fā)熱部件下方設(shè)置有電磁線圈，用于產(chǎn)生高頻交變電磁場使得感應(yīng)發(fā)熱部件感 應(yīng)發(fā)熱。該方法需在動力電池組外增加一套感應(yīng)發(fā)熱部件及電磁線圈和加熱控制器，不但 增加了成本，加熱裝置工作時(shí)，還產(chǎn)生電磁輻射。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了解決上述【背景技術(shù)】存在的不足，提供一種電動汽車動力電 池組加熱控制方法，它主要利用電動汽車原有電驅(qū)動系統(tǒng)對電動汽車動力電池組進(jìn)行加 熱。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種電動汽車動力電池組加熱控制方法，包括以下步 驟:[0008]( I)、將動力電池、電機(jī)控制系統(tǒng)和車身電機(jī)串聯(lián)形成動力電池回路；
[0009](2)、車輛啟動前，電機(jī)控制系統(tǒng)檢測動力電池的溫度和電壓，當(dāng)檢測的動力電池的溫度低于動力電池可輸出最佳效能的溫度T以及動力電池電壓U大于動力系統(tǒng)額定電壓 UO時(shí)，對動力電池進(jìn)行加熱控制；
[0010](3)、對動力電池進(jìn)行加熱控制的方法為:利用電機(jī)作為限流緩沖裝置，控制電機(jī)控制系統(tǒng)的開關(guān)管的導(dǎo)通方式，同時(shí)調(diào)節(jié)導(dǎo)通的開關(guān)管的占空比控制動力電池回路相電流，使動力電池內(nèi)阻發(fā)熱從而帶動動力電池溫度升高，實(shí)現(xiàn)動力電池的可控升溫。[0011]進(jìn)一步的，所述步驟(1)中動力電池回路為三相全橋逆變器電路，包括電源、電阻、 連接在電源兩端的并聯(lián)的三個(gè)橋臂，以及一端分別與每個(gè)橋臂中間連接、另一端連接在一起的三相阻感負(fù)載，每個(gè)橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟(3)中開關(guān)管的導(dǎo)通方式為:固定導(dǎo)通其中的三個(gè)開關(guān)管，其中串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)管不同時(shí)導(dǎo)通，使電機(jī)處于自然堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，控制動力電池回路零機(jī)械功率輸出對動力電池進(jìn)行加熱。
[0013]進(jìn)一步的，所述對動力電池進(jìn)行加熱的具體控制步驟為:
[0014](I)、通過檢測動力電池加熱結(jié)束標(biāo)志F是否置位，來判斷動力電池加熱是否完成，即F是否等于I;
[0015](2)、如果動力電池加熱完成，即F=I,則轉(zhuǎn)入正常電機(jī)控制,包括相應(yīng)起動指令起動發(fā)動機(jī)；
[0016](3)、如果動力電池加熱未完成，即F=0，則繼續(xù)進(jìn)行動力電池加熱控制，首先通過 AD采樣采集當(dāng)前動力電池電壓U ;
[0017](4)、判斷當(dāng)前動力電池電壓U是否不低于額定電壓Ue ;若條件成立，即U≥UE 轉(zhuǎn)入步驟8 ；
[0018](5)、若當(dāng)前動力電池電壓低于額定電壓，即U <Ue，則判斷當(dāng)前電壓動力電池電壓U是否不低于初始電壓UO，即U≥UO是否成立；若條件不成立，即U≥U0，則轉(zhuǎn)入步驟8 ；
[0019](6)、若當(dāng)前動力電池電壓U不低于初始電壓電壓U0，即U≥UO，則通過整車通訊網(wǎng)絡(luò)向動力電池管理系統(tǒng)獲取當(dāng)前動力電池溫度t及允許放電電流I ;
[0020](7)、判斷當(dāng)前動力電池的溫度t是否恢復(fù)到了可輸出最佳效能的最低溫度T，即 t ≥ T是否滿足；
