本發(fā)明涉及動力電池熱管理領(lǐng)域，具體涉及一種動力電池低溫加熱方法。
背景技術(shù)：
：在低溫環(huán)境下，有必要對電池進行提前預熱處理，提高動力電池冷啟動溫度，提高電池工作性能。當前解決電池低溫問題較為常見的是低溫加熱，主要有空氣加熱方式、液冷式、電加熱等外部加熱形式，但這些車用電池低溫外部加熱系統(tǒng)，能量利用率較低、加熱效果較差，一定時間內(nèi)將電池加熱到指定溫度后，又由于電池與外部環(huán)境熱交換熱輻射等原因造成較大的熱損失，對于電池包周圍的工作環(huán)境溫度的控制不到位，無法有效持續(xù)保證動力電池的最佳工作溫度。因此，為保證理想的加熱效果，有必要采取內(nèi)部加熱方法。目前常見的內(nèi)部加熱方法主要有交流電加熱方法，但是現(xiàn)有技術(shù)中，在交流電加熱過程中，采用單一幅值和頻率的交流電，未考慮電池的安全性能，無法有效限制電池在加熱過程中的電壓，在加熱過程中，容易造成電池端電壓超限現(xiàn)象，進而導致電池壽命縮短。因此，本發(fā)明為克服上述技術(shù)缺陷，提出了一種變電流梯次加熱系統(tǒng)及加熱方法，這種加熱策略可以在低溫環(huán)境下，保證電池電壓在正常的工作范圍內(nèi)和電池電流在最大可承載范圍內(nèi)，進而實現(xiàn)電池內(nèi)部快速升溫、高效加熱，保障了電池在低溫環(huán)境下的使用性能，且在加熱過程中，已經(jīng)過實驗驗證，施加的電流為標準的正弦波交流電，不會對電池壽命造成影響，有利于提高電池的一致性和使用壽命。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的一種動力電池交流電變電流梯次加熱方法，該方法包括：(a)更新當前溫度下動力電池的開路電壓值和電池阻抗值；(b)根據(jù)所述開路電壓值和電池阻抗值更新交流電激勵電流幅值，所述交流電激勵電流幅值為當前溫度下動力電池最大的允許電流限值；以該交流電激勵電流值施加在動力電池，進行動力電池內(nèi)部加熱；(c)電池溫度每升高目標溫度幅值，重復進行步驟(a)和(b)，直到動力電池溫度達到目標溫度。本發(fā)明的另一種動力電池交流電變電流梯次加熱方法，該方法包括：s1：獲取當前溫度下動力電池的開路電壓值和電池阻抗值；s2：根據(jù)所述開路電壓值和電池阻抗值計算交流電激勵電流幅值，所述交流電激勵電流幅值為當前溫度下動力電池最大的允許電流限值；s3：以步驟s2中得到的所述交流電激勵電流幅值，進行動力電池內(nèi)部加熱。s4：判斷動力電池溫度是否升高目標溫度幅值，若是，執(zhí)行s5；若否，執(zhí)行s3，繼續(xù)以s2步驟計算得到的交流電激勵電流幅值進行動力電池內(nèi)部加熱；s5：判斷動力電池是否達到目標溫度，若是停止加熱；若否，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s1，更新動力電池的開路電壓值和電池阻抗值。優(yōu)選地，根據(jù)動力電池的soc值，結(jié)合當前動力電池溫度,根據(jù)控制器內(nèi)預存的開路電壓值和溫度關(guān)系獲取所述開路電壓值。優(yōu)選地，根據(jù)控制器內(nèi)預存的電池阻抗值與電池溫度的關(guān)系獲取當前溫度下的電池阻抗值。優(yōu)選地，將測量的動力電池加熱前的端電壓作為開路電壓值初始值，優(yōu)選地，目標溫度幅值是1度、0.5度、0.25度或2度。本發(fā)明的加熱方法還可用于電池管理系統(tǒng)。附圖說明圖1為本發(fā)明所述的變電流梯次加熱流程圖圖2為本發(fā)明所述的r-t等效電路模型圖具體實施方式：本發(fā)明所涉及的動力電池包括動力電池單體、動力電池包、或者成組后的動力電池組。本發(fā)明使用ocv代表開路電壓，i代表動力電池的輸入的交流激勵電流，t為所述動力電池溫度。