一種電動汽車動力電池組加熱控制方法
【專利摘要】本發明屬于汽車動力電池【技術領域】，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、可電機控制系統和驅動電機，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和電機控制系統連接，所述電機控制系統分別與所述動力電池系統和驅動電機連接。本發明利用電動汽車原有電驅動系統實現動力電池加熱，動力電池的能量主要用于動力電池自身發熱，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
【技術領域】
[0001]本發明屬于汽車動力電池【技術領域】，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】
[0002]全球能源與環境的嚴峻形勢、特別是國際金融危機對汽車產業的巨大沖擊，推動 世界各國加快交通能源戰略轉型，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、循環壽命長、自發電率低等優 點，因此在電動汽車中被廣泛應用，但該類動力電池在低溫時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時的電池輸出容量只有 常溫容量的1/3。在冬天氣溫較低時，由于動力電池的輸出容量降低，極大影響具有起停功 能的車輛起動發動機的成功率，甚至無法起動發動機。因此，在冬天溫度較低時，發動起啟 動前，采取措施對動力電池進行升溫顯得尤為必要。傳統的做法都是給電池組增加升溫系 統，如電熱絲、PTC材料加熱，循環水加熱等，實現困難、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]檢索現有專利，中國專利文獻公開了申請號為201010280142.x的一種純電動汽 車動力電池的加熱系統及其控制方法，該加熱系統安裝于電池組內，加熱裝置為有進水口 和出水口的中空的散熱片及一個輔助加熱器。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，同時輔助加熱器采用燃燒乙醇燃料作為輔助加熱。可見該方法需在動 力電池組內增加一套加熱裝置，不僅加熱效率低，而且占用整車有限空間，增加了成本，同 時燃燒乙醇作為輔助加熱，燃燒后產生二氧化碳，增加了車輛的碳排放。
[0005]現中國專利文獻公開了申請號為201120479849.3的一種電動汽車動力電池組加 熱裝置，該加熱裝置包括內部盛有加熱介質的封閉容器和與車載電源連接的加熱控制器， 在封閉容器上設置進、出液口，并通過管子連接進液口和出液口形成循環管路，在循環管路 中串接水泵，循環管路的一部分與電動汽車的動力電池組接觸，封閉容器內設置感應發熱 部件，感應發熱部件下方設置有電磁線圈，用于產生高頻交變電磁場使得感應發熱部件感 應發熱。該方法需在動力電池組外增加一套感應發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，還產生電磁輻射。
【發明內容】
[0006]本發明的目的就是為了解決上述【背景技術】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動系統對電動汽車動力電池組進行加 熱。
[0007]本發明采用的技術方案是: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、電機控制系統和車身電機串聯形成動力電池回路；
[0009](2)、車輛啟動前，電機控制系統檢測動力電池的溫度和電壓，當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大于動力系統額定電壓 UO時，對動力電池進行加熱控制；
[0010](3)、對動力電池進行加熱控制的方法為:利用電機作為限流緩沖裝置，控制電機控制系統的開關管的導通方式，同時調節導通的開關管的占空比控制動力電池回路相電流，使動力電池內阻發熱從而帶動動力電池溫度升高，實現動力電池的可控升溫。[0011]進一步的，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的三個橋臂，以及一端分別與每個橋臂中間連接、另一端連接在一起的三相阻感負載，每個橋臂包括兩個串聯的開關管。
[0012]進一步的，所述步驟(3)中開關管的導通方式為:固定導通其中的三個開關管，其中串聯的兩個開關管不同時導通，使電機處于自然堵轉狀態，控制動力電池回路零機械功率輸出對動力電池進行加熱。
[0013]進一步的，所述對動力電池進行加熱的具體控制步驟為:
