一种具有加热功能的动力电池系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有加热功能的动力电池系统，包括：电池支路、加热支路、供外部能量源输入的第一端口以及电池系统控制器；其中，所述电池支路包括动力电池以及设置在所述动力电池两侧的通断控制开关；所述加热支路包括用于对所述动力电池进行加热的加热单元，所述加热支路经由至少一个通断控制开关与所述电池支路并联；所述第一端口的第一端经由通断控制开关连接所述加热支路的第一端，所述第一端口的第二端连接所述加热支路的第二端；所述电池系统控制器能够控制各通断控制开关的通断，在满足电池加热条件时选择所述动力电池或所述外部能量源驱动所述加热单元，对所述动力电池进行加热。
【专利说明】
一种具有加热功能的动力电池系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及汽车新能源技术领域，具体涉及汽车的具有加热功能的动力电池系统。
【背景技术】
[0002]当今锂电池在电动车行业得到了广泛的应用。随着电动汽车应用的逐步推广，电动汽车运行的环境也越来越复杂，在低温下进行充放电的需求也更加紧迫。由于电池自身的温度特性，导致其在低温环境下充放电功率不足，严重影响电池系统的性能。
[0003]目前，解决电池低温充电的问题最为常见的方案是，利用充电机作为能量源给电池系统加热，使电池系统达到能够充电的温度。不过目前的连接方式，往往会导致充电机在给电池系统加热的时候，同时会给电池进行充电，而对电池进行低温充电可能会导致电池的安全性、寿命等种种方面的问题。
[0004]此外，目前的电池低温加热系统，往往只考虑低温下对电池加热后充电的需求，而未考虑在低温情况下车辆行驶的需求。实际上，低温情况下，如果车辆处于运行状态无法给电池加热从而使其工作在不适宜的温度，不能发挥电池充放电性能，对整车的动力性和续驶里程均会有较大的影响。并且，由于电池处于低温环境下不能回馈车辆制动能量，导致了很大的能源浪费。
[0005]考虑到上述问题，有必要设计一种能合理有效利用电池自身或充电机、回馈电机、其他车载动力系统作为能量源给电池加热的动力电池系统，使电池处于适宜的温度以获得最优化充放电功率，在解决低温环境充电困难的同时提高电池的动力性和整车经济性和电池系统的安全性。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种新的动力电池系统，该系统具有新的构型，能够合理有效利用电池自身、充电装置、回馈电机、其他车载动力系统作为能量源给电池加热，最终使电池处于适宜的温度以获得最优化充放电功率。在解决低温环境充电困难的同时提高电池的动力性和整车经济性。
[0007]因此，本实用新型公开了一种具有加热功能，特别是低温加热功能的动力电池系统，所述动力电池系统包括:
[0008]电池支路、加热支路、供外部能量源输入的第一端口以及电池系统控制器;其中，
[0009]所述电池支路包括动力电池以及设置在所述动力电池两侧的通断控制开关；
[0010]所述加热支路包括用于对所述动力电池进行加热的加热单元，所述加热支路经由至少一个通断控制开关与所述电池支路并联；
[0011]所述第一端口的第一端经由通断控制开关连接所述加热支路的第一端，所述第一端口的第二端连接所述加热支路的第二端；
[0012]所述电池系统控制器能够控制各通断控制开关的通断，在满足电池加热条件时选择所述动力电池或所述外部能量源驱动所述加热单元，对所述动力电池进行加热。
[0013]优选地，所述动力电池系统还包括供动力电池电压输出的第二端口，所述第二端口的第一端连接所述加热支路的第一端，所述第二端口的第二端连接所述电池支路的第二端并经由通断控制开关连接所述加热支路的第二端。
[0014]优选地，所述加热支路还包括电流测量单元，该电流测量单元监测流过所述加热单元的电流并且将测量结果传送给所述电池系统控制器，所述电池系统控制器根据所述测量结果来控制各通断控制开关。
[0015]优选地，所述加热支路还包括温控断路装置，以在所述加热单元的温度超过预定值的情况下，自动断开所述加热支路。
[0016]优选地，所述加热单元或所述动力电池上设置有温控开关，所述温控开关用于控制设置在所述加热支路的第一端与所述第一端口的第一端之间的通断控制开关的低压驱动电路，从而基于所述加热单元或所述动力电池的温度控制该通断控制开关的断开。
[0017]优选地，所述电池支路包括动力电池和分别设置在动力电池两端的第一通断控制开关和第二通断控制开关，所述加热支路的第一端经由所述第一通断控制开关连接所述第一端口的第一端，所述加热支路的第二端经由第三通断控制开关连接所述第二端口的第二端。
