[发明专利]一种低温环境下动力电池内部加热预测控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种低温环境下动力电池内部加热预测控制方法及装置，其方法为：测量系统将实时采集的动力电池表面温度、端电压、电流信息输入至控制系统；控制系统采用无迹卡尔曼滤波方法实时估计电池在当前状态下的核心温度，访问实验数据库获得相应的电热耦合模型参数，并通过基于模型的预测方法计算预测时域中电池的核心温度，求解考虑多种加热性能的多目标优化问题，输出控制时域中第一个脉冲加热电流作为PID控制的参考电流，实现超级电容和动力电池之间双向脉冲电流加热。重复以上过程直至动力电池的核心温度达到目标。本发明缩短动力电池的加热时间，降低加热过程中电池的能量及寿命损耗，有效提高电动汽车在低温环境下的续航里程。

技术领域

本发明属于动力电池管理技术领域，具体涉及一种低温环境下动力电池内部加热预测控制方法及装置。

背景技术

在低温环境下，锂离子动力电池的性能大幅度降低，致使电动汽车遭受严重的行驶里程损失，同时增加了电动汽车的运行成本和寿命损耗。因此，在电动汽车行驶之前，需要对动力电池进行加热，使其温度达到正常工作温度范围。如何在低温环境下，以更高效、更节能、寿命损耗更小的方法实现动力电池的升温成为了电动汽车在寒冷地区普及的关键问题。

现有技术中，外部加热利用专门设计的热管理系统，将外部热源产生的热量通过传热介质传递到电池组，其具有较低的传热效率、相对较长的加热时间和不均匀的电池单体加热温度。内部加热策略能够很好的解决上述问题，利用电池在低温下阻抗高的特点，通过施加电流在电池内部产生大量电化学热。现有的内部加热技术通常需要额外的外部电源提供加热电流，同时未能考虑不同温度、不同荷电状态、不同加热电流速率下电池模型参数的变化，不能做到最快、最高效地加热动力电池，同时降低电池的寿命损耗。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术的不足，提供一种低温环境下动力电池内部加热预测控制方法及装置，能够快速、高效地对动力电池进行内部加热，减少电动汽车的热管理系统成本，以提高电动汽车在低温环境下的使用性能。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种低温环境下动力电池内部加热预测控制方法，包括：

步骤S1，获取电池初始荷电状态；

步骤S2，设定预测时域的长度、控制时域的长度和控制时域内每个控制时间窗口的大小；

步骤S3，采集动力电池当前的表面温度、端电压和加热电流；

步骤S4，以动力电池当前采集的表面温度作为观测数据，以动力电池当前采集的加热电流和环境温度作为参考因素数据，采用卡尔曼滤波算法估计动力电池当前的核心温度；

步骤S5，根据动力电池当前的荷电状态、步骤S3得到的加热电流和步骤S4得到的动力电池核心温度，确定动力电池当前的电热耦合模型参数；

步骤S6，根据动力电池当前时间点k的荷电状态S(k)、核心温度T(k)、电热耦合模型参数Γ(k)以及在预测时域内给定的加热电流序列u(j),j＝k+1,k+2,…,k+N，对动力电池在预测时域内的荷电状态和核心温度进行滚动预测以及滚动更新动力电池的电热耦合模型参数，得到动力电池在预测时域内的核心温度序列T(j),j＝k+1,k+2,…,k+N；

其中，所述给定的加热电流序列，通过求解以下多目标优化问题得到：

式中，α为能量损耗的惩罚因子，I_ppc为加热电流的最大限制值；

步骤S7，在当前开始的第一个控制时间窗口内，对动力电池均执行脉冲加热电流u(k+1)；

步骤S8，重复步骤S3至步骤S7，直到动力电池的核心温度达到目标值。