一种动力电池用大功率PTC加热系统及其控制方法与流程

本发明涉及汽车控制领域，具体来说，涉及一种动力电池用大功率ptc加热系统及其控制方法。

背景技术：

锂离子动力电池在低温环境下化学反应活性降低，同时锂离子迁移变慢。若低温下强行充电，电池负极会形成“析锂”，造成短路鼓包甚至起火爆炸。因此锂离子动力电池在低温下充电必须要先将动力电池加热，待动力电池温度上升后方可进行充电。目前主流的动力电池加热器件主要是ptc(positivetemperaturecoefficient，正温度系数，下同)元件。

根据专利一种动力电池加热系统(cn201620838382.x)提出了一种动力电池加热系统，由低压电源、电池管理系统、加热电源、电池箱体、电池组、开关k、加热板等组成。ptc加热板均匀分布于电池组四周，容易造成加热温度不均匀，造成动力电池温差大。ptc加热的能量来自于加热电源，目前电动汽车的加热电源主要来自于车载充电机(慢充模式)和非车载充电机(快充模式)。对于车载充电机，主流的充电机功率为3.3kw，对应国标gb/t18487规定的慢充模式2充电功率，主要使用场景为普通家庭慢充。

随着低温快充加热时间要求越来越短，ptc功率越来越大，已经超过了3.3kw，模式2慢充情况下，车载充电机无法提供这么大的功率，导致低温状态下无法使用慢充加热。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明提出一种动力电池用大功率ptc加热系统及其控制方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种动力电池用大功率ptc加热系统，包括充电机模块、电池管理系统模块、电池模组模块和加热模块，所述充电机模块通过can线一与所述电池管理系统模块相连接，所述电池管理系统模块通过can线二与所述电池模组模块相连接，所述电池模组模块通过can线三与所述加热模块相连接；

其中，所述充电机模块包括车载充电机和非车载充电机，所述电池管理系统模块包括电池包充放电管理模块、soc估算模块、sop估算模块、热管理模块和bms，所述电池模组模块包括由多个动力电池单体经过串并联形成的模组、散热片一、散热片二、高压接触器k1、高压接触器k2、熔断器f1和熔断器f2，所述加热模块包括ptc1、ptc2。

进一步的，所述车载充电机的高压正极连接所述高压接触器k1和所述高压接触器k2的高压触点的一端，所述高压接触器k1高压触点另一端连接所述熔断器f1，所述熔断器f1另一端连接所述ptc1的正极；所述高压接触器k2高压触点另一端连接所述熔断器f2，所述熔断器f2另一端连接所述ptc2的正极，所述ptc1和所述ptc2的负极均连接到所述车载充电机的高压负极。

进一步的，所述高压接触器k1和所述高压接触器k2的线圈端分别连接所述bms的不同控制端口。

进一步的，所述散热片一位于所述模组的顶端，所述散热片二，位于所述模组的底端。

进一步的，所述车载充电机的功率为3.3kw，为所述为ptc1或所述ptc2提供加热电源。

根据本发明的另一方面，提供了一种动力电池用大功率ptc加热控制方法，用于动力电池用大功率ptc加热系统，包括以下步骤：

快充模式下；

首先所述bms通过检测快充连接信号，确认当前所述非车载充电机连接；

然后所述bms根据动力电池最低温度是否小于0℃判断是否需要启动加热；

若动力电池最低温度≥0℃，则根据国标规定快充流程进行充电；

若动力电池最低温度小于0℃，所述bms控制所述高压接触器k1和所述高压接触器k2分别吸合；

启动所述ptc1和所述ptc2加热，进入加热流程；

所述ptc加热过程中，所述bms实时监测动力电池最低温度；

当最低温度≥5℃时，所述bms控制所述高压接触器k1和所述高压接触器k2关断；

然后加热结束，吸合动力电池正极、负极高压接触器，开始正常快充流程；

慢充模式下：

所述bms通过检测慢充连接信号，确认当前处于慢充模式；

所述bms根据动力电池最低温度是否小于0℃判断是否需要启动加热；

若动力电池最低温度≥0℃，所述bms控制吸合动力电池正极、负极高压接触器，开始正常慢充流程；

若动力电池最低温度小于0℃，所述bms仅控制所述高压接触器k1吸合，启动所述ptc1加热，进入加热流程；

所述ptc加热过程中，所述bms实时监测动力电池最低温度；

当最低温度≥5℃时，所述bms控制所述高压接触器k1关断；

加热结束，然后吸合动力电池正极、负极高压接触器，开始正常慢充流程。

进一步的，在所述慢冲状态下，因车载充电机功率限制，不启动所述ptc2加热。

本发明的有益效果为：在慢充模式下，只使用ptc总功率的一部分，可以保证车载充电机对ptc1的正常加热及充电，同时在快充模式下，可以正常使用非车载充电机对ptc1和ptc2同时加热，不影响低温加热时间和充电时间，在慢充模式下，不使用动力电池的自身的能量对ptc进行加热，不会造成动力电池过放电，充电工作温度低至-40℃，主要取决于ptc的工作极限温度，目前主流大功率ptc在慢充模式下，需要使用动力电池自身的能量对ptc进行加热，充电工作温度范围一般在-20℃。因为在动力电池温度低于-20℃时，大部分动力电池已经不允许放电，无法使用动力电池自身电能对ptc加热。

