本發(fā)明涉及一種鋰離子蓄電池組快速加熱并保持恒溫的方法，特別涉及一種鋰離子蓄電池組在極端低溫下快速加熱并保持恒溫的方法。

背景技術(shù)：

目前，鋰離子蓄電池組已經(jīng)被廣泛用于航空、航天、動力等各個領(lǐng)域，但是鋰離子蓄電池組往往存在極端低溫條件下性能變差，穩(wěn)定性變差等缺陷?，F(xiàn)今通常對鋰離子蓄電池組在極端低溫條件下加熱的解決方案是用加熱膜進行加熱，但是主流方案下加熱膜又無法快速加熱，加熱后電池組內(nèi)部溫度波動會大大增加，使得鋰離子蓄電池組內(nèi)部溫度的穩(wěn)定性欠佳，將會嚴(yán)重影響鋰離子蓄電池組性能的穩(wěn)定性和可靠性。

因此，要改變鋰離子蓄電池組在極端低溫條件下運行不良的現(xiàn)狀，提供一種鋰離子蓄電池組在極端低溫下快速加熱并保持恒溫的方法，將是該領(lǐng)域技術(shù)人員亟待著手解決的問題之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種設(shè)計合理、操作簡便、應(yīng)用效果顯著的鋰離子蓄電池組在極端低溫下快速加熱并保持恒溫的方法。

為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種鋰離子蓄電池組在極端低溫下快速加熱并保持恒溫的方法，其特征在于：該方法實施步驟如下：

(1)采用電熱聚酰亞胺加熱膜和電池組保溫層，以及內(nèi)溫監(jiān)控BMS組成配置；其中電熱聚酰亞胺加熱膜要保證絕緣電阻大于500MΩ，表面空燒溫度小于60℃；

(2)當(dāng)電池組內(nèi)溫降至到0℃以下，電池組BMS開啟加熱回路，此時電池組可被允許加熱，充放電回路關(guān)斷；當(dāng)操作人員開啟加熱命令以后，加熱膜會在外部電源的作用下開啟加熱，隨后電池組內(nèi)部溫度會線性增加，15分鐘后電池組內(nèi)部溫度到達10℃左右，此時BMS即自動開啟恒溫模式；

(3)采用PID算法，通過比例、微分、積分運算調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)電池組恒溫階段內(nèi)部溫度，保證恒溫階段內(nèi)部溫度波動控制在10％以內(nèi)，充放電回路被打開，此時電池組既可充電也可放電；

(4)為保證升溫速度，在電池組外部包裹保溫層，使電池組加熱快速以及提高適用性。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明方法應(yīng)用可在-40℃條件下，以重量為10kg的鋰離子蓄電池組經(jīng)過15分鐘時間即可升溫至零上10℃，并且利用PID算法對鋰離子蓄電池組溫度進行恒溫控制，使得鋰離子蓄電池組內(nèi)部溫度保持恒溫，更加穩(wěn)定可靠。本發(fā)明方法設(shè)計合理，易于實施，成本低以及拓展性強，應(yīng)用效果非常顯著，大大提高了鋰離子蓄電池組性能的穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明組成部分示意圖；

圖2是本發(fā)明中溫度隨時間變化效果曲線圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對依據(jù)本發(fā)明提供的具體實施方式、特征詳述如下：

一種鋰離子蓄電池組在極端低溫下快速加熱并保持恒溫的方法，該方法具體實施步驟如下：

(1)采用電熱聚酰亞胺(PI)加熱膜和電池組保溫層，以及內(nèi)溫監(jiān)控BMS(電池管理系統(tǒng))組成配置；其中PI加熱膜要保證絕緣電阻大于500MΩ，表面空燒溫度小于60℃；所述電熱聚酰亞胺(PI)加熱膜具有功率密度大，功率衰減低的特點；

(2)當(dāng)電池組內(nèi)溫降至到0℃以下，電池組BMS開啟加熱回路，此時電池組可被允許加熱，充放電回路關(guān)斷；當(dāng)操作人員開啟加熱命令以后，加熱膜會在外部電源的作用下開啟加熱，隨后電池組內(nèi)部溫度會線性增加，15分鐘后電池組內(nèi)部溫度到達10℃左右，此時BMS即自動開啟恒溫模式；