[0018]优选地，所述电池支路包括动力电池和分别设置在动力电池两端的第一通断控制开关和第二通断控制开关，所述加热支路的第二端经由第三通断控制开关连接所述第二端口的第二端，并且所述加热支路的第一端经由第四通断控制开关连接所述第一端口的第一端。
[0019]优选地，所述第二端口还用于由所述动力电池和所述外部能量源之外的能量源为所述动力电池提供加热所述加热单元或对所述电池进行充电的能量。
[0020]本实用新型的动力电池系统能够使用多种能量源(如电池自身或者充电机、回馈电机、其他车载动力系统等)给动力电池系统加热，能适应更加复杂的工况，并且在提高电池的动力性和整车经济性的同时提高了电池系统的安全性。
[0021]本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。
【附图说明】
[0022]参考附图，本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明，在附图中:
[0023]图1示出了根据本实用新型的一个实施例的动力电池系统示意图；
[0024]图2示出了根据本实用新型的另一实施例的动力电池系统示意图；
[0025]图3示出了根据本实用新型的另一实施例的动力电池系统示意图；以及
[0026]图4示出了根据本实用新型的另一实施例的动力电池系统的示意图。
[0027]附图标记说明:
[0028]110:动力电池系统；131:低压温控开关；
[0029]130:电池系统控制器;140:加热单元；122:热熔断装置；
[0030]124:电流测量单元；150:加热支路；
[0031 ]161:第一通断控制开关(电池支路负极通断控制开关)；
[0032]162:第二通断控制开关(电池支路正极通断控制开关)；
[0033]163:第三通断控制开关(充电通断控制开关)；
[0034]170:电池支路；180:动力电池；
[0035]191:动力电池输入输出端口；
[0036]192:外部能量源(充电机)输入端口；
[0037]210:动力电池系统;211:配电系统;231:低压温控开关；
[0038]230:电池系统控制器;240:加热单元;222:热熔断装置；
[0039]224:电流测量单元；250:加热支路；
[0040]261:第一通断控制开关(电池支路负极通断控制开关)；
[0041]262:第二通断控制开关(电池支路正极通断控制开关)；
[0042]263:第三通断控制开关(充电通断控制开关)；
[0043]264:第四通断控制开关；
[0044]270:电池支路;280:动力电池；
[0045]291:动力电池系统输入输出端口；
[0046]292:外部能量源(充电机)输入端口。
【具体实施方式】
[0047]下面，对本实用新型的优选实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本实用新型的实施方式仅仅是示例性的，并且本实用新型的技术精神及其主要操作不限于这些实施方式。
[0048]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
[0049]参照图1所示，根据本实用新型一实施例的具有加热功能的动力电池系统110包括:电池支路170、加热支路150、动力电池输入输出端口 191、外部能量源输入端口 192以及电池系统控制器130，电池支路170包括用于输出电流或接收充电电流的动力电池180以及多个(图1中为两个)通断控制开关161和162。加热支路150包括用于加热动力电池的加热单元140，加热支路140经由至少一个通断控制开关(如充电通断控制开关163)与电池支路170并联。外部能量源输入端口(也可称为充电端口)192，主要是充电机的输入端口，包括车载充电机和非车载充电机，即外部能量源为充电机。动力电池的输入输出端口 191用于电池电压向外部输出，以驱动整车电机等负载，此外，该端口 191也可以接受回馈电机等其他车载动力系统的输入，用于进行充电或对加热单元140进行加热。
[0050 ]电池系统控制器13 O与电池支路和加热支路连接，并能够控制各通断控制开关161、162和163的通断，在满足电池加热条件时可选择动力电池、回馈电机或外部能量源驱动加热单元，以对动力电池进行加热。并且，在不需要加热时，电池系统控制器130能够控制加热支路与电池支路或其他支路隔离，不影响动力电池系统正常使用。通断控制开关161和162用于断开或者连通电池支路，实现电池支路与其他支路的隔离或者导通，特别的，可实现与外部高压总线、能量源或者加热支路的隔离或者导通。
[0051]本实施例中，加热支路150利用电池支路中的通断控制开关，实现加热支路和电池支路的隔离或者导通，特别的，加热支路150—端连接到外部能量源输入端口 192的一端，通过第三通断控制开关(充电通断控制开关)163连接于电池支路(具体地连接到第二通断控制开关162)，另一端通过第一通断控制开关(电池支路负极通断控制开关)161连接到电池支路动力电池和外部能源输入输出端口 192的另一侧。