附图说明

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种动力电池用大功率ptc加热系统的结构示意图之一；

图2是根据本发明实施例的一种动力电池用大功率ptc加热系统的结构示意图之二；

图3是根据本发明实施例的一种动力电池用大功率ptc加热控制方法的流程图。

图中：

1、充电机模块；2、电池管理系统模块；3、电池模组模块；4、加热模块；5、can线一；6、can线二；7、can线三；8、电池包充放电管理模块；9、soc估算模块；10、sop估算模块；11、热管理模块；12、模组；13、散热片一；14、散热片二。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种动力电池用大功率ptc加热系统及其控制方法。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-3所示，根据本发明实施例的动力电池用大功率ptc加热系统，包括充电机模块1、电池管理系统模块2、电池模组模块3和加热模块4，所述充电机模块1通过can线一5与所述电池管理系统模块2相连接，所述电池管理系统模块2通过can线二6与所述电池模组模块3相连接，所述电池模组模块3通过can线三7与所述加热模块4相连接；

其中，所述充电机模块1包括车载充电机和非车载充电机，所述电池管理系统模块2包括电池包充放电管理模块8、soc估算模块9、sop估算模块10、热管理模块11和bms，所述电池模组模块3包括由多个动力电池单体经过串并联形成的模组12、散热片一13、散热片二14、高压接触器k1、高压接触器k2、熔断器f1和熔断器f2，所述加热模块4包括ptc1、ptc2。

借助于上述方案，在慢充模式下，只使用ptc总功率的一部分，可以保证车载充电机对ptc1的正常加热及充电，同时在快充模式下，可以正常使用非车载充电机对ptc1和ptc2同时加热，不影响低温加热时间和充电时间，在慢充模式下，不使用动力电池的自身的能量对ptc进行加热，不会造成动力电池过放电，充电工作温度低至-40℃，主要取决于ptc的工作极限温度，目前主流大功率ptc在慢充模式下，需要使用动力电池自身的能量对ptc进行加热，充电工作温度范围一般在-20℃。因为在动力电池温度低于-20℃时，大部分动力电池已经不允许放电，无法使用动力电池自身电能对ptc加热。

另外，在一个实施例中，对于上述车载充电机的高压正极连接所述高压接触器k1和所述高压接触器k2的高压触点的一端，所述高压接触器k1高压触点另一端连接所述熔断器f1，所述熔断器f1另一端连接所述ptc1的正极；所述高压接触器k2高压触点另一端连接所述熔断器f2，所述熔断器f2另一端连接所述ptc2的正极，所述ptc1和所述ptc2的负极均连接到所述车载充电机的高压负极。

借助于上述技术方案，熔断器f1、熔断器f2主要功能是提供过流保护功能，防止加热过程中出现不可控的过流风险，车载充电机，主要位于车辆前机舱内部，通过慢充线束与动力电池连接；充电机模块1若为非车载充电机，则位于车辆外部，车辆通过快充线束与非车载充电机连接。

另外，在一个实施例中，对于上述高压接触器k1和所述高压接触器k2的线圈端分别连接所述bms的不同控制端口。

另外，在一个实施例中，对于上述散热片一13位于所述模组12的顶端，所述散热片二14，位于所述模组12的底端，通过散热片一13和散热片二14的设置，提高了散热效果。

另外，在一个实施例中，对于上述车载充电机的功率为3.3kw，为所述为ptc1或所述ptc2提供加热电源。慢充模式下正常启动ptc加热，ptc1的功率≤2kw。

根据本发明的另一方面，提供了一种动力电池用大功率ptc加热控制方法，用于动力电池用大功率ptc加热系统，包括以下步骤：

快充模式下；

步骤s101，首先所述bms通过检测快充连接信号，确认当前所述非车载充电机连接；

步骤s103，然后所述bms根据动力电池最低温度是否小于0℃判断是否需要启动加热；

步骤s105，若动力电池最低温度≥0℃，则根据国标规定快充流程进行充电；

步骤s107，若动力电池最低温度小于0℃，所述bms控制所述高压接触器k1和所述高压接触器k2分别吸合；

步骤s109，启动所述ptc1和所述ptc2加热，进入加热流程；

步骤s111，所述ptc加热过程中，所述bms实时监测动力电池最低温度；

步骤s113，当最低温度≥5℃时，所述bms控制所述高压接触器k1和所述高压接触器k2关断；

步骤s115，然后加热结束，吸合动力电池正极、负极高压接触器，开始正常快充流程；

慢充模式下：

步骤s117，所述bms通过检测慢充连接信号，确认当前处于慢充模式；

步骤s119，所述bms根据动力电池最低温度是否小于0℃判断是否需要启动加热；

步骤s121，若动力电池最低温度≥0℃，所述bms控制吸合动力电池正极、负极高压接触器，开始正常慢充流程；

步骤s123，若动力电池最低温度小于0℃，所述bms仅控制所述高压接触器k1吸合，启动所述ptc1加热，进入加热流程；

步骤s125，所述ptc加热过程中，所述bms实时监测动力电池最低温度；

步骤s127，当最低温度≥5℃时，所述bms控制所述高压接触器k1关断；

步骤s129，加热结束，然后吸合动力电池正极、负极高压接触器，开始正常慢充流程。

另外，在一个实施例中，对于上述慢冲状态下，因车载充电机功率限制，不启动所述ptc2加热。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，在慢充模式下，只使用ptc总功率的一部分，可以保证车载充电机对ptc1的正常加热及充电，同时在快充模式下，可以正常使用非车载充电机对ptc1和ptc2同时加热，不影响低温加热时间和充电时间，在慢充模式下，不使用动力电池的自身的能量对ptc进行加热，不会造成动力电池过放电，充电工作温度低至-40℃，主要取决于ptc的工作极限温度，目前主流大功率ptc在慢充模式下，需要使用动力电池自身的能量对ptc进行加热，充电工作温度范围一般在-20℃。因为在动力电池温度低于-20℃时，大部分动力电池已经不允许放电，无法使用动力电池自身电能对ptc加热。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。