(3)采用PID算法，通過比例、微分、積分運算調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)電池組恒溫階段內(nèi)部溫度，保證恒溫階段內(nèi)部溫度波動控制在10％以內(nèi)，充放電回路被打開，此時電池組既可充電也可放電；

(4)為保證升溫速度，在電池組外部包裹保溫層，使電池組加熱快速以及提高適用性。

如圖1所示，BMS通過MOS管控制加熱膜實現(xiàn)加熱，內(nèi)部則采用PID算法對電池組加熱進行調(diào)節(jié)。

具體實施PID算法如下：

其中：

ΔTemp:調(diào)整溫度，

TempOffset(t)＝設(shè)定溫度(t)-TempNow(t)，

TempNow(t):當(dāng)前測定溫度，

K_p:比例參數(shù),K_I：積分參數(shù),K_D：微分參數(shù)，

T_W:脈沖寬度,T_S：脈沖周期；

在PID整定過程中采用典型PID參數(shù)計算表預(yù)設(shè)參數(shù)(Ziegler-Nichols參數(shù)，根據(jù)不同系統(tǒng)環(huán)境下PID參數(shù)不盡相同，以下計算舉例說明)：

Step1：根據(jù)不同類型和功率的加熱膜在不同環(huán)境溫度下會有不同的PWM控制模式，可根據(jù)自身的加熱膜工況得出公式2(經(jīng)驗公式)，按照此公式配置PWM控制波形，保溫曲線會較為平穩(wěn)；

Step2:調(diào)節(jié)控制參數(shù)直至較為滿意，最終三個控制參數(shù)如下：

K_p＝0.8,K_I＝0.17,K_D＝0.112，

如實時測定在t時刻，溫度偏差為：

Tempoffset(t)＝0.5，

則將數(shù)值帶入公式1

根據(jù)之前的記錄數(shù)據(jù)最終得到輸出為：3.26帶入公式2，此時PWM占空比應(yīng)為85％。

偽代碼如下：

經(jīng)過對參數(shù)進行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)實現(xiàn)了加熱以及恒溫的控制功能。

如圖2所示，X軸為加熱時間(標(biāo)度單位0.5S)，Y軸為測定點溫度(標(biāo)度單位1℃)，其中每一個曲線則代表測定點的實時溫度；說明隨時間變化加熱溫度快速，效果非常突出。

本發(fā)明的工作原理及特點：

本發(fā)明方法在對加熱膜結(jié)構(gòu)和控制進行改進后，提出了在15分鐘內(nèi)將10kg左右的電池組從-40℃低溫環(huán)境加熱到10℃左右，并且保持內(nèi)溫10℃恒定的一體化解決方案。

本發(fā)明采用PI加熱膜(PI加熱膜具有功率密度大，功率衰減低的特點)和電池組保溫層，以及內(nèi)溫監(jiān)控BMS組成配置，當(dāng)電池組內(nèi)溫突降到零下以后，電池組BMS開啟加熱回路此時電池組可以被允許加熱，充放電回路關(guān)斷，當(dāng)操作人員開啟加熱命令以后，加熱膜會在外部電源的作用下開啟加熱，隨后電池組內(nèi)部溫度會線性增加，約15分鐘后電池組內(nèi)部溫度到達10℃左右，此時BMS會自動開啟恒溫模式，采用PID算法調(diào)節(jié)電池組內(nèi)部溫度波動會在10％以內(nèi)，充放電回路被打開此時電池組可以充電也可以放電。

本發(fā)明方法是一種實現(xiàn)-40℃低溫環(huán)境下對10kg電池組在15分鐘快速加熱到零上10℃，并且保持電池組內(nèi)部10℃恒溫(±10％)的調(diào)節(jié)控制方法；并可將10kg電芯于15分鐘內(nèi)升溫50℃；可用PID算法系統(tǒng)進行恒溫保持，且恒溫段波動范圍在10％之內(nèi)。

本發(fā)明使用PI加熱膜，以及PID算法調(diào)節(jié)，是對鋰離子蓄電池組進行快速加熱和最終保持恒溫的新技術(shù)方案；本發(fā)明方法具有操作簡單，安全性好，實施成本低和拓展性強等特點。

上述參照實施例對鋰離子蓄電池組在極端低溫下快速加熱并保持恒溫的方法進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的；因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。