[0052]加热支路150中的加热单元140的一端(视图中左侧端)直接连接到充电端口192的一侧，加热支路150经由第三通断控制开关163连接于至少一个设置在电池支路中的通断控制开关162的外侧，加热支路150中的加热单元140的另一端(视图中右侧)通过至少一个通断控制开关161连接到充电端口 192的另一侧。
[0053]本实施例中，在加热支路并联到电池支路两端的时候，中间隔了一个通断控制装置162，这样可以防止加热的时候被充电，同时又具备电池对加热单元输出能量的功能。本实施例中，加热单元140例如可以是利用能量源加热的加热片，但本实用新型并不限于此。
[0054]电池系统控制器130可对整个系统和电池系统的状态进行检查:电池系统控制器130判断动力电池系统110是否存处于故障状态，如果处于故障状态，则电池系统控制器130报告故障并且断开电池支路170;动力电池系统110处于无故障状态后，电池系统控制器130判断动力电池是否需要加热，如果需要加热，则检测加热回路150是否处于故障状态。若加热回路150正常则进入加热状态，如果处于故障状态，则报告故障并且断开加热回路150。
[0055]电池系统控制器130判断电池系统是否存处于故障状态可以以如下方式进行:接通电池支路的通断控制开关，测定电池系统是否形成回路，以及动力电池两端的电压是否正常。
[0056]电池系统控制器130检测加热支路是否处于故障状态可以以如下方式进行:接通各通断控制开关161、162和163，即直接将动力电池的高压输出给加热单元，通过控制通断控制开关的不同闭合情况同时测量加热单元的电流，以判断加热单元工作是否正常。
[0057]电池系统控制器130可通过检测动力电池的温度来确定动力电池是否满足加热条件。加热条件例如可以包括充电加热条件、动力电池保温条件和/或行车加热条件:
[0058]充电加热条件，在准备充电前或者在充电过程中，如果动力电池温度低于最低充电温度或低于最佳充电温度范围，或者用户希望对动力电池加热，则满足充电加热条件；
[0059]动力电池保温条件，在汽车停驶状态，如果动力电池温度低于最佳使用温度，或者用户希望对动力电池保温以提供最佳性能，则满足动力电池保温条件;或
[0060]行车加热条件，在汽车行驶状态，如果动力电池温度低于最佳使用温度，或者客户希望对动力电池加热以提供最佳性能，则满足行车加热条件。
[0061]在实施例中，由于电池系统控制器需要检查动力电池的温度，因此需要包括温度传感器以测量动力电池的温度情况。
[0062]在本实用新型如图1所示的构型下，不需要在加热支路中增加通断控制开关，即可以保证加热系统正常工作，不会发生加热同时充电或者电池系统放电同时加热的情况，可以根据需求控制系统的正常运行。
[0063]在本实用新型中，对于加热的能量源，可以按如下方式进行加热(参见图1):
[0064](I)加热能量源为车载或者非车载充电机，则通过闭合一个电池支路通断控制开关，比如说，如图1所示的电池支路负极通断控制开关161，即可以使用充电机的能量驱动加热单元，加热电池，同时断开充电通断控制开关163，即可以保证电池不会被充电，保证系统的安全。
[0065](2)加热能量源为动力电池本身，则通过闭合各个电池支路通断控制开关，特别的，如图1所示的电池支路负极通断控制开关161、电池支路正极通断控制开关162、充电通断控制开关163，即可以使用电池的能量驱动加热单元，加热电池。
[0066](3)电池系统在正常充电的情况下，闭合充电通断控制开关163和电池支路正极通断控制开关162，断开电池支路负极通断控制开关161，即可以对电池系统进行充电，同时不会对动力电池180进行加热。
[0067](4)电池系统在正常使用的情况下，闭合电池支路负极通断控制开关161和电池支路正极通断控制开关162，断开充电通断控制开关163，电池系统即可以通过能量输出输入端口 191向外输入输出能量，同时不会对加热单元140输出能量，不会对动力电池180进行加热。
[0068](5)动力电池系统在低温运行情况下，在动力电池系统不能接受整车制动回馈电流时，电池系统控制器可闭合图1中的通断隔离开关163，这样利用回馈电流驱动加热单元对动力电池加热，同时防止电池被回馈充电，特别地，可以通过控制回馈电压不大于动力电池系统开路电压来实现。
[0069]基于图1所示的动力电池系统，可以实现如下效果:
[0070](I)在原有电池系统的基础上，仅需要增加加热单元而不需要在加热支路上增加通断控制开关，可以有效控制成本。
[0071](2)可以使用多种回路多种能量源给动力电池系统加热，能适应更加复杂的工况。
[0072](3)在电机不能给动力电池回馈时，可以用来给动力电池加热，可以提高整车的经济性。
