一种动力电池低温充电加热系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种动力电池低温充电加热系统，包括电池管理系统、动力电池模组、加热电源、加热组件、加热继电器和信息采集设备，电池管理系统、加热继电器和信息管理系统组成加热系统的控制回路；加热组件、加热继电器、信息采集设备和加热电源通过线束或铜排实现硬连结，组成加热系统的加热回路。加热组件能够在动力电池模组处于低温环境时，对动力电池模组提供热量进行加热；所述电池管理系统根据信息采集设备采集的电流、电压和温度等信息，精确调整加热组件的加热功率，快速提高动力电池内部环境温度，保证动力电池模组受热均匀，达到降低动力电池模组及零部件温差的效果，从而提高了动力电池的性能及循环寿命。
【专利说明】
一种动力电池低温充电加热系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及动力电池加热管理技术领域，特别涉及一种动力电池低温充电加热系统。
【背景技术】
[0002]动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。动力电池作为新能源汽车的主要动力源，其对工作环境温度的要求较为苛刻，为满足全国范围内的正常使用，动力电池工作环境温度一般要求为-30 °C — 60 °C。受电池自身材料影响，动力电池特别是锂离子电池在环境温度处于O 0C-5 0C时，动力电池低温下充电能力较弱，充电内阻过大，充电功率低；当动力电池环境温度处于O°C以下时，动力电池仅允许微弱电流充电甚至不允许充电，强行充电会导致动力电池发生异常反应，严重时可导致动力电池析锂，存在动力电池起火、爆炸等安全问题。
[0003]为实现动力电池总成的低温充电能力，现有技术一般分为两种:一种是采用整车的空调系统，当电池环境温度较低时，启动空调系统，提升电池内部的环境温度;另一种是在动力电池底部增加保温材料，保证动力电池始终属于最佳工作温度范围。
[0004]两种方法在一定程度上提高了动力电池的低温充电能力，但由于电池结构及空间限制，电池加热及保温实际都存在死角，长期使用会造成电池模块及其他零部件的温差的加大，降低动力电池的性能及循环寿命。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种动力电池低温充电加热系统，以解决现有技术中存在的电池模块与其他零部件温差较大，降低动力电池的性能和循环寿命的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]一种动力电池低温充电加热系统，包括:
[0008]动力电池模组，所述动力电池模组包括多个单体电池；
[0009]加热电源，所述加热电源为所述动力电池低温充电加热系统提供电能；
[0010]加热组件，用于加热所述单体电池，所述加热组件与所述加热电源组成加热回路；
[0011]加热继电器，串联于所述加热回路中，并通过CAN总线连接电池管理系统；
[0012]信息采集设备，通过CAN总线连接电池管理系统，用于采集所述加热回路中的电流、所述单体电池极柱的电压以及所述单体电池极柱表面的温度；
[0013]电池管理系统，所述电池管理系统根据所述信息采集设备采集的电流、电压和温度对所述加热继电器进行控制，当所述动力电池模组处于低温环境时，闭合所述加热继电器，以导通所述加热回路，使所述加热组件对所述单体电池进行加热；当所述动力电池模组的温度处于其工作温度时，打开所述加热继电器，断开所述加热回路，停止所述加热组件对所述单体电池的加热。
[0014]优选地，所述动力电池低温充电加热系统还包括加热保险，所述加热保险串联于所述加热回路中。
[0015]优选地，所述加热组件紧贴所述动力电池模组的电芯导热板。
[0016]优选地，所述加热组件为PTC加热板。
[0017]优选地，所述PTC加热板通过PTC固定支架固定在所述动力电池模组的电芯导热板表面。
[0018]优选地，所述信息采集设备包括电流传感器、电压传感器和温度传感器;其中所述电流传感器用于采集所述加热回路中的电流;所述电压传感器用于采集所述单体电池极柱的电压;所述温度传感器用于采集所述单体电池极柱表面的温度。
[0019]优选地，所述加热电源为车载充电机，所述加热组件通过连接车载充电机的充电接口，与所述车载充电机组成加热回路。
[0020]优选地，所述车载充电机的充电接口为直流充电接口或交流充电接口。
