一种蓄电池的均衡与加热集成系统的制作方法

本实用新型涉及电池装置的技术领域，具体涉及一种蓄电池的均衡与加热集成系统。

背景技术：

电池的均衡是指在电池的使用过程中，因为电池的个体差异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡，为了避免这种不平衡趋势的恶化，需要通过被动均衡削高或者通过主动均衡削峰填谷的方式，调整电池的电压一致性。现有技术中，电池管理系统的均衡功能是单独增加均衡电阻进行放电，受限于均衡电阻功耗，被动均衡的电流只有几百mA级别的行业水准，均衡效果差；另外常用的二次电池系统(如锂电池系统)在0度以下或更低温度以下不可以直接进行充电，需要在充电开始前通过加热系统加热到温度达到0℃以上再进行充电，目前市场上多数为只带加热系统的电池系统。此类电池系统，由于电池系统不同位置的散热情况不同，在充放电过程存在电池温度不均衡情况，无法主动调整温差。对于只带加热系统的电池系统，现有的常用加热方案只能进行系统整体加热，由于电池系统不同位置的散热情况不同以及起始加热的温差情况复杂性，目前无论如何优化不同区域加热的功率设计，都无法有效解决在整个加热完成后电池间温差大的问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中，电池均衡功能需独立增加均衡系统且均衡效果差，及电池系统加热不均的问题，提供了一种结构简单，满足低温加热的电池温度均匀性，有效利用了电池均衡时的能量，有效利用原有加热系统，复用率高的蓄电池的热集成系统。本

技术实现要素：
如下：

一种蓄电池的均衡与加热集成系统，包括电源、热集成电路、温度感应装置；所述电源包括蓄电池提供的电源B及外部的电池充电电源；所述热集成电路包括均衡模块和加热模块；所述均衡模块包括蓄电池各模块电源B的并联回路和加热膜R的并联回路，两并联回路通过串联电路连接；所述蓄电池各模块对应提供一个电源B，电源B并联电路中每个独立回路连接一开关k；所述加热膜R的并联电路中每个独立回路连接一开关S；所述外部的电池充电电源与各加热膜R构成一个整体的串联回路或并联回路，构成热集成电路的加热模块；所述外部充电电源正极处设置开关k+，负极处设置开关k-；

所述系统的电池均衡模块启动方式为：断开开关k+及k-，同时合上开关k及S，连通电池自带电源B启动各并联的加热膜R达到均衡电池电压的效果；

所述系统的加热模块启动方式为：断开所有开关k，根据电池温差感应判断合上或断开相应S，同时合上开关k+及k-，连通电池外部充电电源启动各串联的加热膜R达到电池的加热效果；

所述温度感应装置感应电池各模块间的差异温度，并通过各温差控制各个独立回路开关 k及S的开启或关闭。

进一步的，所述蓄电池为蓄电池模块。

进一步的，所述加热膜为电阻加热丝或者PTC加热器。

本实用新型利用开关矩阵设计，将电池系统的均衡系统共用了电池系统加热系统的加热膜，达到了以下效果：1、均衡系统和电池系统的加热系统集成共用成一套系统：利用加热膜的大功率特性，无需额外增加庞大的均衡系统，突破常规电池系统被动均衡电流只有mA级别的极限，可达到几安甚至十几安级别。

2、利用了被动均衡耗散的能量对于电池系统做温度补偿，减小温差：本发明电池均衡时根据电池系统的温差情况，选用系统内温度较低的电池模块对应的加热膜进行放电均衡，做温度补偿减小温差，能够主动控制每个模块加热膜的工作状态，又不额外增加过多器件。满足电池温度均匀性要求，有效利用了电池均衡时的能量。