本發(fā)明所述的動力電池交流電變電流梯次加熱方法如附圖1所示。本發(fā)明所述的動力電池交流電變電流梯次加熱方法，該方法包括：ocv-t曲線的建立、r-t模型的建立、交流電激勵電流幅值的計算。下面分別對上述各個部分進行詳細敘述：首先，ocv-t曲線的建立方法如下，動力電池的ocv與t，在荷電狀態(tài)soc和老化程度相對穩(wěn)定的狀態(tài)下，具有一一對應的映射關(guān)系。該映射關(guān)系是電池本身所固有的物化特性，與電池本身的材料有關(guān)，同類電池在相同soc、相同老化壽命下的該映射關(guān)系無明顯變化。根據(jù)該映射關(guān)系，可建立在一定soc、一定老化壽命下相對穩(wěn)定的ocv-t曲線，即開路電壓隨溫度變化曲線。依據(jù)該曲線，即可在確定soc情況下,由某時刻溫度值估計該時刻的ocv值。該曲線的具體建立過程如下：步驟①：在指定的溫度下，用電池的額定電流，將電池充滿電后進行電池的滿充滿放實驗，取三次以上實驗結(jié)果的充電量均值作為充電容量，取三次以上實驗結(jié)果的放電量均值作為放電容量。步驟②：在該溫度下將電池充滿電，靜置兩小時后測量電池的端電壓，該測量值即可被認為是100％soc狀態(tài)下的ocv；逐次用額定電流放步驟①所測放電容量的指定百分比(如50％)，每次放電指定百分比(如50％)后均靜置兩小時后再測量端電壓，該測量值即可被認為是該荷電狀態(tài)下的ocv(車載動力電池管理系統(tǒng)bms可以直接估算當前電池的soc值)。步驟③：在指定的電池荷電狀態(tài)下，逐次調(diào)整電池環(huán)境溫度(如20℃，18℃，16℃，14℃，12℃，…..-20℃)，并靜置4小時以上，以便電池溫度分布的一致性，再測量端電壓，該測量值即可被認為是該溫度下的ocv。步驟④：將步驟③所測得的三次數(shù)據(jù)取均值，即可認為是指定荷電狀態(tài)下的ocv-t的準確值；步驟⑤：采用組合模型式(1)對ocv與t關(guān)系進行擬合，進而得到α0,α1,…,α6的值，完成ocv-t曲線的建立。uocv(t)＝α0+α1t+α2t2+α3t3+α4/t+α5ln(t)+α6ln(1-t)式(1)α0,α1,…,α6為組合模型的系數(shù)；下面闡述本發(fā)明所述的r-t模型的建立方法，本發(fā)明以thevenin動力電池等效電路模型為例，模型參見如圖2，來闡述該動力電池阻抗隨溫度變化的關(guān)系和阻抗計算方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以使用領(lǐng)域熟知的其他模型來替換上述thevenin動力電池等效電路模型。其中，r0(t)為歐姆阻抗隨溫度變化擬合曲線，rsei(t)為sei膜隨溫度變化的擬合曲線，rct(t)為電化學阻抗隨溫度變化擬合曲線，csei為sei的電容，cdl為電化學反應的電容。所述的ocv-t曲線和r-t模型在交流加熱前已經(jīng)預先存入bms系統(tǒng)中，并可以由bms系統(tǒng)調(diào)用和控制。動力電池系統(tǒng)中的電池管理系統(tǒng)(bms)能夠通過數(shù)據(jù)采集器或傳感器實時采集動力電池單體和/或動力電池組的端電壓的測量值ut(k)和溫度，以及環(huán)境溫度等信息，并儲存在相應的存儲器，為交流電激勵電流幅值計算提供可靠地實時信息輸入。本發(fā)明所述的交流電激勵電流幅值的計算如下，根據(jù)歐姆定律，k時刻t溫度下電池能夠承受的最大電流限值可由下式(3)、(4)得出：iupper_limit(k,t)＝(umax-uocv(k,t))/r(k,t)式(3)ilower_limit(k,t)＝(umin-uocv(k,t))/r(k,t)式(4)其中k時刻t溫度下的ocv可由式(1)，iupper_limit(k,t)和ilower_limit(k,t)為k時刻t溫度下最大的允許電流限值，umin為電池最低允許電壓限值，umax為電池允許的最高電壓限值。