[0021](8)、如果動力電池電壓U大于等于額定電壓Ue，即U≥Ue ;或當(dāng)前動力電池電壓 U低于初始電壓UO ;或當(dāng)前動力電池的溫度t已經(jīng)恢復(fù)到了可輸出最佳效能的最低溫度T， 即t ≥ T時(shí)；表示動力電池加熱完成,置位動力電池加熱標(biāo)志F=I;
[0022](9)、若當(dāng)前動力電池的溫度t低于可輸出最佳效能的最低溫度T，即t < T時(shí)，通過固定導(dǎo)通開關(guān)組合PWM控制來對動力電池進(jìn)行加熱控制。
[0023]進(jìn)一步的，所述步驟(3)中開關(guān)管的導(dǎo)通方式為:控制開關(guān)管按一定循環(huán)順序三三導(dǎo)通，其中串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)管不同時(shí)導(dǎo)通，按固定旋轉(zhuǎn)頻率對電機(jī)角度進(jìn)行模擬，使電機(jī)控制系統(tǒng)的模擬角度方向與電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)方向相同，讓電機(jī)控制系統(tǒng)按正常的電機(jī)控制方法進(jìn)行換向控制對動力電池進(jìn)行加熱。
[0024]更進(jìn)一步的，所述對動力電池進(jìn)行加熱的具體控制步驟為:
[0025](I)、通過檢測動力電池加熱結(jié)束標(biāo)志F是否置位，來判斷動力電池加熱是否完成，即是否等于I;
[0026](2)、如果動力電池加熱完成，即F=I,則轉(zhuǎn)入正常電機(jī)控制,包括相應(yīng)起動指令起動發(fā)動機(jī)；
[0027](3)、如果動力電池加熱未完成，即F=0，則繼續(xù)進(jìn)行動力電池加熱控制，首先通過 AD采樣采集當(dāng)前動力電池電壓U ;
[0028](4)、判斷當(dāng)前動力電池電壓U是否不低于額定電壓Ue ;若條件成立，即U≥Ue，則轉(zhuǎn)入步驟8 ；
[0029](5)、若當(dāng)前動力電池電壓低于額定電壓，即U <Ue，則判斷當(dāng)前電壓動力電池電壓U是否不低于初始電壓UO，即U≥UO是否成立；若條件不成立，即U〈U0，則轉(zhuǎn)入步驟8 ；
[0030](6)、若當(dāng)前動力電池電壓U不低于初始電壓電壓U0，即U≥UO，則通過整車通訊網(wǎng)絡(luò)向動力電池管理系統(tǒng)獲取當(dāng)前動力電池溫度t及允許放電電流I ;
[0031](7)、判斷當(dāng)前動力電池的溫度t是否恢復(fù)到了可輸出最佳效能的最低溫度T，即 t ^ T是否滿足；
[0032](8)、如果動力電池電壓U大于等于額定電壓Ue，即U≥Ue ;或當(dāng)前動力電池電壓 U低于初始電壓UO ;或當(dāng)前動力電池的溫度t已經(jīng)恢復(fù)到了可輸出最佳效能的最低溫度T， 即t > T時(shí)；表示動力電池加熱完成,置位動力電池加熱標(biāo)志F=I;
[0033](9)、若當(dāng)前動力電池的溫度t低于可輸出最佳效能的最低溫度T，即t < T時(shí)，通過固定導(dǎo)通開關(guān)組合SVPWM控制來對動力電池進(jìn)行加熱控制。
[0034]本發(fā)明原理為，由于動力電池有一定的內(nèi)阻R，一般都有近百毫歐，低溫時(shí)內(nèi)阻會進(jìn)一步增大，當(dāng)動力電池有電流流過時(shí)，電池由于內(nèi)阻的存在而發(fā)熱，使動力電池的溫度升高。如公式(I )、(2)所示，若動力電池的自身發(fā)熱功率為P，為防止動力電池升溫過快，而造成安全隱患，通過控制放電電流I，便可控制電池的升溫速率。
[0035]P=I2XR(I)
[0036]其中:1——動力電池輸出電流(A)
[0037]R——動力電池內(nèi)阻(Q )
[0038]P——動力電池發(fā)熱功率(W)