[0073](4)在行车过程中也能给动力电池加热，在低温的环境下提高动力电池系统的动力性。在充电结束之后，可以使用多种回路给动力电池保温在最佳温度，在低温环境时，车辆开始启动就有良好的动力性。
[0074]为了电池系统控制器和车辆的安全，本实用新型还有如下考虑(参见图2):
[0075]加热支路150包含热熔断装置122或者其他温控断路装置，以在热失控情况下，检测到温度超标后，自动断开加热支路150，保护包括加热单元140和电池在内的整个电池系统 IlO0
[0076]加热单元上可包含低压供电温控开关131，以在热失控情况下，检测到加热单元或者被加热对象(电池)温度超标后，自动断开通断控制开关161的低压驱动电路，以断开通断控制开关161，从而断开加热支路150，保护包括加热单元140和电池在内的整个动力电池系统 IlO0
[0077]为了更好的监测加热单元安全性，可以在加热支路增加电流测量单元124，以精确获得加热单元的情况，分析加热单元的加热功率。加热过程中，电池系统控制器130在监测到电流测量单元124测量得到的加热电流超过期望值的情况下，即可以断开相应的通断控制开关，确保加热单元的安全性;在非加热过程中，电池系统控制器130监测到电流测量单元124测量得到的电流大于阈值，表明出现了非期望的加热，也可以即时采取措施，保证系统的安全性;在需要加热时，闭合所有相关通断控制开关后，电池系统控制器130监测到电流测量单元124测量得到的电流为零，表明加热单元出现了断路故障，也可以即时上报故障，采取相应措施。
[0078]在实际应用中，可以将热熔断装置122、低压供电温控开关131、电流测量单元124中的一个或多个选择性地设置在动力电池系统中。
[0079]上述可知，与图1相比，图2所示的动力电池系统还具有如下优点:
[0080](5)有热熔断装置和低压温控开关，可以让加热过程更加的安全。
[0081](6)在充电机等能量源给电池加热的时候，可以通过将电池支路通断控制开关断开，防止电池被充电，保护电池的性能。
[0082](7)在加热支路设置有电流测量单元，能更好的监测加热单元安全性。
[0083]图3示出了本实用新型另一实施例的动力电池系统示意图。图3中的动力电池系统包括:电池支路270、加热支路250、动力电池输入输出端口 291、外部能量源输入端口 292以及电池系统控制器230，电池支路270包括动力电池180以及两个通断控制开关261和262。加热支路250包括用于加热动力电池的加热单元240，加热支路240经由通断控制开关(如充电通断控制开关263和第四通断控制开关264)与电池支路270并联。
[0084]如果要使电池系统对外只有一个端口，可以采用一个配电系统211，以将电池的能量传输给不同的部件。配电系统的电路中，可存在充电通断控制开关263和第四通断控制开关 264。
[0085]图3所示的构型下，加热支路250的一端连接到充电端口292的一端(图3中端口 292的左侧一端)，通过充电通断控制开关263连接于电池支路正极通断控制开关262的外侧，加热支路250的另一端通过第四通断控制开关264连接到电池支路的动力电池180和充电端口292的另一侧。
[0086]图3所示的此构型下，也不需要增加加热单元通断控制开关，即可以保证加热系统正常工作，不会发生加热同时充电或者电池系统放电同时加热的情况。可以根据需求控制系统的正常运行。
[0087]与前述实施例类似的，对于加热的能量源，可以按如下方式进行加热
[0088](I)加热能量源为车载或者非车载充电机，则通过闭合一个电池支路通断控制开关，比如说，如图3所示的第四通断控制开关264，即可以使用充电机的能量驱动加热单元，加热电池，同时断开充电通断控制开关263，即可以保证电池不会被充电，保证系统的安全。
[0089](2)加热能量源为动力电池本身，则通过闭合各个通断控制开关，特别的，如图3所示的电池支路负极通断控制开关261、电池支路正极通断控制开关262、充电通断控制开关263、第四电池支路通断控制开关264，即可以使用电池的能量驱动加热单元，加热电池。
[0090](3)电池系统在正常充电的情况下，闭合充电通断控制开关263和电池支路正极通断控制开关262、电池支路负极通断控制开关261，断开第四电池支路通断控制开关264，即可以对电池系统进行充电，同时不会对动力电池180进行加热。
[0091](4)电池系统在正常使用的情况下，闭合电池支路负极通断控制开关261和电池支路正极通断控制开关262、第四电池支路通断控制开关264，断开充电通断控制开关263，电池系统即可以通过能量输出输入端口 291向外输入输出能量，同时不会对加热单元240输出能量，不会对动力电池280进行加热。
