一種低溫環(huán)境下預(yù)熱充電損耗最優(yōu)化電池組充電方法
【專利摘要】一種低溫環(huán)境下預(yù)熱充電損耗最優(yōu)化電池組充電方法，涉及一種電池組充電方法。本發(fā)明的目的是對(duì)電池組低溫環(huán)境下充電過程中的預(yù)熱過程的能量消耗和充電過程的能量損耗進(jìn)行最優(yōu)化。技術(shù)要點(diǎn)：在低溫環(huán)境下通過對(duì)電池組進(jìn)行預(yù)加熱，使電池組充電性能得到恢復(fù)。然后以電池預(yù)加熱目標(biāo)溫度和電池充電電流為求解量，根據(jù)在電池廠商提供的充電電流及工作溫度范圍內(nèi)，以預(yù)熱、充電過程中能量消耗最小為目標(biāo)確定，利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)優(yōu)化算法確定預(yù)加熱目標(biāo)溫度和電池組恒流充電電流。該方法可以有效提升電池組低溫運(yùn)行能力。
【專利說明】-種低溫環(huán)境下預(yù)熱充電損耗最優(yōu)化電池組充電方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電池組充電方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在低溫環(huán)境下，電池組的充電性能會(huì)下降，影響電池組的低溫運(yùn)行能力，當(dāng)溫度過 低時(shí)，甚至無法進(jìn)行充電。因此在低溫環(huán)境下往往需要對(duì)電池組進(jìn)行預(yù)加熱，使電池組充電 性能得到恢復(fù)。現(xiàn)有技術(shù)對(duì)低溫環(huán)境的電池組進(jìn)行充電時(shí)，沒有考慮預(yù)熱充電過程中能量 損耗和整個(gè)預(yù)熱充電過程的時(shí)間消耗，所以沒有對(duì)預(yù)熱充電過程中的消耗能量和消耗時(shí)間 進(jìn)行控制，沒有實(shí)現(xiàn)損耗最優(yōu)化管理控制，導(dǎo)致容易出現(xiàn)電池組中的某個(gè)單體過溫，產(chǎn)生充 電過程中熱失控，嚴(yán)重地影響了整個(gè)電池組的使用使命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種低溫環(huán)境下預(yù)熱充電損耗最優(yōu)化電池組充電方法，以對(duì) 電池組低溫環(huán)境下充電過程中的預(yù)熱過程的能量消耗和充電過程的能量損耗進(jìn)行最優(yōu)化。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：
[0005] -種低溫環(huán)境下預(yù)熱充電損耗最優(yōu)化電池組充電方法，所述方法的實(shí)現(xiàn)過程為：
[0006] 步驟一、對(duì)電池組進(jìn)行預(yù)熱，確定電池組的預(yù)熱目標(biāo)溫度與預(yù)熱時(shí)間th6at的關(guān) 系：
[0007] 考慮預(yù)熱能量一部分用于加熱電池組，另一部分傳遞給空氣，給出電池組預(yù)熱階 段的能量平衡方程為 ：

【權(quán)利要求】
1. 一種低溫環(huán)境下預(yù)熱充電損耗最優(yōu)化電池組充電方法，其特征在于：所述方法的實(shí) 現(xiàn)過程為： 步驟一、對(duì)電池組進(jìn)行預(yù)熱，確定電池組的預(yù)熱目標(biāo)溫度1\與預(yù)熱時(shí)間th6at的關(guān)系： 考慮預(yù)熱能量一部分用于加熱電池組，另一部分傳遞給空氣，給出電池組預(yù)熱階段的 能量平衡方程為： P^^heat nGbatterymbatterydT+Cairmai rdT (11) 其中P為對(duì)電池組進(jìn)行預(yù)熱的功率，n為電池組中電池個(gè)數(shù)，CbattOTy為單體電池的比熱 容，mbattOTy為單體電池的質(zhì)量，T為電池溫度，Cai，為空氣比熱容，mai,為電池箱中空氣的質(zhì) 量，上述參數(shù)均可測(cè)量，為已知參數(shù)； 根據(jù)上述已知參數(shù)計(jì)算得到用于加熱電池組預(yù)熱消耗的能量占總預(yù)熱能量比例U為： U nC^atterynibattery (Ti T。) /Ptheat (12) 上式（1-2)簡(jiǎn)化為： Ti = F^t^J (1-3) 根據(jù)實(shí)際需求或電池廠家提供的電池推薦工作溫度對(duì)預(yù)熱目標(biāo)溫度進(jìn)行如下限 定： Tlmin ^ Tj ^ Tlmax (1-4) 為使電池組的充電性能得到一定程度的恢復(fù)，對(duì)預(yù)熱時(shí)間theat進(jìn)行如下限定， theat ^ tmin (1_5) 步驟二、對(duì)電池組進(jìn)行充電，并根據(jù)預(yù)熱目標(biāo)溫度和充電電流，確定電池組各個(gè)時(shí)刻 的電池溫度： 在將電池箱中電池組預(yù)熱到一定溫度后，對(duì)電池組進(jìn)行充電，在充電過程中，在使用 不同的充電電流時(shí)，充電所消耗的時(shí)間不同；根據(jù)電池?zé)崞胶夥匠桃约吧鸁?、散熱方程獲得 電池在充電過程中時(shí)間內(nèi)，充電電流下充電結(jié)束時(shí)的溫度； 其中對(duì)于電池組單體有熱平衡方程：