[0021 ]经由上述的技术方案可知，本发明提供的动力电池低温充电加热系统，包括电池管理系统、动力电池模组、加热电源、加热组件、加热继电器和信息采集设备，电池管理系统、加热继电器和信息管理系统组成加热系统的控制回路;加热组件、加热继电器、信息采集设备和加热电源通过线束或铜排实现硬连结，组成加热系统的加热回路。所述电池管理系统通过信息采集设备采集的电流、电压和温度等信息，根据获得的多项数据精确调整加热组件的加热功率，使加热组件在动力电池处于较低温度环境时，对所述动力电池模组进行加热，快速提高动力电池内部环境温度，保证动力电池模组受热均匀，达到降低动力电池模组及零部件温差的效果，从而提高了动力电池的性能及循环寿命。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明提供的动力电池低温充电加热系统示意图；
[0024]图2为本发明实施例提供的动力电池模组与PTC加热板组装过程示意图；
[0025]图3为本发明实施例提供的动力电池模组与PTC加热板组装结果示意图；
[0026]图4为本发明实施例优选的动力电池低温充电加热系统示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]发明人发现，现有技术中的两种方法均在一定程度上提高了动力电池的低温充电能力，但其中采用空调系统的方式，由于使用空调系统加热，电池箱体有进风口和出风口，风进入进风口时，由于惯性风会往进风口的后端电池(靠近进风口电池称为前端电池，远离进风口电池称为后端电池)走，在流量不变的情况下，当截流面积越小时，其流速越大，带走的热量也越多。而出风口电池温度比进风口电池温度大，存在热累积，所以，为保证温场均匀，一般将热管理系统设计成从进风口到出风口的风道间隙逐渐减小的V形。但受动力电池空间限制，很难实现V形，绕流措施设置不合理会导致流场不均，从而存在热管理的死角;而在动力电池底部增加保温材料的方式，由于仅在电池底部增加保温材料，电池两侧与空气直接接触，电池两侧未能实现保温，动力电池的整体保温效果较低，也存在热管理的死角。
[0029]基于此，本发明实施例提供一种动力电池低温充电加热系统，如图1所示，包括:电池管理系统1、动力电池模组(图中未示出)、加热组件2、加热电源3、加热继电器4和信息采集设备5。其中，电池管理系统I与加热继电器4通过CAN总线相连，电池管理系统I与信息采集设备5通过CAN总线相连，电池管理系统1、加热继电器4和信息管理系统5组成加热系统的控制回路。加热组件2、加热继电器4、信息采集设备5和加热电源3通过线束或铜排实现硬连结，组成加热系统的加热回路。
[0030]电池管理系统I (Battery Management System，简称BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括:电池物理参数实时监测；电池状态估计;在线诊断与预警;充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等，本发明中主要涉及所述电池管理系统的热管理功能。所述电池管理系统根据信息采集设备采集的电流、电压和温度对所述加热继电器进行控制，当所述动力电池模组处于低温(o°c及(TC以下)环境时，闭合所述加热继电器，以导通加热回路，使所述加热组件对所述单体电池进行加热；当所述动力电池模组的温度处于其工作温度时，打开所述加热继电器，断开所述加热回路，停止所述加热组件对所述单体电池的加热。加热过程中，BMS通过信息采集设备检测动力电池模组采集相应的信息，监控加热回路工作状态，并控制加热功率，保证动力电池处于最佳的工作温度范围。
[0031]动力电池模组包括多个单体电池，所述动力电池模组可以由多个单体电池串联组成;也可以由多个单体电池并联组成;还可以由多个单体电池相互串联形成小组后，再与多个单体电池相互串联形成的小组并联而成，本实施例中，对单体电池的组合形式不做限定。
[0032]加热组件2用于加热动力电池模组的单体电池，加热组件2与加热电源3组成加热回路，加热电源3为所述动力电池低温充电加热系统提供电能。本实施例中加热电源3优选为车载充电机，在本发明的其他实施例中，加热电源3还可以为其他能够给加热系统提供电能的装置。当所述加热电源为车载充电机时，所述加热组件通过连接车载充电机的充电接口，与所述车载充电机组成加热回路。所述车载充电机的充电接口优选为直流充电接口或交流充电接口。需要说明的是，所述加热组件可以是加热片或加热板，本实施例对此不做限定。优选地，本实施例中加热组件为PTC加热板，其中，PTC(Posi ti ve TemperatureCoefficient，热敏电阻)为一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。