因此輸入的交流電激勵電流幅值i：i≤iupper_limit且i≤ilower_limit當iupper_limit≥ilower_limit，則i＝ilower_limit；式(5)當iupper_limit≤ilower_limit，則i＝iupper_limit；式(6)本發(fā)明所述的一種用于動力電池交流電變電流梯次加熱方法，該方法具體步驟為：s1：開展交流電加熱前，bms測量當前電池溫度和環(huán)境溫度；s2:判斷是否需要進行交流電加熱，當電池溫度高于設(shè)定閥值時，此時不需要進行低溫預熱，電動汽車正常啟動或工作；當電池溫度低于設(shè)定閥值時，使用交流電對動力電池加熱。s3：根據(jù)bms系統(tǒng)給出的當前動力電池的soc值，結(jié)合當前動力電池溫度,根據(jù)bms系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)預存的前述ocv-t曲線獲取ocv值：對于車輛啟動預熱，由于在開展交流電加熱前，車輛一般經(jīng)過至少6小時以上的泊車時間，此時動力電池的ocv值趨近于動力電池端電壓值，因此優(yōu)選地，將bms測量的加熱前的動力電池端電壓作為ocv初始值，這會大大縮短獲取ocv初始值所需的遞推過程收斂時間。根據(jù)bms系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)預存的前述r-t模型獲取當前溫度下的電池阻抗值。s4：根據(jù)式(5)、(6)，計算交流電激勵電流幅值，以交流電激勵電流值施加在動力電池，執(zhí)行交流電加熱。s5：以步驟s4中得到的所述交流電激勵電流幅值，進行動力電池內(nèi)部加熱。s6：判斷動力電池溫度是否升高目標溫度幅值，優(yōu)選地目標幅值是1度或0.5度，若是，執(zhí)行s7；若否，執(zhí)行s5，繼續(xù)以s4步驟計算得到的交流電激勵電流幅值執(zhí)行交流電加熱。s7：判斷動力電池是否達到目標溫度，若是停止加熱，完成動力電池內(nèi)部加熱；若未達到目標溫度，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟s3，更新ocv、r值，進而更新交流電激勵電流幅值，以更新后的交流電激勵電流幅值進行動力電池內(nèi)部加熱。以此循環(huán)，動力電池溫度每升高一次目標溫度幅值，更新一次交流電激勵電流幅值，完成變電流梯次加熱。該加熱方法保證動力電池在不同的溫度區(qū)間內(nèi)，都能夠以最大交流電激勵電流加熱，且保證了電池安全和壽命，進而實現(xiàn)電池內(nèi)部快速升溫和高效加熱。下面通過實驗數(shù)據(jù)進一步闡明本發(fā)明的實施方式。選用18650型鎳鈷錳三元電池nmc為研究對象，其額定容量為3ah，充放電截止電壓分別為4.2v和3v。加熱的初始溫度為恒定-20℃，用電池的溫升曲線和循環(huán)加熱實驗每10次加熱循環(huán)后測試電池的容量，來驗證該方法的可靠性與實用性。根據(jù)實驗結(jié)果，本發(fā)明所提出的梯次交流電加熱方法與傳統(tǒng)方法相比具有以下優(yōu)勢：(1)比較快的溫度升高，采用該方法能夠?qū)㈦姵貜?20℃升高到10℃，僅需要630秒；(2)對電池壽命無損傷；經(jīng)過40次循環(huán)加熱實驗對電池的容量無明顯損傷。(3)通過對電流幅值的限制，保證了電流未出現(xiàn)過充，過放等現(xiàn)象。表1梯次加熱每10次循環(huán)后的容量實驗循環(huán)數(shù)充電容量(ah)放電容量(ah)03.0683.061103.0663.056202.9722.974303.0523.051403.0413.045當前第1頁12