其中m是單體質(zhì)量，（；是電池?zé)崛萘浚琓為電池某一時(shí)刻t的溫度，/C代表電池生熱， 〃廣代表電池散熱； 其中單體電池的生熱方程為：
在生熱方程中nt為過電勢(shì)，即t時(shí)刻電池端電壓與開路電壓的差值，其與電池的充放 電電流和電池剩余電量SOC有關(guān)，即 nt = F(SOC，Icharge) (1-8) 其中AS為化學(xué)反應(yīng)中的熵變，n為參與化學(xué)反應(yīng)的電子數(shù)量，F(xiàn)為法拉第常數(shù)； 用等式
式（1-9)中SOC代表電池剩余電量，P代表當(dāng)前環(huán)境下的壓強(qiáng)，表明熵變與電池開路電 壓0CV對(duì)溫度T的導(dǎo)數(shù)的關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定式（1-7)中的

單體電池的散熱方程表示為：
在散熱方程中h代表傳熱系數(shù)，A為單體表面面積，Ta為環(huán)境溫度，均為已知參數(shù)； 根據(jù)6個(gè)方程可求解在電流充電過程中任意單體在任意時(shí)刻的溫 度為： T=fQcharge,tcharge,SOC, (1-12) 其中： S〇C*Cbattery (1 13) 式中，SOQ是充電時(shí)的初始電池組電量 認(rèn)為充電的最終狀態(tài)為電池組最終達(dá)到充滿，此時(shí)電池組SOC= 100% ; 即式（1-12)表示為： T=f(Icharge,theat) (1 - 14) 根據(jù)電池手冊(cè)或使用說明書，會(huì)對(duì)電池充電電流以及電池工作最大溫度進(jìn)行如下限 定： Imin Icharge € Imax (115) T2 彡T- (1-16) 步驟三、確定電池組預(yù)熱過程消耗的能量和充電過程損耗的能量的總和： 根據(jù)以上所示在選取不同的充電電流1^$時(shí)，電池充滿所需要的充電時(shí)間也不 同，整個(gè)預(yù)熱充電環(huán)節(jié)消耗的總時(shí)間為： ttotal theat+tcharge (1 17) 根據(jù)式（1-13)可得上式的簡(jiǎn)化公式：
對(duì)于預(yù)熱環(huán)節(jié)，其能量損耗為： Wheat = P*theat = Hi (theat) (1-19) 對(duì)于充電環(huán)節(jié)，其過程中的能量損耗為：
則整個(gè)預(yù)熱充電環(huán)節(jié)的能量損耗總和為： Wtotal Wheat+Wcharge H (Icharge，theat) (1 21) 步驟四、以電池組預(yù)熱過程消耗的能量和充電過程損耗的能量之和最小為優(yōu)化目標(biāo)， I\、T2的取值范圍為約束條件，從而確定最優(yōu)目標(biāo)下的預(yù)熱時(shí)間tteat和充電電流: 整個(gè)電池組的預(yù)熱充電損耗wtotal和預(yù)熱充電時(shí)間tt(rtal均與電池組預(yù)熱階段消耗的時(shí) 間UP充電階段的充電電流1。!^有關(guān)，可由公式（1-4)，（1-5)，（1-15)，（1-16)確定電 池組預(yù)熱階段消耗的時(shí)間thMt和充電階段的充電電流這兩個(gè)變量的取值范圍： theat G (1-22) I charge [ U2 Upu2的范圍為已知，利用優(yōu)化算法確定整個(gè)電池組的預(yù)熱充電損耗wt()tal最小時(shí)的電 池組預(yù)熱階段消耗的時(shí)間thMt和充電階段的充電電流這兩個(gè)變量的取值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫環(huán)境下預(yù)熱充電損耗最優(yōu)化電池組充電方法，其特 征在于：在步驟一中，tmin的取值范圍為5?10°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低溫環(huán)境下預(yù)熱充電損耗最優(yōu)化電池組充電方法， 其特征在于：在步驟四中，所述優(yōu)化算法為最小二乘法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法或粒子群優(yōu)化。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK104409788SQ201410680901
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】朱春波, 孫金磊, 楊鵬, 胡宸, 宋凱, 魏國(guó), 逯仁貴 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)