[0033]如图2所示，本实施例中PTC加热板21通PTC固定支架22安装在动力电池模组23上，图3为安装组成结果示意图。其中动力电池模组23由多个单体电池串并联组成，在动力电池模组的一侧，一般为靠近动力电池箱体的外侧，设置有电芯导热板，所述导热板能够将热量分散给不同的单体电池。本实施例中PTC加热板21与所述导热板直接接触，从而当加热系统启动后，PTC加热板21能够将产生的热量通过导热板传递给单体电池，实现对电池模组的加热。一般情况下，动力电池模组在没有加热系统的情况下，靠近电池模组箱体外侧的温度较电池模组箱体中心的温度低5-8度左右，本实施例中通过PTC加热板21对动力电池模组23进行加热，能够提高动力电池表面和内部的温度，从而降低动力电池模组与其零部件之间的温度差。
[0034]加热继电器4用于控制所述加热回路的导通或断开，加热继电器4通过CAN总线连接所述电池管理系统I。当动力电池模组的温度较低，需要加热时，加热继电器4闭合，导通加热回路，加热组件2加热动力电池模组，当动力电池模组经过预加热，达到动力电池模组的最佳工作温度范围时，加热继电器4打开，断开所述加热回路，停止对动力电池模组进行加热。
[0035]本发明提供的动力电池低温充电加热系统还包括信息采集设备5，信息采集设备5通过CAN总线连接所述电池管理系统I，用于采集所述加热回路中的电流、所述单体电池极柱的电压以及所述单体电池极柱表面的温度。信息采集设备5集成于所述电池管理系统I中，并通过引线连接到需要被采集信息的设备或装置上，例如本实施例中，信息采集设备包括电流传感器、电压传感器和温度传感器。所述电流传感器的引线连接在所述加热回路中，用于采集加热回路中的电流，本实施例中不限定所述电流传感器引线在加热回路中的具体位置，只要能够检测出所述加热回路中的电流即可。所述电压传感器的引线连接在单体电池的正负极极柱上，用于采集单体电池极柱的电压。所述温度传感器的引线也连接在单体电池极柱上，用于采集单体电池极柱表面的温度。
[0036]需要说明的是，信息采集设备还可以用于采集包络动力电池模组的主回路的电流。由于本实施例中信息采集设备的采集方式相较于现有技术中仅采集动力电池模组表面温度的采集方式的可靠性更高，受环境及电动汽车车体振动冲击的影响较小，因此能够更加准确的采集动力电池模组的加热电流和单体电池的温度和电压信息，提供给电池管理系统的数据更加准确，使得电池管理系统对加热组件的加热功率控制更加精确，从而保证了动力电池模组的恒定的温升速率，降低了动力电池模块与其零部件之间的温差。
[0037]同时，由于信息采集设备采集温度信息时，温度传感器测量的是动力电池模组单体电池的正负极极柱，正负极极柱的温度相对于单体电池表面的温度更能体现动力电池内部的温度，在加热组件对动力电池加热时，能够准确得到动力电池内部的温度，防止动力电池模块内部温度过高，进而减少动力电池模块内部温度过高对动力电池模组造成的损害。
[0038]当电动汽车处于低温(0°C及(TC以下)环境中时，动力电池进行低温充电，受锂离子电池本身的材料特性，动力电池不允许进行充电，因此，需要本实施例中提供的动力电池低温充电加热系统提前对动力电池进行预热。具体过程为:
[0039]信息采集设备监测到动力电池模组的温度为(TC或(TC以下，将信号通过CAN总线传输到电池管理系统，电池管理系统通过CAN总线发送指令给加热继电器，加热继电器闭合，开启动力电池低温充电加热系统。车载充电机通过车载充电机的充电接口为加热系统提供加热电源。加热回路导通，加热组件开始为动力电池模组进行加热。在加热过程中，信息采集设备实时采集加热回路中的电流、单体电池极柱的电压以及单体电池极柱表面的温度，并将采集到的信息通过CAN总线反馈给电池管理系统，电池管理系统根据信息采集设备采集的信息，调整加热回路中的电流，保证动力电池模组具有恒定的温升速率，从而保证了动力电池模组均匀受热，减小了动力电池模组与其零部件之间的温度差，提高了动力电池的性能及循环寿命。
[0040]当信息采集设备监测到动力电池模组的环境温度达到动力电池模组适宜充电的温度时，将信号通过CAN总线传输给电池管理系统，电池管理系统通过CAN总线发送指令给加热继电器，所述加热继电器断开，从而将加热回路断开，动力电池模组的预热结束。此时，动力电池模组启动充电。
[0041 ]以上可以看出，本实施例提供的动力电池低温充电加热系统，包括电池管理系统、动力电池模组、加热电源、加热组件、加热继电器和信息采集设备，所述电池管理系统通过信息采集设备采集的电流、电压和温度等信息，根据采集到的多项数据精确调整加热组件的加热功率，在动力电池处于较低温度环境时，对所述动力电池模组进行加热，快速提高动力电池内部环境温度，保证动力电池模组受热均匀，达到降低动力电池模组及零部件温差的效果，从而提高了动力电池的性能及循环寿命。
[0042]本发明的另一个实施例提供一种动力电池低温充电加热系统，如图4所示，包括:电池管理系统1、动力电池模组(图中未示出)、加热组件2、加热电源3、加热继电器4、信息采集设备5以及加热保险6。
