一种电池包低温热管理与均衡协同控制方法与流程

本发明涉及锂离子电池温控，具体涉及一种电池包低温热管理与均衡协同控制方法。

背景技术：

1、低温环境下，锂离子电池内部活性降低、内阻增大，导致放电容量显著下降。同时，电池包内不同位置的电芯因散热条件差异（边缘散热快、中心散热慢）以及电芯自身产热速率的不同，会产生明显的温度梯度。温度较低的电芯放电能力受限，而温度较高的电芯仍可释放较多能量，由于系统放电能量取决于最低能量电芯短板效应，这种不一致性降低了电池包的整体可用容量。

2、有关针对锂离子电池包在低温工况下的加热控制、温差能量收益评估及充电均衡补偿的方法的现有技术主要分布在以下三类公开文献及产品方案中：

3、（1）加热膜静态功率分布设计技术：如专利申请cn202310214009.1公开的加热膜功率设计方法，通过仿真确定电池包内不同位置的散热差异（边缘散热快、中心散热慢），将加热膜的功率密度设计为自中心向两端递增，从而补偿边缘散热损失。该方案在电池包设计阶段一次性确定加热膜的功率分布，属于“静态设计”。

4、（2）基于能量收益的低温加热决策技术：如专利申请cn202210145263.6公开的低温行车的电池加热方法，通过计算加热所消耗的能量与加热后电池恢复的放电容量之间的差值，判断是否启动行车加热。该方案仅考虑了总容量的恢复收益，未考虑电芯间温差缩小带来的额外可用电量释放。

5、（3）利用均衡元件为加热装置供电的技术：如山东大学公开的专利《耦合非耗散式均衡系统的电池低温加热系统及方法》，利用均衡储能元件（如超级电容）存储能量后为加热装置供电，实现低温自加热。

6、（4）现有产品方案：目前主流电动汽车（如特斯拉、比亚迪、蔚来等）的低温加热策略多为：检测到最低电芯温度低于阈值（如0℃）后，启动ptc或加热膜全功率加热，直至温度达标后关闭。该方案未区分电芯温差、未进行收益评估，能耗较高。

7、现有技术中，已有通过仿真计算电芯温度分布、设计加热膜静态功率分布、以及基于能量收益决策加热启动等方法。但是，这些技术存在以下不足：

8、1、未能将电芯温差直接映射为各电芯间的放电量差异，缺乏量化温差能量损失的工程手段；

9、2、加热膜的功率分布多为静态设计，无法适应工况变化（如电流、soc、充放电倍率变化导致的产热量动态变化）；

10、3、仅考虑加热能耗与恢复容量的比较，是一种比较粗略的计算方法，且未考虑缩小温差带来的电量收益和不同行车工况的收益

11、4、缺乏利用系统内最高温度电芯直接为加热膜供电的闭环能量流设计，并通过低温放电阶段的温差导致的放电量偏差与充电阶段的均衡补偿进行耦合控制。

12、基于这一技术背景，本发明研究了一种电池包低温热管理与均衡协同控制方法和制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种电池包低温热管理与均衡协同控制方法，通过建立电池包电热耦合仿真模型，以及电芯放电标定获得温差与放电量差异的映射关系，根据环境温度和换热能力动态选择对所述电池包的加热策略，并基于用户习惯与导航信息计算温差能量收益和加热耗能收益以决策加热启动，同时在充电阶段根据不同电芯放电量偏差启动均衡补偿，从而提升低温工况下的电池包可用容量、能量效率及电芯一致性。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种电池包低温热管理与均衡协同控制方法，包括：

3、建立电池包电热耦合仿真模型；

4、在不同温度工况下对所述电池包的电芯进行放电标定；

5、根据环境温度和换热能力动态选择对所述电池包的加热策略；

6、基于用户习惯与导航信息的收益决策对所述电池包进行加热启动；

7、在充电阶段基于放电量偏差对所述电池包进行均衡补偿。

8、本发明的有益效果包括：

9、（1）本发明提出的电池包低温热管理与均衡协同控制方法，通过建立电池包电热耦合仿真模型，以及电芯放电标定获得温差与放电量差异的映射关系，根据环境温度和换热能力动态选择对所述电池包的加热策略，并基于用户习惯与导航信息计算温差能量收益和加热耗能收益以决策加热启动，同时在充电阶段根据不同电芯放电量偏差启动均衡补偿，从而提升低温工况下的电池包可用容量、能量效率及电芯一致性。

10、（2）本发明提出的电池包低温热管理与均衡协同控制方法，首次建立了从电芯温度分布到放电量差异的工程映射，为收益决策提供精确依据；将“缩小电芯温差可释放更多电量”作为独立收益项，填补了现有技术空白。

11、（3）本发明提出的电池包低温热管理与均衡协同控制方法，动态调整加热速率和加热方式：采用少量加热膜布置、热导率非对称结构设计，利用电池包或高温区域放电给低温区域加热的方式，动态调节加热膜的加热速率，同时监控soc偏差，保证系统安全应用；整个电池包和温度较高的中心区电芯串联分别作为加热供电电源，形成两个独立的加热回路，并由bms控制，由bms耦合不同时刻不同工况，采用2种不同加热策略收益与环境变化协同运算，保证收益最大。

12、（4）本发明提出的电池包低温热管理与均衡协同控制方法，温度均衡自由度更大，能耗更低：若电池包在低温工况下存在多个低温边缘区，则每个分区布置加热膜，外部并联加热供电电源，并进行独立的功率调节。

13、（5）本发明提出的电池包低温热管理与均衡协同控制方法，具备跨阶段协同均衡：将低温放电造成的电量偏差在充电阶段主动补偿，提升长期一致性，延长电池寿命；具备自适应学习能力：通过历史数据更新映射模型，使控制策略不断优化。

14、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

1.一种电池包低温热管理与均衡协同控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，建立电池包电热耦合仿真模型包括：

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述环境温度为-40℃~25℃；

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在不同温度工况下对所述电池包的电芯进行放电标定包括：

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述不同温度包括-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、15℃和20℃；

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据环境温度和换热能力动态选择对所述电池包的加热策略包括：

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，根据环境温度和换热能力动态选择对所述电池包的加热策略还包括：

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，基于用户习惯与导航信息的收益决策对所述电池包进行加热启动包括：

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述用户历史驾驶习惯包括平均单次行驶里程、常用路线、平均车速及用车时间；

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在充电阶段基于放电量偏差对所述电池包进行均衡补偿包括：