[0092](5)动力电池系统在低温运行情况下，在动力电池系统不能接受整车制动回馈电流时，电池系统控制器可闭合图3中的通断隔离开关263，这样利用回馈电流驱动加热单元对动力电池加热，同时防止电池被回馈充电，特别地，可以通过控制回馈电压不大于动力电池系统开路电压来实现。
[0093]图3所示的实施例能够达到与图1类似的效果。
[0094]同样地，如图4所示，可以将热熔断装置222、低压供电温控开关231、电流测量单元224中的一个或多个选择性地设置在动力电池系统230中，可以更好地保证电池系统控制器和车辆的安全。
[0095]本实用新型的控制方法同样能够合理有效利用电池自身、充电装置、回馈电机、其他车载动力系统等作为能量源给电池加热，最终使电池处于适宜的温度以获得最优化充放电功率，在解决低温环境充电困难的同时提高了电池的动力性和整车经济性和电池系统的安全性。
[0096]如上针对一个实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
[0097]结合这里披露的本实用新型的说明和实践，本实用新型的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本实用新型的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
【主权项】
1.一种具有加热功能的动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统包括电池支路、加热支路、供外部能量源输入的第一端口以及电池系统控制器;其中， 所述电池支路包括动力电池以及设置在所述动力电池两侧的通断控制开关； 所述加热支路包括用于对所述动力电池进行加热的加热单元，所述加热支路经由至少一个通断控制开关与所述电池支路并联； 所述第一端口的第一端经由通断控制开关连接所述加热支路的第一端，所述第一端口的第二端连接所述加热支路的第二端； 所述电池系统控制器能够控制各通断控制开关的通断，在满足电池加热条件时选择所述动力电池或所述外部能量源驱动所述加热单元，对所述动力电池进行加热。2.根据权利要求1所述的具有加热功能的动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统还包括供动力电池电压输出的第二端口，所述第二端口的第一端连接所述加热支路的第一端，所述第二端口的第二端连接所述电池支路的第二端并经由通断控制开关连接所述加热支路的第二端。3.根据权利要求1所述的具有加热功能的动力电池系统，其特征在于，所述加热支路还包括电流测量单元，该电流测量单元监测流过所述加热单元的电流并且将测量结果传送给所述电池系统控制器，所述电池系统控制器根据所述测量结果来控制各通断控制开关。4.根据权利要求1所述的具有加热功能的动力电池系统，其特征在于，所述加热支路还包括温控断路装置，以在所述加热单元的温度超过预定值的情况下，自动断开所述加热支路。5.根据权利要求1所述的具有加热功能的动力电池系统，其特征在于，所述加热单元或所述动力电池上设置有温控开关，所述温控开关用于控制设置在所述加热支路的第一端与所述第一端口的第一端之间的通断控制开关的低压驱动电路，从而基于所述加热单元或所述动力电池的温度控制该通断控制开关的断开。6.根据权利要求2所述的具有加热功能的动力电池系统，其特征在于，所述电池支路包括动力电池和分别设置在动力电池两端的第一通断控制开关和第二通断控制开关，所述加热支路的第一端经由所述第一通断控制开关连接所述第一端口的第一端，所述加热支路的第二端经由第三通断控制开关连接所述第二端口的第二端。7.根据权利要求2所述的具有加热功能的动力电池系统，其特征在于，所述电池支路包括动力电池和分别设置在动力电池两端的第一通断控制开关和第二通断控制开关，所述加热支路的第二端经由第三通断控制开关连接所述第二端口的第二端，并且所述加热支路的第一端经由第四通断控制开关连接所述第一端口的第一端。8.根据权利要求2所述的具有加热功能的动力电池系统，其特征在于，所述第二端口还用于由所述动力电池和所述外部能量源之外的能量源为所述动力电池提供加热所述加热单元或对所述电池进行充电的能量。
【文档编号】H01M10/615GK205680759SQ201620582123
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月15日 公开号201620582123.5, CN 201620582123, CN 205680759 U, CN 205680759U, CN-U-205680759, CN201620582123, CN201620582123.5, CN205680759 U, CN205680759U
【发明人】李立国, 韩雪冰, 华剑锋, 田硕, 孟庆然, 吴雷
【申请人】北京科易动力科技有限公司