[0039]根據(jù)熱力學(xué)公式，因預(yù)加熱時(shí)，散熱系統(tǒng)不工作，電池組在密閉環(huán)境中，估算時(shí)忽略散熱系統(tǒng)損耗的溫升公式如公式(2)所示。
[0040]Pt=cm A T(2)
[0041]其中:P-動力電池發(fā)熱功率(W)
[0042]c——動力電池平均比熱容(J/ (kg ? K)
[0043]m-動力電池質(zhì)量(kg)
[0044]AT——動力電池溫升(K)
[0045]t-動力電池發(fā)熱時(shí)間(S)
[0046]例如:動力電池內(nèi)阻為IOOmQ，放電電流為100A時(shí)，動力電池的發(fā)熱功率為lkW，且為內(nèi)部發(fā)熱，可以較快將動力電池溫度升高，且有較高的加熱效率。
[0047]根據(jù)PWM調(diào)壓原理，功率逆變裝置是通過調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓大小，系統(tǒng)回路平均電流I如公式(3)所示，通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比，便可控制系統(tǒng)平均電流。[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車動力電池組加熱控制方法，其特征在于，包括以下步驟:(I )、將動力電池、電機(jī)控制系統(tǒng)和車身電機(jī)串聯(lián)形成動力電池回路；(2)、車輛啟動前，電機(jī)控制系統(tǒng)檢測動力電池的溫度和電壓，當(dāng)檢測的動力電池的溫度低于動力電池可輸出最佳效能的溫度T以及動力電池電壓U大于動力系統(tǒng)額定電壓U0 時(shí)，對動力電池進(jìn)行加熱控制；(3)、對動力電池進(jìn)行加熱控制的方法為:利用電機(jī)作為限流緩沖裝置，控制電機(jī)控制系統(tǒng)的開關(guān)管的導(dǎo)通方式，同時(shí)調(diào)節(jié)導(dǎo)通的開關(guān)管的占空比控制動力電池回路相電流，使動力電池內(nèi)阻發(fā)熱從而帶動動力電池溫度升高，實(shí)現(xiàn)動力電池的可控升溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于:所述步驟(1)中動力電池回路為三相全橋逆變器電路，包括電源、電阻、連接在電源兩端的并聯(lián)的三個(gè)橋臂，以及一端分別與每個(gè)橋臂中間連接、另一端連接在一起的三相阻感負(fù)載，每個(gè)橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于:所述步驟(3)中開關(guān)管的導(dǎo)通方式為:固定導(dǎo)通其中的三個(gè)開關(guān)管，其中串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)管不同時(shí)導(dǎo)通，使電機(jī)處于自然堵轉(zhuǎn)狀態(tài),控制動力電池回路零機(jī)械功率輸出對動力電池進(jìn)行加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于:所述對動力電池進(jìn)行加熱的具體控制步驟為:(1)、通過檢測動力電池加熱結(jié)束標(biāo)志F是否置位，來判斷動力電池加熱是否完成，即F 是否等于I;(2)、如果動力電池加熱完成，即F=l，則轉(zhuǎn)入正常電機(jī)控制，包括相應(yīng)起動指令起動發(fā)動機(jī)；(3)、如果動力電池加熱未完成，即F=0，則繼續(xù)進(jìn)行動力電池加熱控制，首先通過AD采樣采集當(dāng)前動力電池電壓U ;(4)、判斷當(dāng)前動力電池電壓U是否不低于額定電壓Ue;若條件成立，即U > Ue，則轉(zhuǎn)入步驟8 ;(5)、若當(dāng)前動力電池電壓低于額定電壓，即U<Ue，則判斷當(dāng)前電壓動力電池電壓U是否不低于初始電壓UO，即U≤UO是否成立；若條件不成立，即U〈U0，則轉(zhuǎn)入步驟8 ；(6)、若當(dāng)前動力電池電壓U不低于初始電壓電壓UO，即U≤U0,則通過整車通訊網(wǎng)絡(luò)向動力電池管理系統(tǒng)獲取當(dāng)前動力電池溫度t及允許放電電流I ;(7)、判斷當(dāng)前動力電池的溫度t是否恢復(fù)到了可輸出最佳效能的最低溫度T，即t> T 是否滿足；(8)、如果動力電池電壓U大于等于額定電壓Ue，即U≤Ue;或當(dāng)前動力電池電壓U低于初始電壓UO ;或當(dāng)前動力電池的溫度t已經(jīng)恢復(fù)到了可輸出最佳效能的最低溫度T，即 t > T時(shí)；表示動力電池加熱完成,置位動力電池加熱標(biāo)志F=I;(9)、若當(dāng)前動力電池的溫度t低于可輸出最佳效能的最低溫度T，即t< T時(shí)，通過固定導(dǎo)通開關(guān)組合PWM控制來對動力電池進(jìn)行加熱控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于:所述步驟(3)中開關(guān)管的導(dǎo)通方式為:控制開關(guān)管按一定循環(huán)順序三三導(dǎo)通，其中串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)管不同時(shí)導(dǎo)通，按固定旋轉(zhuǎn)頻率對電機(jī)角度進(jìn)行模擬，使電機(jī)控制系統(tǒng)的模擬角度方向與電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)方向相同，讓電機(jī)控制系統(tǒng)按正常的電機(jī)控制方法進(jìn)行換向控制對動力電池進(jìn)行加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于:所述對動力電池進(jìn)行加熱的具體控制步驟為:(I )、通過檢測動力電池加熱結(jié)束標(biāo)志F是否置位，來判斷動力電池加熱是否完成，SP 是否等于I;(2)、如果動力電池加熱完成，即F=l，則轉(zhuǎn)入正常電機(jī)控制，包括相應(yīng)起動指令起動發(fā)動機(jī)；(3)、如果動力電池加熱未完成，即F=O，則繼續(xù)進(jìn)行動力電池加熱控制，首先通過AD采樣采集當(dāng)前動力電池電壓U ;(4)、判斷當(dāng)前動力電池電壓U是否不低于額定電壓Ue;若條件成立，即U > Ue，則轉(zhuǎn)入步驟8 ;(5)、若當(dāng)前動力電池電壓低于額定電壓，即U<Ue，則判斷當(dāng)前電壓動力電池電壓U是否不低于初始電壓UO，即U≥UO是否成立；若條件不成立，即U〈U0，則轉(zhuǎn)入步驟8 ；(6)、若當(dāng)前動力電池電壓U不低于初始電壓電壓U0，即U≥U0，則通過整車通訊網(wǎng)絡(luò)向動力電池管理系統(tǒng)獲取當(dāng)前動力電池溫度t及允許放電電流I ;(7)、判斷當(dāng)前動力電池的溫度t是否恢復(fù)到了可輸出最佳效能的最低溫度T，即t≥ T 是否滿足；(8)、如果動力電池電壓U大于等于額定電壓Ue，即U≥Ue;或當(dāng)前動力電池電壓U低于初始電壓UO ;或當(dāng)前動力電池的溫度t已經(jīng)恢復(fù)到了可輸出最佳效能的最低溫度T，即 t > T時(shí)；表示動力電池加熱完成,置位動力電池加熱標(biāo)志F=I;(9)、若當(dāng)前動力電池的溫度t低于可輸出最佳效能的最低溫度T，即t< T時(shí)，通過固定導(dǎo)通開關(guān)組合SVPWM控制來對動力電池進(jìn)行加熱控制。
【文檔編號】H01M10/60GK103560304SQ201310580900
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】尹國慧, 王洪濤, 羅建武, 程誠, 孫志華, 徐剛, 呂曉武 申請人:東風(fēng)汽車公司