3、加热系统实现局部加热控制，有效减小温度差异：低温充电前的加热过程可根据电池系统的温差，控制加热系统进行局部加热，有效控制电池系统低温加热的温差。

附图说明

附图1为本发明系统的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明具体实施例，对本实用新型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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所述，一种蓄电池的均衡与加热集成系统，包括电源、热集成电路、温度感应装置(图中未示出)；所述电源包括蓄电池提供的电源B及外部的电池充电电源(即图中所示充电正极与充电负极)；所述热集成电路包括均衡模块和加热模块；所述均衡模块包括蓄电池各模块电源B的并联回路和加热膜R的并联回路，两并联回路通过串联电路连接；所述蓄电池各模块对应提供一个电源B，电源B并联电路中每个独立回路连接一开关k；所述加热膜R的并联电路中每个独立回路连接一开关S；所述外部的电池充电电源与各加热膜R构成一个整体的串联回路或并联回路，构成热集成电路的加热模块；所述外部充电电源正极处设置开关k+，负极处设置开关k-；所述温度感应装置感应电池各模块间的差异温度，并通过各温差控制各个独立回路开关k及S的开启或关闭，如常用的电池管理系统(BMS)。

所述系统的电池均衡模块启动方式为：断开开关k+及k-，同时合上开关k及S，连通电池自带电源B启动各并联的加热膜R达到均衡电池电压的效果。

附图1中，图中B代表电池，k和s代表开关，实际使用时，开关数量根据实际电池模块数量设置，如图1中电池模块数量为B1至B(N)，则k为k1至k(n+1),s为s1至s(N+1), 开关选型依据电池系统的电压等级进行选型(比如MOS管)，K+和K-可共用常规充电回路的电磁继电器。加热膜采用电阻R表示，加热系统在设计时一般每个电池模块会有对应一组加热膜进行加热，电池模块和电阻数量一一对应，如图所示根据电池模块B数量设置电阻R 的个数，即如图所示R1至R(N)个；均衡设计采用独立的回路设计，与电池电压采集回路分开，二者采用通讯方式交互信息。对电池充电时，通过闭合K+、K-、k1、k(n+1)形成充电回路进行充电。

均衡控制时，当均衡控制模块判定电池电压压差达到触发均衡条件时，需要进行被动均衡的电池通过控制开关k，K+,K-，S形成放电回路，加热膜电阻的功率依据电池系统的加热效果设计，根据不同电池类型进行电压和功率设计，一般功率达几十瓦，电流达数安。比如加热膜设计为额定电压4.2V，功率20W，则额定电流为4.76A，远大于常规的100mA的均衡电流。通过控制均衡开关的开启时间，达到明显均衡效果。开关矩阵部分利用了常规电池系统的充电回路和加热回路。

所述系统的加热模块启动方式为：断开所有开关k，根据电池温差感应判断合上或断开相应S，同时合上开关k+及k-，连通电池外部充电电源启动各串联的加热膜R达到电池的加热效果；

被动均衡过程可通过判定哪个电池的温度较低需要进行温度补偿的，则开启对应模块的加热膜开关S，对对应模块的加热膜放电加热。

在低温充电加热过程，若加热电阻采用并联方式，则通过闭合K+、K-、所有的S开关，形成的并联加热系统可对电池系统进行整体加热；若加热电阻采用串联方式，则通过闭合K+、K-、开关S1和S(N+1)，形成的串联加热系统可对电池系统进行整体加热。

在低温充电加热末端，通过判定电池的温差，需要继续加热的模块控制对应的开关闭合，其他的加热膜开关断开。待加热到温差达到要求后，则断开所有加热回路，停止加热。

进一步的，所述蓄电池为蓄电池模块。

进一步的，所述加热膜为电阻加热丝或者PTC加热器。

电池均衡需要额外增加庞大的均衡系统，但电池会存在端电压不一致的情况，若不允许电池进行均衡充电，那么确保电池端电压的一致性，一般从电池的原材料、生产环节保证电池电压的一致性，比如电池材料的选择，特别是电解液、极板、压力控制阀等关键材料的选择。其次要确保电池安装的质量，保证电池安装状态的一致性，如电池的连接方法、扭力的均衡性等。通过其他复杂的方式来取代电池均衡系统，而本发明将均衡系统和电池系统的加热系统集成共用成一套系统，主动控制每个模块加热膜的工作状态，又不额外增加过多器件，减去了额外庞大的均衡装置，且扩大了均衡电流，增强均衡了效果，同时达到利用了原本被动均衡无效耗散的能量。且通过局部加热的控制功能实现，解决现有方案低温充电前的加热过程存在电池模块之间温差较大的问题。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。