[0014](I)、通過檢測動力電池加熱結束標志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,則轉入正常電機控制,包括相應起動指令起動發動機；
[0016](3)、如果動力電池加熱未完成，即F=0，則繼續進行動力電池加熱控制，首先通過 AD采樣采集當前動力電池電壓U ;
[0017](4)、判斷當前動力電池電壓U是否不低于額定電壓Ue ;若條件成立，即U≥UE 轉入步驟8 ；
[0018](5)、若當前動力電池電壓低于額定電壓，即U <Ue，則判斷當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，則轉入步驟8 ；
[0019](6)、若當前動力電池電壓U不低于初始電壓電壓U0，即U≥UO，則通過整車通訊網絡向動力電池管理系統獲取當前動力電池溫度t及允許放電電流I ;
[0020](7)、判斷當前動力電池的溫度t是否恢復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 ;或當前動力電池電壓 U低于初始電壓UO ;或當前動力電池的溫度t已經恢復到了可輸出最佳效能的最低溫度T， 即t ≥ T時；表示動力電池加熱完成,置位動力電池加熱標志F=I;
[0022](9)、若當前動力電池的溫度t低于可輸出最佳效能的最低溫度T，即t < T時，通過固定導通開關組合PWM控制來對動力電池進行加熱控制。
[0023]進一步的，所述步驟(3)中開關管的導通方式為:控制開關管按一定循環順序三三導通，其中串聯的兩個開關管不同時導通，按固定旋轉頻率對電機角度進行模擬，使電機控制系統的模擬角度方向與電機正常旋轉方向相同，讓電機控制系統按正常的電機控制方法進行換向控制對動力電池進行加熱。
[0024]更進一步的，所述對動力電池進行加熱的具體控制步驟為:
[0025](I)、通過檢測動力電池加熱結束標志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,則轉入正常電機控制,包括相應起動指令起動發動機；
[0027](3)、如果動力電池加熱未完成，即F=0，則繼續進行動力電池加熱控制，首先通過 AD采樣采集當前動力電池電壓U ;
[0028](4)、判斷當前動力電池電壓U是否不低于額定電壓Ue ;若條件成立，即U≥Ue，則轉入步驟8 ；
[0029](5)、若當前動力電池電壓低于額定電壓，即U <Ue，則判斷當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，則轉入步驟8 ；
[0030](6)、若當前動力電池電壓U不低于初始電壓電壓U0，即U≥UO，則通過整車通訊網絡向動力電池管理系統獲取當前動力電池溫度t及允許放電電流I ;
[0031](7)、判斷當前動力電池的溫度t是否恢復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 ;或當前動力電池電壓 U低于初始電壓UO ;或當前動力電池的溫度t已經恢復到了可輸出最佳效能的最低溫度T， 即t > T時；表示動力電池加熱完成,置位動力電池加熱標志F=I;
[0033](9)、若當前動力電池的溫度t低于可輸出最佳效能的最低溫度T，即t < T時，通過固定導通開關組合SVPWM控制來對動力電池進行加熱控制。
[0034]本發明原理為，由于動力電池有一定的內阻R，一般都有近百毫歐，低溫時內阻會進一步增大，當動力電池有電流流過時，電池由于內阻的存在而發熱，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——動力電池內阻(Q )
[0038]P——動力電池發熱功率(W)
[0039]根據熱力學公式，因預加熱時，散熱系統不工作，電池組在密閉環境中，估算時忽略散熱系統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-動力電池質量(kg)
[0044]AT——動力電池溫升(K)
[0045]t-動力電池發熱時間(S)
[0046]例如:動力電池內阻為IOOmQ，放電電流為100A時，動力電池的發熱功率為lkW，且為內部發熱，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PWM調壓原理，功率逆變裝置是通過調節占空比來調節輸出電壓大小，系統回路平均電流I如公式(3)所示，通過調節開關管的占空比，便可控制系統平均電流。[0048]
【權利要求】