[0043]其中，电池管理系统I与加热继电器4通过CAN总线相连，电池管理系统I与信息采集设备5通过CAN总线相连，电池管理系统1、加热继电器4和信息管理系统5组成加热系统的控制回路。而加热组件2、加热电源3、加热继电器4、信息采集设备5和加热保险6通过线束或铜排实现硬连结，组成加热系统的加热回路。
[0044]其中，加热电源3优选为车载充电机，加热组件2通过连接车载充电机的充电接口，与所述车载充电机组成加热回路。所述车载充电机的充电接口优选为直流充电接口或交流充电接口。
[0045]加热保险串联在加热回路中，用于在紧急情况下，断开加热回路。加热保险处于常闭合的状态，当信息采集设备监测到加热回路中的电流和动力电池的温度异常，加热电流和加热温度超过加热系统的承受能力时，将信息传输给电池管理系统，电池管理系统紧急发送指令要求加热继电器断开，关闭加热系统;加热保险则起保护加热回路线缆及PTC加热板的作用，当加热系统发生短路及其他异常情况时，加热保险及时熔断，保证加热系统及动力电池及时断开，从而保证高压安全。需要说明的是，所述加热保险串联在加热回路中，本实施例中对所述加热保险的具体位置不做限定，只要可以起到断开加热回路的作用即可。
[0046]本实施例提供的加热系统包括电池管理系统、加热组件、加热保险和信息采集设备，所述加热组件能够在动力电池模组处于低温环境时，对动力电池模组提供热量进行加热;所述信息采集设备能够准确采集加热回路的电流、单体电池极柱的电压以及单体电池极柱表面的温度，提供给电池管理系统，使电池管理系统更加精确地控制动力电池模组的温升速率，从而使动力电池模组受热均匀，降低动力电池模块与其零部件之间的温差;加热保险能够在加热系统出现短路及其他异常情况时，及时熔断，对加热系统及动力电池模组起到保护作用。
[0047]需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0048]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种动力电池低温充电加热系统，其特征在于，包括: 动力电池模组，所述动力电池模组包括多个单体电池； 加热电源，所述加热电源为所述动力电池低温充电加热系统提供电能； 加热组件，用于加热所述单体电池，所述加热组件与所述加热电源组成加热回路； 加热继电器，串联于所述加热回路中，并通过CAN总线连接电池管理系统； 信息采集设备，通过CAN总线连接电池管理系统，用于采集所述加热回路中的电流、所述单体电池极柱的电压以及所述单体电池极柱表面的温度； 电池管理系统，所述电池管理系统根据所述信息采集设备采集的电流、电压和温度对所述加热继电器进行控制，当所述动力电池模组处于低温环境时，闭合所述加热继电器，以导通所述加热回路，使所述加热组件对所述单体电池进行加热；当所述动力电池模组的温度处于其工作温度时，打开所述加热继电器，断开所述加热回路，停止所述加热组件对所述单体电池的加热。2.根据权利要求1所述的动力电池低温充电加热系统，其特征在于，还包括加热保险，所述加热保险串联于所述加热回路中。3.根据权利要求1所述的动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述加热组件紧贴所述动力电池模组的电芯导热板。4.根据权利要求3所述的动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述加热组件为PTC加热板。5.根据权利要求4所述的动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述PTC加热板通过PTC固定支架固定在所述动力电池模组的电芯导热板表面。6.根据权利要求1所述的动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述信息采集设备包括电流传感器、电压传感器和温度传感器;其中所述电流传感器用于采集所述加热回路中的电流;所述电压传感器用于采集所述单体电池极柱的电压;所述温度传感器用于采集所述单体电池极柱表面的温度。7.根据权利要求1所述的动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述加热电源为车载充电机，所述加热组件通过连接车载充电机的充电接口，与所述车载充电机组成加热回路。8.根据权利要求7所述的动力电池低温充电加热系统，其特征在于，所述车载充电机的充电接口为直流充电接口或交流充电接口。
【文档编号】H01M10/42GK105870542SQ201610414027
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】曹海涛, 贺刚, 邓承浩, 邓柯军, 吴金明, 龚攀
【申请人】重庆长安汽车股份有限公司, 重庆长安新能源汽车有限公司