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、電機控制系統和車身電機串聯形成動力電池回路；(2)、車輛啟動前，電機控制系統檢測動力電池的溫度和電壓，當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大于動力系統額定電壓U0 時，對動力電池進行加熱控制；(3)、對動力電池進行加熱控制的方法為:利用電機作為限流緩沖裝置，控制電機控制系統的開關管的導通方式，同時調節導通的開關管的占空比控制動力電池回路相電流，使動力電池內阻發熱從而帶動動力電池溫度升高，實現動力電池的可控升溫。
2.根據權利要求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的三個橋臂，以及一端分別與每個橋臂中間連接、另一端連接在一起的三相阻感負載，每個橋臂包括兩個串聯的開關管。
3.根據權利要求2所述的控制方法，其特征在于:所述步驟(3)中開關管的導通方式為:固定導通其中的三個開關管，其中串聯的兩個開關管不同時導通，使電機處于自然堵轉狀態,控制動力電池回路零機械功率輸出對動力電池進行加熱。
4.根據權利要求3所述的控制方法，其特征在于:所述對動力電池進行加熱的具體控制步驟為:(1)、通過檢測動力電池加熱結束標志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，則轉入正常電機控制，包括相應起動指令起動發動機；(3)、如果動力電池加熱未完成，即F=0，則繼續進行動力電池加熱控制，首先通過AD采樣采集當前動力電池電壓U ;(4)、判斷當前動力電池電壓U是否不低于額定電壓Ue;若條件成立，即U > Ue，則轉入步驟8 ;(5)、若當前動力電池電壓低于額定電壓，即U<Ue，則判斷當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，則轉入步驟8 ；(6)、若當前動力電池電壓U不低于初始電壓電壓UO，即U≤U0,則通過整車通訊網絡向動力電池管理系統獲取當前動力電池溫度t及允許放電電流I ;(7)、判斷當前動力電池的溫度t是否恢復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;或當前動力電池電壓U低于初始電壓UO ;或當前動力電池的溫度t已經恢復到了可輸出最佳效能的最低溫度T，即 t > T時；表示動力電池加熱完成,置位動力電池加熱標志F=I;(9)、若當前動力電池的溫度t低于可輸出最佳效能的最低溫度T，即t< T時，通過固定導通開關組合PWM控制來對動力電池進行加熱控制。
5.根據權利要求2所述的控制方法，其特征在于:所述步驟(3)中開關管的導通方式為:控制開關管按一定循環順序三三導通，其中串聯的兩個開關管不同時導通，按固定旋轉頻率對電機角度進行模擬，使電機控制系統的模擬角度方向與電機正常旋轉方向相同，讓電機控制系統按正常的電機控制方法進行換向控制對動力電池進行加熱。
6.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于:所述對動力電池進行加熱的具體控制步驟為:(I )、通過檢測動力電池加熱結束標志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，則轉入正常電機控制，包括相應起動指令起動發動機；(3)、如果動力電池加熱未完成，即F=O，則繼續進行動力電池加熱控制，首先通過AD采樣采集當前動力電池電壓U ;(4)、判斷當前動力電池電壓U是否不低于額定電壓Ue;若條件成立，即U > Ue，則轉入步驟8 ;(5)、若當前動力電池電壓低于額定電壓，即U<Ue，則判斷當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，則轉入步驟8 ；(6)、若當前動力電池電壓U不低于初始電壓電壓U0，即U≥U0，則通過整車通訊網絡向動力電池管理系統獲取當前動力電池溫度t及允許放電電流I ;(7)、判斷當前動力電池的溫度t是否恢復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;或當前動力電池電壓U低于初始電壓UO ;或當前動力電池的溫度t已經恢復到了可輸出最佳效能的最低溫度T，即 t > T時；表示動力電池加熱完成,置位動力電池加熱標志F=I;(9)、若當前動力電池的溫度t低于可輸出最佳效能的最低溫度T，即t< T時，通過固定導通開關組合SVPWM控制來對動力電池進行加熱控制。
【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 優先權日:2013年11月19日
【發明者】尹國慧, 王洪濤, 羅建武, 程誠, 孫志華, 徐剛, 呂曉武 申請人:東風汽車公司